CN114524881A - 一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法 - Google Patents
一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114524881A CN114524881A CN202210310188.4A CN202210310188A CN114524881A CN 114524881 A CN114524881 A CN 114524881A CN 202210310188 A CN202210310188 A CN 202210310188A CN 114524881 A CN114524881 A CN 114524881A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cellulose
- straw
- based water
- etherification
- reducing agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 124
- 239000010902 straw Substances 0.000 title claims abstract description 88
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000006266 etherification reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 123
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000021962 pH elevation Effects 0.000 claims description 2
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 abstract description 110
- 229920000168 Microcrystalline cellulose Polymers 0.000 abstract description 8
- 235000019813 microcrystalline cellulose Nutrition 0.000 abstract description 8
- 239000008108 microcrystalline cellulose Substances 0.000 abstract description 8
- 229940016286 microcrystalline cellulose Drugs 0.000 abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 14
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 14
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 10
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 9
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 8
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 6
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 4
- -1 4-Butyl Chemical group 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- BZWQNMUGNDAMBX-UHFFFAOYSA-N butyl butane-1-sulfonate Chemical compound CCCCOS(=O)(=O)CCCC BZWQNMUGNDAMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 238000012844 infrared spectroscopy analysis Methods 0.000 description 1
- 125000000468 ketone group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B11/00—Preparation of cellulose ethers
- C08B11/02—Alkyl or cycloalkyl ethers
- C08B11/04—Alkyl or cycloalkyl ethers with substituted hydrocarbon radicals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
- C04B24/38—Polysaccharides or derivatives thereof
