8061-51-6 / 木質(zhì)素磺酸鈉的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

木質(zhì)素磺酸鈉亦稱亞硫酸鹽木質(zhì)素。是分子量不同、結(jié)構(gòu)也不完全相同，即多分散性的不均勻陰離子聚電解質(zhì)。固體產(chǎn)品為淡棕色自由流動的粉末，具有吸濕性。易溶于水，但不溶于乙醇、丙酮及其他常用的有機溶劑。水溶液為棕色至黑色，有膠體特性，溶液的粘度隨濃度的增加而增加。為紙漿生產(chǎn)中，酸性亞硫酸鹽蒸煮制漿的副產(chǎn)物，在制漿廢液中的含量約占42%～55%。

制取時先于亞硫酸鹽漿廢液中加入石灰乳，使之形成堿式木質(zhì)素磺酸鈣沉淀，然后分離并于沉淀濾餅中加硫酸酸化，再加入碳酸鈉進行鹽基置換，使鈣鹽變成鈉鹽，最后，蒸發(fā)干燥即得成品。木質(zhì)素磺酸鈉具有分散、粘結(jié)、絡(luò)合與乳化-穩(wěn)定作用，廣泛地用于飼料加工、采礦、石油鉆井、農(nóng)藥、橡膠、印染、皮革以及水泥和混凝土生產(chǎn)中。

在水處理中，本品可用作冷卻水的阻垢分散劑和緩蝕劑；在鍋爐水中作分散阻垢劑，熱穩(wěn)定性好，甚至在250℃下仍可保持良好的分散性能。此外，在工業(yè)清洗劑、瀝青乳配制、鉛酸電池以及各種陶制品的制造中也多有使用。

結(jié)構(gòu)

應(yīng)用^[2]

木質(zhì)素磺酸鹽包括木質(zhì)素磺酸鈉因其特殊的結(jié)構(gòu)而具有分散、乳化、增溶、吸附等表面物化性能，其改性產(chǎn)品作為表面活性劑已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用。

1.油田用化學品

利用酸法制漿過程中含有木質(zhì)素磺酸鹽的廢液來幫助提高石油的采收率，并申請了專利。國內(nèi)外的科研工作者做了大量的研究，通過各種方法改性木質(zhì)素磺酸鹽。改性產(chǎn)物與其它表面活性劑復配，組成各種各樣的油田用化學品。在石油工業(yè)所用的16大類262個品種的油田化學品中，木質(zhì)素磺酸鹽類的已經(jīng)多達5大類39個品種，廣泛地用作稠油降粘劑，三次采油用犧牲劑、調(diào)水堵剖劑、鉆井液處理劑等。

利用單寧提取物和甲醛改性木質(zhì)素磺酸鹽，再與亞鐵離子螯合，得到綠色環(huán)保的無鉻鉆井稀釋劑。亞鐵離子和高分子表面活性劑的螯合作用降低了膨潤土的表面Zeta電位，同時螯合體系具有更大的空間位阻，使得膨潤土顆粒聚合體具有更大的運動空間和自由，從而降低了漿體的粘度和凝膠強度，耐高溫性能和稀釋性都比木質(zhì)素磺酸鹽有較大提高。

2.混凝土減水劑

混凝土減水劑是目前木質(zhì)素磺酸鹽及其改性產(chǎn)品需求量最大的應(yīng)用領(lǐng)域。

系列木質(zhì)素磺酸鹽混凝土減水劑，達到國家高效緩凝減水劑的標準，具有高減水性能、低塌落度損失、高強、緩凝等優(yōu)異性能，且生產(chǎn)成本低廉，具有很強的市場競爭力。在酸性條件下，以較高用量的過氧化氫對木質(zhì)素磺酸鈉進行氧化改性，得到的改性木質(zhì)素磺酸鹽混凝土減水劑的減水性能提高68％。與此同時，作為混凝土減水劑，木質(zhì)素磺酸鹽和水泥的作用機制也得到了較為廣泛的研究。

通過紅外光譜測試證明，木質(zhì)素磺酸鈉的加入延長了水泥水化的誘導期，抑制了水化反應(yīng)進程，并提出了木質(zhì)素磺酸鈉抑制水化作用的“電荷控制反應(yīng)模型”，認為初始水化階段進入溶液中的鈣離子與帶有陰離子電荷的水泥粒子表面形成雙分子層，而后迅速與木質(zhì)素磺酸鈉電離產(chǎn)生的陰離子分子形成三分子層結(jié)構(gòu)，從而抑制水泥的進一步水化。

