[00314767]碱木质素的改性及造纸黑液的资源化高效利用

该项目隶属于精细化工学科，大宗工业表面活性剂的绿色制造。表面活性剂被誉为工业味精，在混凝土、水煤浆和农药制剂等领域都有重要应用。以可再生资源为原料制备可生物降解的大宗工业表面活性剂是中国经济社会发展的必然需求。木质素是仅次于纤维素的第二大可再生资源。中国造纸工业以碱法制浆为主，在制浆过程中植物中的木质素变成碱木质素溶解于废液，成为黑液的主要成分，中国每年产生2亿吨黑液（约含2000万吨碱木质素）。碱回收是将黑液浓缩后烧掉以回收碱，但浪费了木质素资源，也不适用于秸秆等中国特色原料的黑液；膜分离可以得到高纯度的碱木质素，但容易堵塞超滤膜导致使用寿命偏短，同时回收的碱木质素需要进行改性以提高其应用性能。由于碱木质素结构复杂、分子量低且分布宽、反应活性低等原因，导致对碱木质素进行改性并实现造纸黑液的资源化高效利用成为一个世界级的难題。该项目针对碱木质素改性和黒液资源化高效利用中存在的科学问题和关键技术进行了深入研究，主要技术发明包括：（1)发明了调控碱木质素及改性产物聚集结构的新技术，解决了黑液中碱木质素反应效率极低及改性产物应用性能差的难题。首次发现碱木质素在溶液中高度聚集是反应活性低的主要原因，发明预处理技术打开其聚集结构，大幅度提高反应效率；同时通过调控改性产物的聚集行为，进一步提高了应用性能。（2)建立了制备高磺化度高分子量的木质素两亲聚合物的新技术。发现了碱木质素的磺化反应和缩聚反应都发生在苯丙烷的酚羟基邻位，两者相互竞争；发明了接枝磺化新技术解决这个难题，成功制备了同时具有高磺化度及高分子量的木质素两亲聚合物。（3)发现了木质素两亲聚合物与水泥、煤和农药等颗粒吸附作用力的差异性，采用分子基团设计的方法进行结构调控，并研究了黑液中碱、无机盐及糖分等组份对碱木质素改性反应和应用性能的影响规律，解决了黑液中高碱及高盐度对反应及产物应用性能影响的难题，发明并优化了“黑液全组份利用”工艺，在国内外首次直接以“黑液”为原料，成功制备了高性能工业表面活性剂系列产品，并在混凝土、水煤浆及农药等领域得到推广应用，其性价比大大超过国内外同类产品。该成果核心专利“一种高磺化度髙分子量木质素基髙效减水剂及其制备方法”（中国专利号：ZL200910040399.5)已申请美国专利，同时围绕该核心专利共获得30件中国发明专利，形成了比较完善的自主知识产权体系。发表SCI/EI收录论文91篇，专著1部（80万字)；通过省部级成果鉴定4项，多项关键技术被专家们认为“处于国际先进水平”。共开发了3个系列10多个产品，并在深圳诺普信、吉林华威友邦、广东瑞安等高新技术企业推广应用：近3年累计生产改性黑液系列产品16.2万吨，新增销售13.3亿元，新增利税3.1亿元，其应用节支约32亿元。该成果解决了以黑液为原料制备表面活性剂的多项关键技术难题，成功实现了造纸工业废液的资源化高效利用，大大促进了中国大宗工业表面活性剂的绿色制造。