- C04B24/383—Cellulose or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B1/00—Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
- C08B1/08—Alkali cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B11/00—Preparation of cellulose ethers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
- C04B2103/30—Water reducers, plasticisers, air-entrainers, flow improvers
- C04B2103/302—Water reducers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
本发明提供了一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法，涉及废物再利用技术领域。本发明将秸秆进行酸化，得到秸秆纤维素，经过第一碱化‑第一醚化‑第二碱化‑第二醚化，制备得到纤维素基减水剂。采用本发明的纤维素基减水剂制备的混凝土的各项性能均比采用微晶纤维素基减水剂的各项性能优良，说明本发明以秸秆为原料制备的纤维素基减水剂在节约成本的同时具有较好的性能。同时能够对秸秆实现废物再利用。
Description
技术领域
本发明涉及废物再利用技术领域，具体涉及一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法。
背景技术
目前已报道的纤维素基减水剂多以纤维素成品为原材料，大连理工大学王立久教授采用1,4-丁基磺酸内酯(BS)、NaOH和微晶纤维素为原料制备丁基磺酸纤维素(SBC)，并且探究了反应条件对产物性能的影响(王立久,黄凤远,张鸿,马希晨.纤维素基混凝土高效减水剂制备与应用研究[J].大连理工大学学报,2008(05):679-684.)。在n(NaOH)：n(AGU)：n(BS)＝2.5：1：1.7、反应时间4.5h、反应温度75℃的条件下可得到具有减水分散功能的SBC，掺量为1％时，SBC砂浆减水率为16.5％，而且SBC对水泥有一定的缓凝作用。
随着资源日趋紧张，充分利用农作物秸秆废弃物进行资源研究和开发，可以实现秸秆废弃物的再利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法，本发明以秸秆为原料制备纤维素基减水剂，在节约成本的同时具有较好的性能，能够对秸秆实现废物再利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法，包括以下步骤：
将秸秆和盐酸溶液混合，进行酸化，得到秸秆纤维素；
将所述秸秆纤维素和异丙醇以及部分氢氧化钠溶液混合，进行第一碱化，得到第一碱化纤维素体系；
将所述第一碱化纤维素体系和部分1,3-丙磺酸内酯混合，进行第一醚化，得到第一醚化纤维素体系；
将所述第一醚化纤维素体系和剩余氢氧化钠溶液混合，进行第二碱化，得到第二碱化纤维素体系；
将所述第二碱化纤维素体系和剩余1,3-丙磺酸内酯混合，进行第二醚化，得到纤维素基减水剂。
优选地，所述盐酸溶液的浓度为2.3～2.8wt％；所述秸秆和盐酸溶液的固液比为1g：10～12mL。
优选地，所述酸化的温度为85～95℃；所述酸化的时间为45～55min。
优选地，所述秸秆纤维素和异丙醇的用量比为1g：10～12mL。
优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为25～35wt％；所述部分氢氧化钠溶液和剩余氢氧化钠溶液的质量比为1:1。
优选地，所述秸秆纤维素和氢氧化钠溶液的用量比为1:2～2.5。
优选地，所述第一碱化和第二碱化在室温条件下进行；所述第一碱化和第二碱化的时间独立为25～35min。
优选地，所述部分1,3-丙磺酸内酯和剩余1,3-丙磺酸内酯的质量比为1:2。
优选地，所述第一醚化和第二醚化的温度独立为57～63℃；所述第一醚化和第二醚化的时间独立为1.8～2.2h。
优选地，所述秸秆纤维素和1,3-丙磺酸内酯的质量比为1:1.7。
本发明提供了一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法，本发明将秸秆进行酸化，得到秸秆纤维素，经过第一碱化-第一醚化-第二碱化-第二醚化，制备得到纤维素基减水剂。采用本发明的纤维素基减水剂制备的混凝土的各项性能均比采用微晶纤维素基减水剂的各项性能优良，说明本发明以秸秆为原料制备的纤维素基减水剂在节约成本的同时具有较好的性能。与传统纤维素基减水剂的制备工艺相比，本发明的原料是秸秆，既大大降低了成本，也实现了秸秆再利用，保护环境。此外，本发明采用的试剂1,3-丙磺酸内酯的市场售价为82元/100g，与原工艺材料相比也有很大程度的节约，且1,3-丙磺酸内酯能在非常温和的条件下反应，准确的提供磺酸基团，本身也是一种重要的表面活性剂。本发明与聚羧酸类减水剂的合成相比，无需引发剂引发反应，具有工艺简单的优点。
附图说明
图1为实施例1制备的纤维素基减水剂的红外光谱图；
