CN1272460A - 采用电解加氢工艺从造纸黑液中制备氢化木质素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用电解加氢工艺制备氢化木质素的方法。该方法在隔离式电解槽中,用泡沫Pb作阴极,Pt作阳极,饱和甘汞电极作参考电极,以N,N-二甲基甲酰铵和乙醇作电解溶剂、水作供氢溶剂,四丁基溴化铵作支持电解质,对木质素进行电解加氢。该工艺操作条件温和、不用催化剂、以水作供氢溶剂、无污染、加氢过程容易控制、设备简单、成本较低,加氢后氢化木质素的软化点降低,氢碳比增加。
Description
本发明涉及一种造纸黑液中木质素的电解加氢技术,特别是采用电解加氢工艺从造纸黑液中制备氢化木质素的方法。
木质素、纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成分,它们是自然界中较为丰富的可再生资源。木质素在造纸制浆过程中生成碱木素而溶于黑液,它被排入江河后,不仅污染了环境,而且浪费了大量的木质素资源,因此,寻求木质素的工业化应用途径越来越受到人们的重视。
木质素是造纸工业的副产品,来源丰富、碳含量较高,在经济成本上与其它原料相比有较大的优势。从木质素的结构而言,它是一种以苯丙烷单体为骨架,具有网状结构的无定形高聚物,因此,被认为是制备木质素碳纤维的合适原料。然而,这种分子结构氢碳比较低、软化点较高、聚合度较高,不能直接用于纺丝制备碳纤维,因此,需要对其进行加氢以获得氢碳比较高、软化点较低的氢化木质素原料,这种氢化木质素可作为制备木质素碳纤维的原料。通常的加氢处理方法采用溶剂加氢或催化加氢如文献1:用汽爆木质素制备碳纤维的一种新的改性方法,应用高分子科学,48,1993(K.Sudo,K.Shimizu,N.Nakashima and A.Yokoyama,A NewModification Method of Exploded Lignin For the Preparationof a CarbonFiber Precursor,J.Appl.Polymer Sci.48,1993)和文献2:煤和生物质在以ZnCl2作催化剂下的加氢液化,研究报告,LBL-11769,美国加州大学,1980,((2)Onu.C.O.andT.Vermeulen.1980.Zinc chloride catalysis in coal andbiomass liquefaction at prepyrolysis temperature.ReportLBL-11769,University of California.Berkeley,U.S.A.)。溶剂加氢工艺中所用供氢溶剂如四氢喹啉价格昂贵,成本和能耗高,影响它的工业应用。作为替代溶剂可用氢化蒽油,然而在工艺中增加蒽油分离和再氢化等步骤,并须庞大辅助系统。在催化加氢工艺中存在的问题是加氢程度难以控制,混入木质素的催化剂颗粒难以清除干净,直接影响到氢化木质素质量。
本发明的目的:
本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点,为了降低成本,提高氢化木质素的质量;从而提供一种不用催化剂,以水作为供氢溶剂,工艺条件温和,无污染,设备简单的采用电解加氢工艺从造纸黑液中制备氢化木质素的方法。
本发明的目的是这样实现的:
本发明的原理是将木质素溶解在电解液中,水作质子供体,在2.0--2.4v(vs.SCE)阴极电解电位下,电解水得到质子氢,质子氢和木质素结合生成氢化木质素,从而提高了木质素的氢碳比,降低了木质素的软化点,达到电解加氢制备氢化木质素的目的。
本发明提供一种采用电解加氢工艺制备氢化木质素的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)用隔离式电解槽,金属铂作阳极,泡沫铅作阴极,饱和甘汞电极作参考电极;
(2)电解体系包括3.0--7.5mol/L的N,N二甲基甲酰铵,1.0--6.5mol/L的乙醇,10--26mol/L的水,0.05--0.30mol/L的四丁基溴化铵,配好放入电解槽中;其中N,N二甲基甲酰铵和乙醇作电解溶剂,水作供氢溶剂,四丁基溴化铵作支持电解质;
(3)在电解体系中加入木质素26--105g/L;
(4)开始电解通氮气保护,控制阴极电位为2.0--2.4(vs.SCE),电解温度20--60℃,电解时间8--25hr,电解过程中通氮气保护,始终保持氮气流速以慢速鼓泡为宜;
(5)电解产物经离心机以3000r/min分离5min后过滤、用蒸馏水水洗、于80℃下干燥5hr后获得氢化木质素;
本发明的优点:
