造纸黑液中提取木质素的方法技术

本发明专利技术涉及造纸黑液中提取木质素的方法。造纸黑液的无污染利用是困扰造纸工业发展的难题。本发明专利技术将造纸黑液进行ｐＨ调节至８－１０，通过预处理系统进行预处理，除去大的悬浮颗粒和胶体杂质；预处理系统为一过滤精度为１００到３００目范围的机械振动筛过滤器或袋式过滤器，以及一个截留分子量为２０万－５０万范围经过改性后的分离膜；改性分离膜材料经过本体接枝改性、表面接枝改性或合金化改性；经过二级或二级以上分离膜进行精滤，各级分离膜的截留分子量从１５０到５００００不等。该发明专利技术产品中纯木质素含量不小于５５％，浓缩提纯后可高达９０．０％以上；耐温可达１３０℃以上；表观灰分含量可小于５％；并可调节分子量大小和分布，生产不同品质的木质素产品；同时可以做到水的充分循环利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用材料改性的分离膜及杂合的多级分离提纯工艺从造纸黑液中获取精制木质素的方法。
技术介绍
造纸黑液的无污染资源化利用 一直是困扰造纸工业发展的难题。最近开发的将造纸黑液直接浓缩喷再经雾干燥成粉体的技术为该难题提出了一个解决方法，使木质素变废为宝，其产品可作为减水剂、发泡剂、粘接剂、研磨剂、沥青抗氧化剂等用在建材和道路施工行业；在农业和畜牧业，可以作为土壤调节剂、伺料添加剂、保鲜剂、喷施剂、种子包衣剂农药緩释剂等；并具有作为油水混合剂、管道清洁剂、降粘剂、驱油剂等用在石油化学和开采行业的潜力；也可作为染料/颜料分散剂、乳化稳定剂、扩链剂、脱墨剂、鞣革剂、镀层光亮剂、电池板增寿剂、热塑性塑料添加剂、水处理剂(其多元胺基化产品)等，用在诸多领域；同时具有将其进一步裂解为轻质芳烃，取代部分石油化工原料的发展前景。含木质素料液来源于使用麦草、，苇、玉米杆、苎麻、竹子和木材为原料的制浆液中的挤出黑液，其浓度为5-25 wt.%,其料液的大致组分分析见表1。黑液产品中的纯木质素含量很低(15-40%),木质素的分子量分布很宽(从几百到几十万)，不同的原料，其分子量的峰值位置也不同，对分子量的分析表明，其中分子量大于20000以上的有20-40%左右，2000以下的分子约5-20%,杂质很高，实际灰分可达20-50% (表观灰份也可高达10-30%),从而限制了拓展该产品的应用领域和开发其下游产品。因此，必须将产品进一步提纯后，才可进一步加工成附加值更高的产品。由于传统的混凝沉淀技术和浓缩喷雾干燥技术不能将所需的木质素和杂质分别提取，特别是无法将与木质素共溶的硅酸或硫酸盐等灰分从溶液中脱除，因此无法获得高纯度的木质素产品。近些年开发的膜分离技术，由于其高效、低耗和环保，可以根据需要对产品的进行分子量分级和选择性分离，被广泛应用在食品和生化产品的浓缩、分离和提纯，污水处理，石油化工等领域。本专利技术将之用于造纸黑液中木质素的提取和纯化，但由于该类料液成分的复杂性，其用在该料液时的水通量比较低，其耐该类料液的污染性也很低，往往运行很短的时间通量就下降到不可使用的程度，因此必须通过材料的改性和工艺的合理设计克服这两个制约工业化应用的关键问题。表l.造纸黑液组分分析成分水純木质素半纤维素和 还原糖氯离子疏酸钠等 盐分灰分、胶体和糖 酸类物质分子量18500-300000140-50035. 5142120-500 20-50含量《)5-1015-405-200. 1-510-30
技术实现思路
3为获得高纯度的木质素产品，本专利技术通过对分离膜材质进行改性、设计合理的膜组件 形式和设计杂合的膜分离工艺对造纸黑液中的木质素进行净化、分级、浓缩和脱除小分子 杂质，从而达到对木质素进行提纯和分级，并使排放水达标排放，同时调节料液的性质以 进一步降低料液对膜的污染，提高运行稳定性。本专利技术拟在通过对分离膜进行改性提高其 通量和抗污染性，通过设计杂合的膜分离工艺提高设备的长期运行稳定性，从而在工业规 模上将初始的木质素产品除杂，提纯和分级获得不同分子量和分子量分布的高纯度木质素 产品和高热稳定性木质素产品。造纸黑液中的成分非常复杂，特别是存在大量的粘性胶体和易结垢的盐分等灰分和易 滋生细菌等微生物的小分子有机物(如糖、糖酸和低分子半纤维素)，对传统的分离膜造 成大量污染，使其通量和截留率大幅下降，使运行环境恶化；同时黑液中的悬浮颗粒(0. 1-100微米，分子量处在儿十到几百万)不仅易被吸附在膜表层时，造成膜孔堵塞， 使实际膜面积下降，也会对膜表面造成刮擦磨损，恶化膜的截留效果。