图2为实施例1制备的秸秆纤维素的红外光谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法，包括以下步骤：
将秸秆和盐酸溶液混合，进行酸化，得到秸秆纤维素；
将所述秸秆纤维素和异丙醇以及部分氢氧化钠溶液混合，进行第一碱化，得到第一碱化纤维素体系；
将所述第一碱化纤维素体系和部分1,3-丙磺酸内酯混合，进行第一醚化，得到第一醚化纤维素体系；
将所述第一醚化纤维素体系和剩余氢氧化钠溶液混合，进行第二碱化，得到第二碱化纤维素体系；
将所述第二碱化纤维素体系和剩余1,3-丙磺酸内酯混合，进行第二醚化，得到纤维素基减水剂。
本发明将秸秆和盐酸溶液混合，进行酸化，得到秸秆纤维素。在本发明中，所述秸秆优选为小麦秸秆或玉米秸秆。在本发明中，所述秸秆在与盐酸溶液混合前，优选还包括粉碎处理。在本发明中，秸秆的粒径优选为150微米以下。
在本发明中，所述盐酸溶液的浓度优选为2.3～2.8wt％，更优选为2.5wt％。在本发明中，所述秸秆和盐酸溶液的固液比优选为1g:10～12ml，更优选为1g：10mL。
在本发明中，所述酸化的温度优选为85～95℃，更优选为90℃；所述酸化的时间优选为45～55min，更优选为50min。在本发明中，所述酸化优选在恒温水浴中进行。
本发明优选在所述酸化后，还包括：将所得酸化体系置于室温下冷却，过滤冲洗所得酸化体系至中性，然后固液分离得到固体物质；将所述固体物质进行干燥，得到秸秆纤维素。在本发明中，所述固液分离的方法优选为抽滤；所述干燥的温度优选为60℃。
得到秸秆纤维素后，本发明将所述秸秆纤维素和异丙醇以及部分氢氧化钠溶液混合，进行第一碱化，得到第一碱化纤维素体系。在本发明中，所述秸秆纤维素和异丙醇的用量比优选为1g:10～12ml，更优选为1g：10mL。在本发明中，所述异丙醇作为分散剂，更有利于碱化反应和醚化反应的进行。在本发明中，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为25～35wt％，更优选为30wt％。在本发明中，对秸秆纤维素的碱化分两步进行；所述秸秆纤维素和氢氧化钠溶液的用量比优选为1:2～2.5；所述部分氢氧化钠溶液的质量优选占氢氧化钠溶液总质量的50％。
在本发明中，所述秸秆纤维素和异丙醇以及部分氢氧化钠溶液混合优选包括：先将秸秆纤维素和异丙醇进行预混，然后加入部分氢氧化钠溶液。在本发明中，所述预混的时间优选为30min。
在本发明中，所述第一碱化优选在室温条件下进行；所述第一碱化的时间优选为25～35min，更优选为30min。在本发明中，所述第一碱化优选在搅拌条件下进行。
得到第一碱化纤维素体系后，本发明将所述第一碱化纤维素体系和部分1,3-丙磺酸内酯混合，进行第一醚化，得到第一醚化纤维素体系。在本发明中，对秸秆纤维素的醚化分两步进行；所述秸秆纤维素和1,3-丙磺酸内酯的质量比优选为1:1.7；所述部分1,3-丙磺酸内酯的质量优选占1,3-丙磺酸内酯总质量的30％。
在本发明中，所述第一醚化的温度优选为57～63℃，更优选为60℃；所述第一醚化的时间优选为1.8～2.2h，更优选为2h。在本发明中，所述第一醚化优选在恒温水浴中进行。
得到第一醚化纤维素体系后，本发明将所述第一醚化纤维素体系和剩余氢氧化钠溶液混合，进行第二碱化，得到第二碱化纤维素体系。本发明优选将所述第一醚化纤维素体系冷却至室温后，再和剩余氢氧化钠溶液混合。
在本发明中，所述第二碱化优选在室温条件下进行；所述第二碱化的时间优选为25～35min，更优选为30min。在本发明中，所述第二碱化优选在搅拌条件下进行。
得到第二碱化纤维素体系后，本发明将所述第二碱化纤维素体系和剩余1,3-丙磺酸内酯混合，进行第二醚化，得到纤维素基减水剂。
在本发明中，所述第二醚化的温度优选为57～63℃，更优选为60℃；所述第二醚化的时间优选为1.8～2.2h，更优选为2h。在本发明中，所述第二醚化优选在恒温水浴中进行。
本发明通过重复碱化醚化过程，能够提高产物纯度，进而提高纤维素基减水剂的综合性能。
本发明优选在所述第二醚化后，将所得体系进行固液分离，得到的固体物质进行干燥，得到纤维素基减水剂。在本发明中，所述固液分离的方法优选为抽滤；所述干燥的温度优选为60℃。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将小麦秸秆粉碎，过100目筛，加入三口烧瓶中，按照固液比为1g：10mL加入浓度为2.5wt％的盐酸溶液，将三口烧瓶密封，置于恒温水浴锅中，设定温度90℃，酸化50min。反应后，将三口烧瓶置于室温下冷却，过滤冲洗反应液至中性，再抽滤出固体，将固体置于60℃条件下干燥，得到秸秆纤维素。
将5g所述秸秆纤维素加入到三口烧瓶中，再加入50mL的异丙醇，搅拌30min；加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入1.4g 1,3-丙磺酸内酯(PS)，在60℃恒温水浴下醚化2h；
醚化结束后，待温度冷却到室温，加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入2.7g PS，在60℃恒温水浴下醚化2h，抽滤，60℃烘干得到纤维素基减水剂。
实施例2
