CN110615896A - 一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法 - Google Patents

一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法，包括如下步骤：首先采用预过滤、超滤膜对溶解浆制浆废液浓缩，分离纤维素、木质素及碱液，纤维回用于造纸工段，碱液回用于制浆工段，浓缩后的木质素浓缩液通过氧化、磺化制备木质素磺酸盐。本发明提供的溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法，有效利用了造纸废液，既降低了造纸废液排放对环境的污染同时也对实现了对废弃物的高值化利用，对于自身规模小没有碱回收的制浆厂尤为可观；同时生产的木质素磺酸盐具有磺化度高，水泥净浆流动性高，减水效果好的应用特点。

Description

一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法。
背景技术
制浆造纸行业是我国污染较重的行业之一，其中最主要的污染来源为制浆废液的污染，而其中木质素又是废液的主要成分。因木质素在制浆过程中受蒸煮药剂破坏较大，加上不同原料也在一定程度上造成了木质素利用难度的加大，目前制浆废液利用程度很低，仅用做燃料燃烧回收能量及废液中的碱。
木质素是由芳香醇聚合而的构成的一类物质，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，为次生壁主要的成分。木质素主要位于纤维素纤维之间，起支撑、抗压作用。在木本植物中，木质素约占20％到25％，是自然界第二丰富的天然高分子(纤维素是第一)。木质素无毒，在性能方面有极好的通用性，在工业上有广泛的应用。此外，木质素结构中含有多种基团，容易发生化学反应而改性，可用于生产多种化工材料，如分散剂，水泥减水剂等。木质素做为一种可降解的环保材料能很好的替代一些不可降解的材料，对环境保护具有很重要的意义。
溶解浆制浆是主流的制浆方法之一，蒸煮过程产生的废液含有大量的木质素，而目前制浆造纸行业仅实现很少一部分废液加以利用，其中大量的溶解浆制浆废液仍没有得到利用也只能用于燃烧回收能量及蒸煮碱液。因而，亟待研发一种溶解浆制浆废液的利用途径，实现对溶解浆制浆废液的高效利用，实现对资源的高值化利用。
发明内容
本发明为提高溶解浆制浆废液资源化利用率，解决目前溶解浆制浆废液处理工艺存在的问题，提出一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法。
本发明提供的溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法，尤其适合于体量小无碱回收的小型制浆厂高值化处理其制浆废水，在减少环境污染的同时获得高值化的磺化度高，水泥净浆流动性高，减水效果好的木质素磺酸盐减水剂。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法，包括以下步骤：
(1)采用预过滤器去除溶解浆制浆废液中的纤维类杂质，得废液；
(2)将废液采用超滤膜进行浓缩处理，控制处理后的浓缩液固含量在15-30％，密度1.08-1.20g/mL，得木质素浓缩液，其固形物中木质素含量可达50-80％；
(3)向木质素浓缩液中加入过氧化氢进行氧化处理，控制pH为8-13，于50-75℃反应30-100min；
(4)向氧化后的木质素浓缩液中加入甲醛进行缩聚反应，于50-75℃反应30-100min，以增加木质素的分子量，得木质素缩聚物；
(5)向木质素缩聚物中加入磺化剂进行进行磺化反应，于80-100℃反应60-150min，得木质素磺酸盐；
(6)将磺化反应后的木质素磺酸盐进行喷雾干燥，即得木质素磺酸盐减水剂。
进一步地，所述溶解浆制浆废液的固含量为8-15％，密度为1.03-1.08g/mL，pH值为10.5-13.5。
进一步地，步骤(1)中所述预过滤器的孔径为1-20μm，过滤后的纤维类杂质回用于造纸工段。
进一步地，步骤(2)中所述超滤膜的分子量为1000-10000，处理条件40-70℃，进膜压力10-50bar；过滤后的滤液含碱回用于制浆工段。
进一步地，步骤(3)中所述过氧化氢浓度为30wt％，其用量为所述浓缩液固形物中木质素含量的10-30wt％。
进一步地，步骤(4)中所述甲醛浓度为37wt％，其用量为所述浓缩液固形物中木质素含量的10-50wt％。
进一步地，步骤(5)中所述磺化剂为二氧化硫、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠。
进一步地，步骤(5)中所述磺化剂的用量为所述浓缩液固形物中木质素含量的10-50wt％。
进一步地，步骤(6)中所述喷雾干燥采用离心式喷雾干燥器对，蒸汽进口温度200-240℃，出口温度90-120℃。
本发明的第二个方面是提供一种如上述所述方法的溶解浆制浆废液制备的木质素磺酸盐减水剂。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提供的烧碱法制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法，预过滤回收的纤维类物质回用于造纸工段，超滤截留木质素用于磺化，透过碱液回用于制浆工段；该处理工艺大幅减少了废水排放，简化了木质素磺化的工艺步骤、能有效缩短生产周期，具有高效性；同时生产的木质素磺酸盐具有磺化度高，水泥净浆流动性高，减水效果好的应用特点。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法，包括以下步骤：
(1)以溶解浆制浆废液为原料，其固含量在8-15％，密度1.03-1.08g/mL，pH值在10.5-13.5，其有机物含量为60-70％；无机物含量为30-40％；木质素占黑液固形物的25-35％；
(2)采用5um预过滤器对固含量为10％的黑液进行过滤处理；
(3)采用3000分子量超滤膜对处理液进行超滤浓缩，材质为耐碱聚砜膜，处理温度45℃，进料压力20bar，处理后得到浓缩液固含量为18％，其木质素为固形物的60％；
