專利名稱：木質素磺酸鹽接枝共聚物化學固沙劑制備方法
技術領域：
本發明屬木質素磺酸鹽有機高分子化學改性及利用技術領域。
背景技術：
我國現有未草類造紙企業2000余家，由于規模小，技術落后，原材料和能 源消耗大，大部分企業的造紙廢液未能得到很好的治理和利用，對生態環境造成 了嚴重的污染。我國是世界上受沙漠化危害最嚴重的國家之一，據統計，全國沙 化土地面積達174萬平方公里，占國土面積的18%，超過全國耕地面積的總和， 沙化擴展速度已由1994年前的每年擴展2460平方公里發展到目前的3436平方 公里，直接影響到國家可持續發展戰略的實施。治理土地沙漠化，防風固沙已成 為當前亟待解決的問題。造紙廢液中含有大量的木質素磺酸鹽，如果能將其分離 提純合成固沙劑，不僅治理了造紙廢液污染，而且合成的化學固沙劑可用于荒漠 化治理，對以沙漠化治理為主的西部生態環境建設具有重要的意義。
美國專利(USPNo. 4,303,438)公開了用丙烯酸接枝改性木質素磺酸鹽，產 物可以作為土壤改良劑，具有提高土壤團聚度，抵御風蝕的作用。國內發明專利 (申請號01137349.0)公開了直接以造紙廢液為原料，用丙烯酸或丙烯酰胺對 其進行化學改性合成沙土改良劑。已公開的沙土改良劑直接由造紙廢液制備，而 不同制漿法形成的造紙廢液中含有大量的酸或堿、無機鹽及有機物，如果不進行 處理，直接制備成固沙劑，用在沙漠治理中，無疑對環境會造成污染，滲入地下 水中，會污染地下水質；己經公開的沙土改良劑尚未推廣使用，可能與它的粘結 性和柔韌性，即抗風蝕性和抗壓強度不是令人類十分滿意有關。
發明內容
本發明的目的是制備出一種對環境無污染、可生物降解的、低成本、具有較 好的抗風蝕性能和較高的抗壓強度的木質素磺酸鹽接枝共聚物化學固沙材料。
本發明通過對中性造紙廢液進行蒸發濃縮，提取其中的木質素磺酸鹽，然后 分別或同時以醛類化合物和不飽和酰胺、不飽和酸或酯類化合物為反應組份，對 木質素磺酸鹽進行化學改性，合成系列木質素磺酸鹽接枝共聚物化學固沙劑，具 有對環境無污染，較好的水溶性，較強的抗風蝕能力及較高的抗壓強度性能。一種木質素磺酸鹽接枝共聚物化學固沙劑制備方法，其特征在于該方法將中 性造紙廢液經蒸發濃縮，干燥，得到粉末狀的木質素磺酸鹽；在木質素磺酸鹽溶 液中，加入化學計量的堿溶液，再加入醛類化合物，在溫度為50 8(TC的條件 下，回流反應1 3小時；然后加入不飽和酰胺，或不飽和脂肪酸，或不飽和脂
肪酸的酯類化合物，再加入引發劑，升溫到80 10(TC，回流反應1 2小時；
最后經過蒸發濃縮、干燥、研磨過程得到褐色粉末狀產物。
本發明所使用的堿是氫氧化鈉，或氫氧化鉀，或碳酸氫鈉溶液，濃度為io
% 30%，用量為木質素磺酸鹽的5% 20%(質量百分數)。
本發明所使用的醛類化合物為甲醛、乙醛或丙醛，用量為木質素磺酸鹽的 10% 50% (質量百分數)。
本發明所使用不飽和酰胺，或不飽和脂肪酸，或不飽和脂肪酸的酯類化合物 選自丙烯酰胺，順丁烯二酸，丙烯酸，甲基丙烯酸，醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲 酯，用量為木質素磺酸鹽的40% 80% (質量百分數)。
本發明所使用的引發劑為30%的過氧化氫水溶液，硝酸鈰銨，或過硫酸鈉， 用量為木質素磺酸鹽的0.5% 10%(質量百分數)。
本發明制備的固沙劑的使用方法將固沙劑溶解于水中，其質量百分數為 0.15% 1.5%，然后均勻噴灑于沙土表面，沙土表面可以形成致密的硬殼，風洞 實驗和抗壓強度實驗測試結果顯示，具有較好的抗風蝕性能，較高的抗壓強度。
本發明制備的固沙劑的特點是木質素磺酸鹽接枝共聚物的主組分是木質素 磺酸鹽，經中性造紙廢液蒸發濃縮，干燥后得到，因此該固沙劑對環境不會造成 污染；固沙劑中的木質素為腐殖質的原生體，噴施后可提高沙土中有機質的含量， 改良土壤，可生物降解；醛類的成本比丙烯酰胺和丙烯酸要低好多，明顯地降低
了單純用不飽和酸類化合物改性合成固沙劑的成本；醛類化合物改性木質素磺酸
鹽后，木質素磺酸鹽上的羥基數目增多，因此所合成的固沙劑水溶性增強；不飽
和酸類化合物改性木質素磺酸鹽后，產物中含有羧基，使得產物具有較好的吸濕、
保水等功能；固沙劑具有較好的抗風蝕性能，較高的抗壓強度。
具體實施例方式
中性造紙廢液在減壓或常壓條件下進行濃縮蒸發，干燥，研磨，得到粉狀的 木質素磺酸鹽；把木質素磺酸鹽溶解在適量水中，攪拌均勻后加入一定量的氫氧化鈉溶液，以及一定量的醛類化合物，在溫度為50 80 'C的條件下，回流反應 1 3h;再加入一定量的不飽和酰胺，或不飽和脂肪酸，或不飽和脂肪酸的酯類