将小麦秸秆粉碎，过100目筛，加入三口烧瓶中，按照固液比为1g：10mL加入浓度为2.5wt％的盐酸溶液，将三口烧瓶密封，置于恒温水浴锅中，设定温度90℃，酸化50min。反应后，将三口烧瓶置于室温下冷却，过滤冲洗反应液至中性，再抽滤出固体，将固体置于60℃条件下干燥，得到秸秆纤维素。
将5g所述秸秆纤维素加入到三口烧瓶中，再加入50mL的异丙醇，搅拌30min；加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入1.6g 1,3-丙磺酸内酯(PS)，在60℃恒温水浴下醚化2h；
醚化结束后，待温度冷却到室温，加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入3.2g PS，在60℃恒温水浴下醚化2h，抽滤，60℃得到纤维素基减水剂。
实施例3
将小麦秸秆粉碎，过100目筛，加入三口烧瓶中，按照固液比为1g：10mL加入浓度为2.5wt％的盐酸溶液，将三口烧瓶密封，置于恒温水浴锅中，设定温度90℃，酸化50min。反应后，将三口烧瓶置于室温下冷却，过滤冲洗反应液至中性，再抽滤出固体，将固体置于60℃条件下干燥，得到秸秆纤维素。
将5g所述秸秆纤维素加入到三口烧瓶中，再加入50mL的异丙醇，搅拌30min；加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入1.4g 1,3-丙磺酸内酯(PS)，在50℃恒温水浴下醚化2h；
醚化结束后，待温度冷却到室温，加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入2.7g PS，在50℃恒温水浴下醚化2h，抽滤，60℃得到纤维素基减水剂。
实施例4
将小麦秸秆粉碎，过100目筛，加入三口烧瓶中，按照固液比为1g：10mL加入浓度为2.5wt％的盐酸溶液，将三口烧瓶密封，置于恒温水浴锅中，设定温度90℃，酸化50min。反应后，将三口烧瓶置于室温下冷却，过滤冲洗反应液至中性，再抽滤出固体，将固体置于60℃条件下干燥，得到秸秆纤维素。
将5g所述秸秆纤维素加入到三口烧瓶中，再加入50mL的异丙醇，搅拌30min；加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入1.4g 1,3-丙磺酸内酯(PS)，在70℃恒温水浴下醚化2h；
醚化结束后，待温度冷却到室温，加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入2.7g PS，在70℃恒温水浴下醚化2h，抽滤，60℃得到纤维素基减水剂。
实施例5
将小麦秸秆粉碎，过100目筛，加入三口烧瓶中，按照固液比为1g：10mL加入浓度为2.5wt％的盐酸溶液，将三口烧瓶密封，置于恒温水浴锅中，设定温度90℃，酸化50min。反应后，将三口烧瓶置于室温下冷却，过滤冲洗反应液至中性，再抽滤出固体，将固体置于60℃条件下干燥，得到秸秆纤维素。
将5g所述秸秆纤维素加入到三口烧瓶中，再加入50mL的异丙醇，搅拌30min；加入2.8mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入1.7g 1,3-丙磺酸内酯(PS)，在60℃恒温水浴下醚化2h；
醚化结束后，待温度冷却到室温，加入2.8mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入2.7g PS，在60℃恒温水浴下醚化2h，抽滤，60℃得到纤维素基减水剂。
实施例6
将小麦秸秆粉碎，过100目筛，加入三口烧瓶中，按照固液比为1g：10mL加入浓度为2.5wt％的盐酸溶液，将三口烧瓶密封，置于恒温水浴锅中，设定温度90℃，酸化50min。反应后，将三口烧瓶置于室温下冷却，过滤冲洗反应液至中性，再抽滤出固体，将固体置于60℃条件下干燥，得到秸秆纤维素。
将5g所述秸秆纤维素加入到三口烧瓶中，再加入50mL的异丙醇，搅拌30min；加入1.9mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入1.4g 1,3-丙磺酸内酯(PS)，在60℃恒温水浴下醚化2h；
醚化结束后，待温度冷却到室温，加入1.9mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入2.7g PS，在60℃恒温水浴下醚化2h，抽滤，60℃得到纤维素基减水剂。
对比例1
与实施例1相比未进行重复碱化醚化实验，只进行了一次碱化醚化。
对比例2
将5g微晶纤维素加入到三口烧瓶中，再加入50mL的异丙醇，搅拌30min；加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入1.4g 1,3-丙磺酸内酯(PS)，在60℃恒温水浴下醚化2h；
醚化结束后，待温度冷却到室温，加入4.7mL、浓度为30wt％的氢氧化钠溶液，室温下用机械搅拌装置在500r/min搅拌30min；然后加入2.7g PS，在60℃恒温水浴下醚化2h，得到纤维素基减水剂。
对比例3
与对比例2相比未进行重复碱化醚化实验，只进行了一次碱化醚化。
测试例1
将实施例1制备的秸秆纤维素和纤维素基减水剂干燥后研磨成粉剂，用溴化钾压片法做红外光谱分析，分析结果如图1和图2所示。图1为纤维素基减水剂的红外光谱图；图2为秸秆纤维素的红外光谱图。