3.碳納米管分散劑

使用木質(zhì)素磺酸鹽通過非共價鍵的方法將多壁碳納米管功能化。木質(zhì)素磺酸鹽功能化碳納米管能夠很好的分散在水中，溶解度高達1.5mg/mL。木質(zhì)素磺酸鹽和多壁碳納米管主要通過π－π共軛和疏水鍵發(fā)生相互作用。功能化的碳納米管因接上木質(zhì)素磺酸鹽分子而具有多種陰離子基團，從而可以作為量子位點的錨固中心。

利用木質(zhì)素磺酸鈉功能化多壁碳納米管，研究了木質(zhì)素磺酸鈉對多壁碳納米管的分散和導電性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，少量木質(zhì)素磺酸鈉可以將多壁碳納米管功能化并具有良好的穩(wěn)定性，而過量的木質(zhì)素磺酸鈉對改善多壁碳納米管的溶解性作用不大，反而降低了其導電性能。

4.水煤漿添加劑

研究木質(zhì)素磺酸鈉和木質(zhì)素磺酸鈣的成漿特性，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素磺酸鈉的分散性能明顯優(yōu)于木質(zhì)素磺酸鈣。分析認為原因是鈣離子與磺酸根和羥基有較好的絡(luò)合作用，致使部分木質(zhì)素磺酸鈣沒有離解。另外，這種較強的絡(luò)合作用使得木質(zhì)素磺酸鈣在煤顆粒表面的飽和吸附量減小，降低了煤表面的電位，導致木質(zhì)素磺酸鈣的靜電排斥力和空間位阻比木質(zhì)素磺酸鈉的小，因此分散性能較差。

與此同時，由于木質(zhì)素磺酸鈣的漿體中煤顆粒通過磺酸根與鈣離子及煤中的高價金屬離子產(chǎn)生強的絡(luò)合作用形成了穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，而在添加木質(zhì)素磺酸鈉的漿體中這種絡(luò)合作用較弱，無法形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，因此木質(zhì)素磺酸鈉的穩(wěn)定性比木質(zhì)素磺酸鈣的稍差。在漿體濃度為60％和61％，添劑量0.6％～1.4％的條件下，兩種添加劑使成漿粘度均在800mPa.s。

5.導電高分子摻雜劑

分別采用木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣和木質(zhì)素磺酸鎂摻雜導電高分子PANI，PANI的導電性能、溶解性能和熱穩(wěn)定性能均得到提高。在木質(zhì)素磺酸鹽的存在下，以過硫酸銨為引發(fā)劑，苯胺為原料，通過一步聚合法合成了導電中空納米微球。調(diào)整聚合溫度和時間可優(yōu)化控制調(diào)整形態(tài)結(jié)構(gòu)和電化學性能。以木質(zhì)素磺酸鹽為分散劑，乙烯基苯胺為原料，通過原位聚合的方法合成了新型聚乙烯基苯胺/木質(zhì)素磺酸鹽復合物。

在300-1200℃下熱解獲得PNA-LS含氮碳材料，通過分析對PNA-LS碳材料進行結(jié)構(gòu)和性能表征。結(jié)果表明：PNA-LS的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于LS和NA的比例，比例等于2.5∶97.5時，PNA-LS碳納米微球的粒徑是1300納米，溫度800℃時，PNA-LS碳納米微球的平均粒徑是820納米。PNA-LS制備方法溫和，成本低，溶解性能和導電性能得到加強，在導電納米薄膜和防腐蝕等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。800℃時制得820納米的碳納米微球存在著氮原子和高的比表面，可希望應(yīng)用于鋰離子二次電池的電極。

制備^[1]

一種制備木質(zhì)素磺酸鈉的方法，包括以下步驟：

A）提供木質(zhì)素的懸浮液；

B）調(diào)節(jié)所述懸浮液的pH值至4.8～8.5；

C）向pH值為4.8～8.5的懸浮液依次加入亞硫酸鈉和甲醛，反應(yīng)后過濾，得到濾液；

D）將所述濾液與封閉劑混合，反應(yīng)后得到木質(zhì)素磺酸鈉。

主要參考資料

[1] 精細化工辭典

[2] 周寶文, 哈成勇, 莫建強, 等. 木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑的研究和應(yīng)用進展[J]. 高分子通報, 2013 (5): 76-82.

[3] CN201410125929.7一種制備木質(zhì)素磺酸鈉的方法及木質(zhì)素磺酸鈉作為染料分散劑的應(yīng)用