因此必须对分离膜 表层进行改性、对膜分离工艺进行合理设计以及对处理的料液性质进行必要的调整。这样， 通过对分离膜和分离工艺进行全面的合理设计，达到和分离对象相匹配，从而实现设备长 期稳定运行的目的(稳定运行不小于2年)。本专利技术提供了一种，其特征在于，包括以下步骤 1) 预处理将造纸黑液进行pH调节至8-10,通过预处理系统进行预处理，除去 大的悬浮颗粒和胶体杂质；所述预处理系统为一过滤精度为IOO到300目范围的机械振动筛过滤器或袋式过滤器， 以及一个截留分子量(Mc)为20-50万范围经过改性后的分离膜；所述的改性分为膜材料 本体接枝改性、表面接枝改性或合金化改性。本体改性是在将材料制成分离膜之前进行的，基本工艺如下。将引发剂(如lg过氧化 二苯甲酰，BP0)、接枝单体(如5马来酸酐，MAH )和防交联剂(如0. 5mL 二曱亚砜，DMS ) 溶于溶剂(如20mL丙酮，ACT)中，配好接枝反应液，将膜材料(如lOOg聚偏氟乙烯粉 体，PVDF)加入反应釜内，然后在高速(>500rpm)搅拌下，緩慢滴加反应液(每分钟约 1-5毫升)，充分混合后，升温到60-95° C)反应1-2小时。表面改性是将制成的膜的表面接枝上亲水或亲油的官能团， 一个典型的工艺如下为 配置含有15%wt的过硫酸铵和2%十二烷基苯磺酸钠的水溶液，将制备好的膜没于溶液下， 膜离开上述溶液后形成了一层液膜，然后进入254nm处光强8-9mw/cm2的紫外灯辐照区， 光照时间约20-120秒；光照后再经高温(50-100° C)蒸汽后处理10秒到30秒，然后进入 去离子水中水解，取出后用去离子水冲洗干净，制成膜组件后加入保护剂(如甘油)待用。 合金化改性是通过在铸膜液中添加第二种聚合物来改善成膜的机械性能和亲水亲油平衡。 以下是以PSF膜的改性为例说明合金化改性工艺。将PSF和磺化聚砜(SPSF, IEC = 0. 65meg/g)以一定重量比(如1/7)溶解在二甲基曱酰胺中配成一定浓度的铸膜液，然后 再以常规的制备平板膜的方法在无纺布上制成厚度约IOO微米的平板膜，再经过组装工序 制成巻式组件。42)经过二级或二级以上分离膜进行精滤，各级分离膜的截留分子量从150到50000 不等。本专利技术涉及的膜材质为聚砜(PSF),磺化聚砜(SPSF),聚醚砜(PES),聚偏氟乙 烯(PVDF),聚氯乙烯(PVC),聚丙烯腈(PAN),纤维素类(如醋酸纤维素，硝酸纤维 素等)，各类聚烯烃材料(如聚乙烯，PE;聚丙烯，PP),各种金属膜(如不锈钢，钛合 金，铝合金等)和陶瓷膜(如氧化铝，氧化钛，氧化锆、氧化硅等)，但是这些膜表面均 经过用紫外光或等离子体(用于陶瓷膜改性)照射下引发化学改性剂(如HF、 NH4F、 CH3F、 (NH4) 2S204、马来酸酐(MAH),马来酸二丁酯(DBM))对膜进行在线原位亲水/亲油平 衡改性，以同时提高膜表面的抗污染性和膜的水通量。本专利技术涉及设计杂合的膜分离工艺 进一步提高分离膜的抗污染性、抗堵塞性和运行稳定性，从而将木质素中的杂质脱除并将 木质素分级获得不同用途的精制产品，特别是高热稳定性的精制木质素。该膜分离工艺涉及一预处理系统和带有二级或二级以上膜分离系统的精滤装置，如图 1所示。预处理系统为一过滤精度为100目到300目的机械振动筛过滤器或袋式过滤器， 以及一个截留分子量为20-50万的材料本体改性的管式膜；精滤装置中各级分离膜的截留 分子量为从150到50000不等，膜组件形式为巻式或中空纤维式，对巻式，膜材料可采用 本体改性或表面接枝改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种造纸黑液中提取木质素的方法，其特征在于，包括以下步骤：　１）预处理：将造纸黑液进行ｐＨ调节至８－１０，通过预处理系统进行预处理，除去大的悬浮颗粒和胶体杂质；　所述预处理系统为一过滤精度为１００到３００目范围的机械振动筛过滤器或袋式过滤器，以及一个截留分子量为２０万－５０万范围经过改性后的分离膜；所述的改性分离膜材料经过本体接枝改性、表面接枝改性或合金化改性；　２）经过二级或二级以上分离膜进行精滤，各级分离膜的截留分子量从１５０到５００００不等。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉军，吴勇，
申请(专利权)人：北京嘉禾木科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]