本发明采用水作为供氢溶剂,价格便宜。
本发明的加氢条件易于控制、不用催化剂、避免了催化剂颗粒混入木质素的缺陷,提高了氢化木质素的质量,氢化木质素的氢碳比增加了0.09--0.19,软化点下降了8--25℃。
本发明的方法无环境污染,设备简单、能耗低、成本低、适于工业化生产。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明实施例1
在隔离式电解槽中,以金属铂作阳极,泡沫铅作阴极,饱和甘汞电极作参考电极,加入3.7mol/L的N,N二甲基甲酰铵、1.1mol/L的乙醇、10.4mol/L的水、0.06mol/L的四丁基溴化铵,和28g/L木质素,在电解过程中通入氮气慢速鼓泡保护,控制阴极电位在2.2v(vs.SCE),电解温度20℃,电解8hr后,取出电解产物,经离心机以3000r/min分离5min过滤后得到氢化木质素,然后用蒸馏水水洗,在80℃下干燥氢化木质素5hr,其氢化木质素的氢碳比增加了0.11,软化点下降了11℃。实施例2
在隔离式电解槽中,以铂作阳极,泡沫铅作阴极,饱和甘汞电极作参考电极,加入4.9mol/L的N,N二甲基甲酰铵、2.9mol/L的乙醇、15.4mol/L的水、0.11mol/L的四丁基溴化铵和46g/L木质素,在电解过程中通入氮气慢速鼓泡保护,控制阴极电位在2.2v(vs.SCE),电解温度30℃,电解12hr后,取出电解产物氢化木质素,经离心机以3000r/min分离5min过滤后得到氢化木质素,然后用蒸馏水水洗,在80℃下干燥5hr,其氢化木质素的氢碳比增加了0.17,软化点下降了22℃。实施例3
在隔离式电解槽中,以铂作阳极,泡沫铅作阴极,饱和甘汞电极作参考电极,加入5.8mol/L的N,N二甲基甲酰铵、4.3mol/L的乙醇、19.4mol/L的水、0.17mol/L的四丁基溴化铵和64g/L木质素,在电解过程中通氮气慢速鼓泡保护,控制阴极电位在2.2v(vs.SCE),电解温度40℃,电解16hr后,取出电解产物,经离心机以3000r/min分离5min过滤后得到氢化木质素,然后用蒸馏水水洗,在80℃下干燥5hr,其氢化木质素的氢碳比增加了0.19,软化点下降了25℃。实施例4
在隔离式电解槽中,以铂作阳极,泡沫铅作阴极,饱和甘汞电极作参考电极,加入6.5mol/L的N,N二甲基甲酰铵、5.5mol/L的乙醇、22.7mol/L的水、0.23mol/L的四丁基溴化铵和82g/L木质素,在电解过程中通氮气慢速鼓泡保护,控制阴极电位在2.2v(vs.SCE),电解温度50℃,电解20hr后,取出电解产物,经离心机以3000r/min分离5min过滤后得到氢化木质素,用蒸馏水水洗,在80℃下干燥5hr,其氢化木质素的氢碳比增加了0.14,软化点下降了18℃。实施例5
在隔离式电解槽中,以铂作阳极,泡沫铅作阴极,饱和甘汞电极作参考电极,加入7.1mol/L的N,N二甲基甲酰铵、6.4mol/L的乙醇、25.5mol/L的水、0.28mol/L的四丁基溴化铵和100g/L木质素,在隔离式电解槽中通入氮气10min后开始电解,在电解过程中通氮气以慢速鼓泡为宜,控制阴极电位在2.2v(vs.SCE),电解温度60℃,电解25hr后,取出电解产物,经离心机以3000r/min分离5min过滤后,用蒸馏水水洗,在80℃下干燥5hr,其氢化木质素的氢碳比增加了0.09,软化点下降了8℃。
Claims (2)
1.一种采用电解加氢工艺制备氢化木质素的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)在隔离式电解槽中,以金属铂作阳极,泡沫铅作阴极,饱和甘汞电极作参考电极,加入3.0--7.5mol/L的N,N二甲基甲酰铵和电解溶剂乙醇1.0--6.5mol/L,加入作为供氢溶剂的水10--26mol/L,加入支持电解质四丁基溴化铵0.05--0.30mol/L组成的电解液体系,然后再加入26--105g/L木质素进行电解;
(2)电解过程中控制阴极电位在2.0--2.4v(vs.SCE),同时通入氮气保护,氮气以慢速鼓泡为宜,电解温度为20--60℃,电解时间为8--25hr;
(3)电解产物经离心机以3000r/min分离5min过滤后得到氢化木质素,然后用蒸馏水水洗,于80℃下干燥。
2.根据权利要求1所述的采用电解加氢工艺制备氢化木质素的方法,其特征在于:在隔离式电解槽中通入氮气10min后开始电解,并在电解过程中始终保持氮气慢速鼓泡通吹氧。
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