由图1～2可以看出，纤维素基减水剂的红外谱图中，1646.34cm-1处为羧基的吸收峰，1194.98cm-1与1044.23cm-1处是醚键的弯曲振动吸收峰，图1中1300cm-1至1400cm-1所含吸收峰为磺酸基的伸缩振动峰，3446.44cm-1处的吸收峰为羟基的吸收峰，而612.96cm-1和527.48cm-1是S-O特征吸收峰。
秸秆纤维素的红外图谱中，1634.76cm-1和1606.61cm-1为羧基的吸收峰，1112.15cm-1和1051.14cm-1是醚键的弯曲振动吸收峰，1325.23cm-1和1376.67cm-1为磺酸基的伸缩振动峰，3411.18cm-1处的吸收峰为羟基的吸收峰，666.36cm-1和610.28cm-1为S-O的特征吸收峰。秸秆纤维素的红外图谱中多出1426.35cm-1吸收峰为烷基C-H面内弯曲振动峰，1248.40cm-1吸收峰处为酮基上C-C伸缩峰，901.87cm-1吸收峰为羧基OH面外弯曲振动峰。秸秆纤维素的特征谱图中峰多较杂乱，可能与酸化后秸秆纤维素发生了副反应，加上秸秆中物质多样性干扰了特征谱图的伸缩振动有关。
通过红外光谱图可以看出，纤维素基减水剂主要官能团醚键、磺酸基、羧基、羟基基本上都存在，纤维素分子链上已经引入特征基团。
测试例2
测试实施例1和对比例1～3制备的纤维素基减水剂对水泥净浆流动度的影响，具体的测试方法为《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB/T 8077-2000)进行测试，其中水灰比为0.29，减水剂添加量为1.5％，所用水泥为P.O42.5R，由中国联合水泥集团有限公司生产。测试结果如表1所示。酸化之后的秸秆纤维素以葡萄糖单体计算其摩尔量。
表1实施例1和对比例1～3制备的纤维素基减水剂对水泥净浆流动度的影响
由表1可以看出，以酸化后的秸秆纤维素和微晶纤维素为原料对最后水泥净浆流动度的影响不大，而重复碱化醚化对产物效果有显著影响。
测试例3
测试实施例1～6制备的纤维素基减水剂对水泥净浆流动度的影响，具体的测试方法为《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB/T 8077-2000)进行测试，其中水灰比为0.29，减水剂添加量为1.5％，所用水泥为P.O42.5R，由中国联合水泥集团有限公司生产。测试结果如表2所示。
表2实施例1～6制备的纤维素基减水剂对水泥净浆流动度的影响
由表2可以看出，酸化后秸秆的碱化阶段反应，碱化物氢氧化钠的用量在一定范围内对产物效果起着决定性的作用(实施例1、实施例5和实施例6对比)，而温度和PS在一定范围内对产物影响不大(实施例1～4对比)。本发明在制备纤维素基减水剂时，碱化物氢氧化钠不能过量，以免发生副反应，降低产物纯度。本发明制备的纤维素基减水剂具有较高的净浆流动度，当折固掺量为1.5％时，净浆流动度最高可达20.6cm，同时具有较长的凝结时间，有利于施工，通过小麦秸秆合成的方法使每千克产品的生产成本降低。
测试例4
分别以实施例1和对比例2制备的纤维素基减水剂制备混凝土，具体的制备方法为按照《普通混凝土力学性能实验方法标准》(GB/T50081-2002)进行混凝土料浆的拌合、成型、测量及数据处理，其中混凝土料浆的配比为，C(水泥)︰S(石)︰G(砂)︰W(水)＝1︰2.11︰3.5︰0.48，减水剂按混凝土料浆质量的1.5％的比例添加；分别测定坍落度和混凝土3天、7天和28天的抗压强度。所得混凝土的性能如表3所示。其中减水剂减水率测定按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)标准进行，用下列公式进行计算：
WR＝[(W0-W1)/W0]×100％；
其中，WR—减水率(％)，W0—基准混凝土单位用水量(kg/m3)，W1—掺外加剂混凝土单位用水量(kg/m3)。
表3纤维素基减水剂混凝土性能测试
由表3中数据可知，秸秆纤维素基减水剂的混凝土各项性能测试值均比微晶纤维素基减水剂的各项性能值优良，说明本方法制备的秸秆纤维素基减水剂在节约成本的同时具有较好的性能。
本发明利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法具有成本低、原料易储存等优点。传统纤维素基减水剂的制备工艺是利用微晶纤维素与1,4-丁基磺酸内酯反应，微晶纤维素的市场售价为88元/100g，1,4-丁基磺酸内酯的市场售价为358元/100g；而本发明的原料纤维素是用小麦秸秆粉碎研磨酸解，既大大降低了成本，也实现了秸秆再利用，保护环境。此外，本发明采用的试剂1,3-丙磺酸内酯的市场售价为82元/100g，与原工艺材料相比也有很大程度的节约，且1,3-丙磺酸内酯能在非常温和的条件下反应，准确的提供磺酸基团，本身也是一种重要的表面活性剂。
与聚羧酸类减水剂的合成相比，本发明无需引发剂引发反应，具有工艺简单的优点。传统聚羧酸盐类减水剂的合成反应大约持续6h，本发明实施例制备纤维素基减水剂的反应时间仅为4h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法，包括以下步骤：
将秸秆和盐酸溶液混合，进行酸化，得到秸秆纤维素；
