文献综述

背景介绍：木质素(简称木素lignin)与纤维素及半纤维素共同形成植物体骨架, 是自然界中在数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料。每年都以600万亿t的速度再生, 因而是极具潜力可再生资源。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4 亿t 纤维素, 同时得到5 000 万t 左右的木质素副产品, 但迄今为止，超过95% 的木质素仍然主要作为工业制浆的废弃物,随废水直接排入江河或浓缩后烧掉,绝少得到高效利用。从制浆废液中提取出的木质素分子量在几百到几百万之间,且具有显著的多分散性，不溶于水，具有良好的物理、化学性能，如阻燃、耐溶剂性能，良好的热稳定性能。木质素一般以碱木素形式存在，而碱木素是重要的化工原料，开展化学综合利用,对造纸厂黑液治理有重要意义。造纸黑液的排放不仅造成资源的很大浪费, 同时又污染环境, 对其进行综合开发、利用对经济的发展和环境保护都具有现实意义。随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深刻，天然高分子所具有的可再生、可降解等性质日益受到重视，环境、资源问题日益突出，对木质素的综合高效利用也受到人们的重视。世界上发达国家都把木素资源利用作为跨世纪的研究课题。

随着世界经济和现代化工业的迅猛发展，资源、能源和环境问题日益突出。这些问题的解决是实现人类社会可持续发展，保障人们良好的生存环境和提高人们生活质量的关键。因此，必须高度重视可再生资源和生物质资源的开发利用，建设低碳经济和绿色经济的可持续发展新模式。农作物秸秆是最具有代表性的生物质资源，目前世界农作物秸秆年产量超过20 亿吨。我国作为一个农业大国，秸秆资源十分丰富，每年有6 亿多吨农作物秸秆被废弃或露天焚烧，而且逐年递增。但是秸秆的利用一直停留在传统的低值转化方式上，没有把它纳入资源的行列。原因在于必须通过适当的预处理来破坏秸秆中纤维素、半纤维素和木质素之间的完整结构，以便实现各组分的分离利用。有文献中课题组发明了基于SO3 原位微热爆结合碱洗的秸秆预处理新方法，能够在常压条件下实现预处理后木质素残留率≤4.5%，综纤维素损失率≤8%。该方法的初步机理研究表明，微热爆过程中，SO3 气体、H2SO4 与木质纤维中的木质素发生磺酸酯化、硫酸酯化反应，不仅能够有效地破坏木质素与纤维素、半纤维素间的连接，而且有利于后续碱的进入，提高了木质素的剥离率，实现各组分分离。木质素作为一种可再生的天然高分子有机物在工业、农业、医药等诸多领域均有着广泛的应用，如若将上述秸秆预处理后的碱液直接排放，不仅会造成严重的环境污染，同时还会造成极大的资源浪费。因此，需要对碱液中的木质素进行高效回收分离，并将分离后的碱液回收套用，以实现废弃物资源化利用与后续增值化开发。目前分离碱液中木质素的方法主要有酸析法、电渗析法、膜分离法、生物降解法等，其中最成熟、最有效的方法是酸析法。酸析法虽然工艺简单易操作，但需要加入大量的酸，不仅对设备有很高的要求，同时对木质素的结构有一定的破坏以及造成酸的二次污染。

木质素高分子的应用：木质素多以大分子形式应用,主要利用其良好的分散性、粘合性和表面活性。在水泥及建筑工程中的应用，可作混凝土减水剂以及装饰材料，同时可作为水处理剂在工业冷却水系统中作为阻垢剂使用；在农业中的应用，可作木素肥料资源化，制成一系列功能性肥料，如：螯合肥料、控释肥、活化磷肥和改土肥等；同时可作为分散剂和表面活性剂，用于多种工业领域:木质素磺酸盐用作染料的稳定剂、除虫杀菌剂的分散剂、粘土或固体燃料水悬浮液稳定剂、循环冷凝水的缓蚀阻垢剂等，石油钻探中用于改善泥浆的流度和流变学性质，石油三次开采中用作稀释剂，还可用作石油、沥青、蜡等的乳化剂；在造纸工业中的应用，木素和木素衍生物作为一种特殊的化学品在造纸工业中可以用作纸页增强剂、纸页染料、助留助滤剂和树脂控制剂、纸页施胶剂等，如用改性木素(水溶性木素、水溶性铵化木素及铵化水溶性木素)进行的纸张施胶试验结果表明，用改性木素施胶的纸比用松香施胶、白土加填的纸要好，施胶后的纸张物理强度有所增加。同时，铵化木素的不溶部分可作为填料使用，增加纸页的物理强度及施胶度。改性木素作纸张增强剂，研究表明改性木素是一种多功能助剂，化学改性的酸沉淀木素具有多功能造纸助剂特性,不同的改性木素类型对纸页强度影响程度不同，但是添加改性木素都使纸页强度有不同程度的增加，在改性木素添加量为6%时，纸页强度达到最大值，随后继续增加木素，纸页强度降低。其原因可能是由于木素在纸页中的留着率降低导致的结果。在改性木素用量为6%，明矾用量为6.5%时对纸页增强效果较好。研究[26]发现在打浆到相同的打浆度时，添加改性木素可以节约打浆能量。在打浆前添加3%～5% 的改性木素，可以节约10%～15% 的打浆能量，同时纸页强度提高20%～25%等等。而作填料使用时，用木素代替部分炭黑来造纸，不仅可为木素找到了一条可以被大量使用的出路，也可用以代替较贵的炭黑而降低造纸的成本。加之木素本身无毒，对光敏、氧敏的农药, 能起到稳定作用，同时具有防虫作用。影响水果外观色泽的主要因素就是紫外线对水果的照射，而木素属于芳香族的天然高分子聚合物，具有吸收紫外线的能力。实验表明用木素来代替部分炭黑作为苹果外袋纸的填料在一定程度上能够避免日灼。

参考文献：

[1] 周勇, 高德发. 碱法造纸废液合成香兰素的研究.化学工程师,2000,2.

[2] 石雪峰, 吴保国,王凤君. 磺甲基化硫酸盐木素的表面活性研究. 化学工程师,2001,2:20-21.

[3] Mariana Grouml;tzner , Emeline Melchiors ,et al.Pulp and Paper Mill Effluent Treated by Combining

Coagulation-Flocculation-Sedimentation and Fenton Processes[J]. Water Air Soil Pollut, 2018 ,229: 364.