化合物，以及引發劑，升溫到80 100。C，回流反應l 2h;最后經過蒸餾、干 燥、研磨得到褐色粉末狀木質素磺酸鹽接枝共聚物；將該高分子共聚物溶解于水
中，均勻噴灑于沙土表面，沙土表面干燥后，可形成致密的硬殼。
實施例1:
40 g木質素磺酸鹽溶于90 mL水中，加入0.2 mol/L的氫氧化鈉溶液10 mL， 再加入丙醛8 mL,在溫度為60 70 。C的條件下反應3 h。反應完畢后，把反應混 合物蒸餾濃縮，干燥，研磨后得到褐色粉末狀產物I。 實施例2:
40 g木質素磺酸鹽溶于卯mL水中，加入24 g醋酸乙烯酯和20%的氫氧化 鈉溶液4mL，升溫到30 'C，再加入30%的過氧化氫水溶液1.6 mL做為引發齊'J， 回流反應30min。反應完后，把反應混合物蒸鎦濃縮，干燥，研磨后得到褐色粉 末狀產物II。 實施例3:
40 g木質素磺酸鹽溶于90 mL水中，加入0.2 mol/L的氫氧化鈉溶液10 mL， 再加入丙醛8 mL,在溫度為60 70 "C的條件下，反應1 h后加入16 mL醋酸乙 烯酯，再加入30%的過氧化氫水溶液1.1 mL，回流反應1 h。反應完后，把反應 混合物蒸餾濃縮，干燥，研磨后得到褐色粉末狀產物III。
將產物I，n和III溶解在40mL水中，攪拌均勻，然后分別以25， 50， 75， 100 g/m2的計量均勻噴灑在6.78xl(^i^的沙土表面上，干燥后，風洞實驗中采 用水平方向和30度角方向挾沙風，當使用量為25 g/m2時，產物I水平方向初始 侵蝕風速是10 m/s， 30度角方向初始侵蝕風速是8 m/s;產物II水平方向初始侵 蝕風速是10m/s， 30度角方向初始侵蝕風速是8 m/s;產物III水平方向初始侵蝕 風速是13 m/s， 30度角方向初始侵蝕風速是10 m/s。
將產物I,II和III溶解在350 mL水中，攪拌均勻，然后分別以IO， 25， 50 g/m2 的計量均勻噴灑在5.27xl(^n^的沙土表面上，干燥后，測試樣品的抗壓強度， 當使用量為25g/rr^時'產物I抗壓強度為144kPa,產物II抗壓強度為113kPa, 產物III抗壓強度為189kPa。
權利要求
1、一種木質素磺酸鹽接枝共聚物化學固沙劑制備方法，其特征在于該方法將中性造紙廢液經蒸發濃縮，干燥，得到粉末狀的木質素磺酸鹽；在木質素磺酸鹽溶液中，加入化學計量的堿溶液，再加入醛類化合物，在溫度為50～80℃的條件下，回流反應1～3小時；然后加入不飽和酰胺，或不飽和脂肪酸，或不飽和脂肪酸的酯類化合物，再加入引發劑，升溫到80～100℃，回流反應1～2小時；最后經過蒸發濃縮、干燥、研磨過程得到褐色粉末狀產物。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所使用的堿是氫氧化鈉，或氫 氧化鉀，或碳酸氫鈉溶液，濃度為10% 30%，用量為木質素磺酸鹽的5% 20 %(質量百分數)。。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所使用的醛類化合物為甲醛、 乙醛或丙醛，用量為木質素磺酸鹽的10% 50% (質量百分數)。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于不飽和酰胺，或不飽和脂肪酸， 或不飽和脂肪酸的酯類化合物選自丙烯酰胺，順丁烯二酸，丙烯酸，甲基丙烯酸， 醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯，用量為木質素磺酸鹽的40% 80% (質量百分 數)。
5、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所使用的引發劑為30%的過氧 化氫水溶液，硝酸鈰銨，或過硫酸鈉，用量為木質素磺酸鹽的0.5% 10%(質量 百分數)。
全文摘要
本發明公開了一種木質素磺酸鹽接枝共聚物化學固沙劑制備方法。本發明通過對中性造紙廢液進行蒸發濃縮，提取其中的木質素磺酸鹽，然后分別或同時以醛類化合物和不飽和酰胺、不飽和酸或酯類化合物為反應組份，對木質素磺酸鹽進行化學改性，合成系列木質素磺酸鹽接枝共聚物化學固沙劑，具有對環境無污染，較好的水溶性，較強的抗風蝕能力及較高的抗壓強度性能。
文檔編號C08F289/00GK101440287SQ20071018857
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月22日 優先權日2007年11月22日
發明者王來來, 董治寶, 趙水俠 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所