将所述秸秆纤维素和异丙醇以及部分氢氧化钠溶液混合，进行第一碱化，得到第一碱化纤维素体系；
将所述第一碱化纤维素体系和部分1,3-丙磺酸内酯混合，进行第一醚化，得到第一醚化纤维素体系；
将所述第一醚化纤维素体系和剩余氢氧化钠溶液混合，进行第二碱化，得到第二碱化纤维素体系；
将所述第二碱化纤维素体系和剩余1,3-丙磺酸内酯混合，进行第二醚化，得到纤维素基减水剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐酸溶液的浓度为2.3～2.8wt％；所述秸秆和盐酸溶液的固液比为1g：10～12mL。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述酸化的温度为85～95℃；所述酸化的时间为45～55min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆纤维素和异丙醇的用量比为1g：10～12mL。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为25～35wt％；所述部分氢氧化钠溶液和剩余氢氧化钠溶液的质量比为1:1。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述秸秆纤维素和氢氧化钠溶液的用量比为1:2～2.5。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一碱化和第二碱化在室温条件下进行；所述第一碱化和第二碱化的时间独立为25～35min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部分1,3-丙磺酸内酯和剩余1,3-丙磺酸内酯的质量比为1:2。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述第一醚化和第二醚化的温度独立为57～63℃；所述第一醚化和第二醚化的时间独立为1.8～2.2h。
10.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述秸秆纤维素和1,3-丙磺酸内酯的质量比为1:1.7。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210310188.4A CN114524881A (zh) | 2022-03-28 | 2022-03-28 | 一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210310188.4A CN114524881A (zh) | 2022-03-28 | 2022-03-28 | 一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114524881A true CN114524881A (zh) | 2022-05-24 |
Family
ID=81626694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210310188.4A Pending CN114524881A (zh) | 2022-03-28 | 2022-03-28 | 一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114524881A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115259760A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-01 | 扬州工业职业技术学院 | 一种抗硫酸盐侵蚀的高耐久混凝土的制备方法 |
| CN115368475A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-11-22 | 金陵科技学院 | 羧基、磺基改性天然纤维素高聚物缓凝高效减水剂的制备方法及其产品和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090221813A1 (en) * | 2008-03-03 | 2009-09-03 | Eugen Moellmann | Homogeneous synthesis of cellulose ethers in ionic liquids |
| CN105713164A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-29 | 华北水利水电大学 | 一种利用秸秆制备的脂肪族减水剂及其制备方法 |
| CN106279574A (zh) * | 2016-08-08 | 2017-01-04 | 华北水利水电大学 | 一种利用秸秆改性的聚羧酸减水剂及其制备方法 |
-
2022
- 2022-03-28 CN CN202210310188.4A patent/CN114524881A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090221813A1 (en) * | 2008-03-03 | 2009-09-03 | Eugen Moellmann | Homogeneous synthesis of cellulose ethers in ionic liquids |