(4)加入12％的过氧化氢，反应温度50℃，反应时间60min，反应pH 9；
(5)加入15％的甲醛，反应温度55℃，反应时间60min；
(6)加入15％的二氧化硫，反应温度85℃，反应时间60min；
(7)采用离心式喷雾干燥器对磺化液进行喷雾干燥，进口温度200℃，出口温度90℃，得到颗粒较细的木质素磺酸盐粉末，固含量93％。
实施例2
(1)以溶解浆制浆废液为原料，其固含量在8-15％，密度1.03-1.08g/mL，pH值在10.5-13.5，其有机物含量为60-70％；无机物含量为30-40％；木质素占黑液固形物的25-35％；
(2)采用10um预过滤器对固含量为12％的黑液进行过滤处理；
(3)采用5000分子量超滤膜对处理液进行超滤浓缩，材质为耐碱聚砜膜，处理温度55℃，进料压力30bar，处理后得到浓缩液固含量为22％，其木质素为固形物的65％；
(4)加入19％的过氧化氢，反应温度65℃，反应时间80min，反应pH 9；
(5)加入15％的甲醛，反应温度65℃，反应时间70min；
(6)加入15％的二氧化硫，反应温度90℃，反应时间90min；
(7)采用离心式喷雾干燥器对磺化液进行喷雾干燥，进口温度220℃，出口温度100℃，得到颗粒较细的木质素磺酸盐粉末，固含量95％。
实施例3：
(1)以溶解浆制浆废液为原料，其固含量在8-15％，密度1.03-1.08g/mL，pH值在10.5-13.5，其有机物含量为60-70％；无机物含量为30-40％；木质素占黑液固形物的25-35％；
(2)采用16um预过滤器对固含量为14％的黑液进行过滤处理；
(3)采用8500分子量超滤膜对处理液进行超滤浓缩，材质为耐碱聚砜膜，处理温度65℃，进料压力45bar，处理后得到浓缩液固含量为27％，其木质素为固形物的70％；
(4)加入26％的过氧化氢，反应温度70℃，反应时间80min，反应pH 9；
(5)加入15％的甲醛，反应温度70℃，反应时间90min；
(6)加入15％的二氧化硫，反应温度95℃，反应时间120min；
(7)采用离心式喷雾干燥器对磺化液进行喷雾干燥，进口温度240℃，出口温度110℃，得到颗粒较细的木质素磺酸盐粉末，固含量97％。
性能检测：
将实施例1-3制备的减水剂，采用标准水泥，掺量按水泥质量的0.15％，根据GB8076-2008《混凝土外加剂》，测其减水率、坍落度及坍落度损失。混凝土配比为：水泥350kg/m3，砂800kg/m3、粉煤灰1050kg/m3，坍落度控制在210±10mm，数据见表1。
表1
减水率％ 坍落度mm 扩展度mm
基准 — 210/580 145/380
实施例1 35 225/570 185/475
实施例2 51 235/590 235/515
实施例3 46 230/580 215/505
将实施例1-3制备的减水剂和普通减水剂进行含气量，泌水率的检测，选用水泥为硅酸盐水泥，折固掺量为水泥的0.1％，数据见表2。
表2
含气量％ 泌水率％
普通减水剂 45 4.5
实施例1 28 2.3
实施例2 16 1.0
实施例3 22 1.5
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种溶解浆制浆废液制备木质素磺酸盐减水剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用预过滤器去除溶解浆制浆废液中的纤维类杂质，得废液；
(2)将废液采用超滤膜进行浓缩处理，控制处理后的浓缩液固含量在15-30％，密度1.08-1.20g/mL，得木质素浓缩液，其固形物中木质素含量可达50-80％；
(3)向木质素浓缩液中加入过氧化氢进行氧化处理，控制pH为8-13，于50-75℃反应30-100min；
(4)向氧化后的木质素浓缩液中加入甲醛进行缩聚反应，于50-75℃反应30-100min，得木质素缩聚物；
(5)向木质素缩聚物中加入磺化剂进行进行磺化反应，于80-100℃反应60-150min，得木质素磺酸盐；
(6)将磺化反应后的木质素磺酸盐进行喷雾干燥，即得木质素磺酸盐减水剂。
2.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述溶解浆制浆废液的固含量为8-15％，密度为1.03-1.08g/mL，pH值为10.5-13.5。
3.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述预过滤器的孔径为1-20μm，过滤后的纤维类杂质回用于造纸工段。
4.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述超滤膜的分子量为1000-10000，处理条件40-70℃，进膜压力10-50bar；过滤后的滤液含碱回用于制浆工段。
5.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述过氧化氢浓度为30wt％，其用量为所述浓缩液固形物中木质素含量的10-30wt％。
6.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述甲醛浓度为37wt％，其用量为所述浓缩液固形物中木质素含量的10-50wt％。
7.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述磺化剂为二氧化硫、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠。
8.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述磺化剂的用量为所述浓缩液固形物中木质素含量10-50wt％。
9.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述喷雾干燥采用离心式喷雾干燥器对，蒸汽进口温度200-240℃，出口温度90-120℃。
10.一种如权利要求1-9任一项所述方法的溶解浆制浆废液制备的木质素磺酸盐减水剂。
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