| CN105713164A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-06-29 | 华北水利水电大学 | 一种利用秸秆制备的脂肪族减水剂及其制备方法 |
| CN106279574A (zh) * | 2016-08-08 | 2017-01-04 | 华北水利水电大学 | 一种利用秸秆改性的聚羧酸减水剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 王立久等: "纤维素基混凝土高效减水剂制备与应用研究", 《大连理工大学学报》 * |
| 石海信等: "天然多糖基混凝土减水剂研发趋势及应用进展", 《钦州学院学报》 * |
| 赵文龙: "改性纤维素的制备及其复合聚羧酸减水剂的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115368475A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-11-22 | 金陵科技学院 | 羧基、磺基改性天然纤维素高聚物缓凝高效减水剂的制备方法及其产品和应用 |
| CN115368475B (zh) * | 2022-07-04 | 2023-09-22 | 金陵科技学院 | 基于改性纤维的减水剂的制备方法及其产品和应用 |
| CN115259760A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-01 | 扬州工业职业技术学院 | 一种抗硫酸盐侵蚀的高耐久混凝土的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114524881A (zh) | 一种利用秸秆制备纤维素基减水剂的方法 | |
| US11091565B2 (en) | Preparation method of modified starch ether for improving anti-sliding property of ceramic tile adhesive | |
| US4451649A (en) | Process for the production of hydroxypropyl starch | |
| US2599620A (en) | Carboxymethyl ethers | |
| CN103374075A (zh) | 一种羟丙基甲基纤维素的合成方法 | |
| CN101070351B (zh) | 一种多取代基纤维素复合醚及其制备方法 | |
| WO2011108505A1 (ja) | カチオン化セルロース及びカチオン化ヒドロキシアルキルセルロースの製造方法 | |
| CN110590965A (zh) | 一种提升瓷砖胶开放时间的改性淀粉醚的制备方法 | |
| CN107188437A (zh) | 一种水泥调凝剂及其制备方法 | |
| EP1969012A1 (en) | Method for preparation of hydroxyalkylalkylcellulose ethers with high yield | |
| CN112111022A (zh) | 一种改性壳聚糖及其制备方法、瓷砖胶添加剂及其应用 | |
| JPH03146501A (ja) | 高重合度セルロースエーテルの製造方法 | |
| CN105110689A (zh) | 一种水泥助磨剂及其制备方法 | |
| EP3668821B1 (en) | Methyl-ethyl-hydroxyalkyl-cellulose and its use in building compositions | |
| CN108373522B (zh) | 改性环糊精侧链结构的聚羧酸减水剂及其制备方法 | |
| CN107935838B (zh) | 无水柠檬酸一钠的制备方法及制备系统 | |
| CN108841390A (zh) | 一种阳离子葫芦巴胶-腐殖酸固沙剂及其制备方法 | |
| JP2002517520A (ja) | 高カチオンデンプン溶液製造方法 | |
| CN115947553A (zh) | 一种天然硬石膏制备α高强石膏的方法 | |
| CN113382974A (zh) | 混凝土成型组合物 | |
| CN103224565A (zh) | 利用秸秆制备印花糊料用的羧甲基纤维素的方法 | |
| CN106749709A (zh) | 一种水泥保水剂用交联羧甲基淀粉及其制备方法 | |
| EP2928925B1 (en) | Process for producing hydroxyalkyl celluloses | |
| JPH05117301A (ja) | セルロース混合エーテルの製造法 | |
| CN1102068C (zh) | 一种羧甲基纤维素钙的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220524 |