CN1422932A - 由亚硫酸盐法制浆废液制备沙土改良剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由亚硫酸盐法制浆废液制备沙土改良剂的方法。该方法直接从亚硫酸盐法制浆废液出发,经减压蒸发或空间蒸发得到固体物含量为20%～60%的浓缩液、然后与乙烯基类单体接枝改性,制备的产物用水稀释后可喷洒在沙土表面,使沙土具有抵御风蚀水蚀的作用,是一种成本较低的固沙材料,并且是一种可降解的有机肥料。另外该方法还为亚硫酸盐法制浆废液的回收利用提供了一条简便有效的工艺路线。

Description

由亚硫酸盐法制浆废液制备沙土改良剂的方法

本发明涉及一种沙土改良剂的制备方法，该方法以亚硫酸盐法制浆废液为原料，采用减压蒸发或空间蒸发工艺进行浓缩、然后与乙烯基类单体接枝改性，改性产物具有稳定沙土、抑制水分蒸发等作用，并且是一种可降解的有机肥料；另外该方法还为亚硫酸盐法制浆废液的回收利用提供一条简便有效的途径。

亚硫酸盐法制浆工艺是利用木材及非木材纤维原料如稻草、麦草、甘蔗渣等制浆造纸的一种方法，所产生的废液是造纸工业污染的一个主要来源。该废液中的固体物含量一般在10％左右，其中含有木质素磺酸盐、碳水化合物、半纤维素等目前不能被造纸工业利用的高分子物质，其中木质素及其衍生物约占固体物总量的30％～60％，因此如果能采取简便可行的方法回收并利用这部分物质对提高制浆造纸工业的利润、减少环境污染具有很大意义。

国外曾有报导利用亚硫酸盐法制浆废液用于农田灌溉，研究结果证实该废液对农作物的萌芽和生长具有促进作用，因此可以用做有机肥料。前苏联曾有利用木质素磺酸铬固定沙土的报导，但铬盐有毒性；另据美国专利报导，木质素磺酸盐接枝改性产物可以作为土壤改良剂使用，它具有提高土壤团聚度、稳定土壤抵御风蚀的作用；但木质素磺酸盐本身分子量较低、水溶性好，要起到良好的抗风蚀效果需用量较大，而且抗水蚀能力很差，有可能随水下渗而污染地下水。因此作为土壤改良剂使用，需要对其进行适当的改性。现有的对木质素磺酸盐的改性应用研究都是以木质素磺酸盐产品为原料，该产品需要对亚硫酸盐法制浆废液进行干燥、纯化、脱糖等工艺处理，产品成本较高。

沙漠化土壤结构松散，易受风蚀水蚀危害，导致沙尘暴频发、沙区植被破坏、植物难以正常生长。因此在植树种草治理沙漠化土地的同时，有必要对沙土进行改良，即提高其对风蚀水蚀的稳定性。有机高分子材料通过物理和化学作用可以结合在土壤颗粒上，并在土壤颗粒间形成架桥作用，可以将细小的土壤颗粒结合在一起，从而提高了土壤的稳定性。在国外，聚丙烯酰胺作为土壤改良剂已大面积推广应用，同时采用其它聚合物如聚丙烯酸类、聚氨酯等改良沙化土壤方而也有报导。这类材料虽然对于稳定土壤具有良好的效果，但价格昂贵，应用方面受到很大限制。

本发明目的在于提供一种低成本的沙土改良剂，它具有稳定沙土和抑制水分蒸发的双重作用，并且是一种可降解的有机肥料；另外本发明将为亚硫酸盐法制浆废液的回收利用提供一条简便可行的工艺路线。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

(1)基于亚硫酸盐法制浆废液的沙土改良剂的制备方法：以亚硫酸盐法制浆废液为原料，首先浓缩为固体物含量20～60％的浓缩液，然后与乙烯基类单体在酸性条件下进行接枝改性。浓缩方法为减压蒸发(真空度为0.05～0.1MPa，蒸发温度为60～90℃)或空间蒸发(真空度为0.05～0.1MPa，蒸发温度为60～90℃)。接枝改性方法是将上述浓缩液调节为酸性，然后加入乙烯基类单体(单体用量占废液固体物干重的25％～300％)和引发剂(用量为单体重量的0.5％～10％)，发生放热反应0～30分钟后，继续升温至60～120℃，反应10～60分钟。

采用的乙烯基类单体为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、水解乙酸乙烯酯等的一种或两种及以上的混合物。采用的乙烯基类单体也可以是丙烯腈或其与上述乙烯基类单体的混合物，此时为得到更好的沙土稳定效果，经上述接枝改性后的产物需调节至碱性条件下加热水解(水解反应温度为60～100℃，反应时间为30～180分钟)。

所采用的引发剂为过氧化氢或其水溶液、铈盐如硝酸铈铵、过硫酸盐如过硫酸钠、高锰酸钾等；采用过氧化氢或其水溶液作为引发剂时，可采用少量亚铁盐如硫酸亚铁、氯化亚铁等作为助引发剂(用量占单体重量的0％～2％)。

本方法的主要特点是直接利用亚硫酸盐法制浆废液，不对其进行干燥或脱糖或其它纯化工艺处理，仅通过简单浓缩，并直接利用浓缩液进行接枝改性制备沙土改良剂，从而降低了产品成本，并且在上述制备过程中不产生任何其它废物或污染物，是一条回收利用亚硫酸盐法制浆废液的理想途径，根据产物所具有的粘合与分散性能，还可以用作粘结剂、粘合剂、油田用表面活性剂、水泥外加剂、染料分散剂、水处理剂等。

(2)采用上述方法制备的沙土改良剂是一种较浓稠的具有多种组分的高分子混合物，该混合物具有良好的水溶性，用水稀释后可采用常规喷洒方法施用。

本沙土改良剂的特点在于：(1)成本低，仅为聚丙烯酰胺价格的四分之一到二分之一；(2)效能高，将其喷洒在流动沙土上，用量10g/m2时流动沙土可以抵抗时速70km以上的风蚀，并且可以抑制水分蒸发；(3)施用方便，可以快速均匀地分散在水中并用普通洒水装置喷洒或喷灌使用；(4)其中含有的木质素及其衍生物和多糖类衍生物可自然降解成沙化土壤急需的腐殖质，具有有机肥料的作用。因此本发明的产物是一种多功能的沙土改良剂。

为进一步说明本发明，列举实例如下：

实施例1：亚硫酸盐法制浆废液300g经减压蒸发(真空度为0.09Mpa，蒸发温度为65℃)为固体物含量30％的浓缩液，加入6N硫酸溶液5mL将其调节为酸性，然后加入丙烯酸18g和30％过氧化氢水溶液2mL，反应放热使反应体系升温至68℃，在此温度下反应10分钟后，加热使反应体系升温至90℃，并在此温度下继续反应30分钟，得到的产物粘度为92mPa.s。

实施例2：如实施例1中得到的浓缩液加酸调节为酸性后，加入丙烯酰胺24g和30％过氧化氢水溶液3mL，反应放热使反应体系升温至88℃，反应5分钟后，加热使反应体系升温至95℃继续反应15分钟，得到的产物粘度为368mPa.s。

实施例3：亚硫酸盐法制浆废液300g经空间蒸发(真空度为0.08Mpa，蒸发温度为65℃)为固体物含量30％的浓缩液，加酸调节为酸性后，加入丙烯酸和丙烯酸甲酯各12g，再加入过硫酸钾0.3g，反应放热使反应体系升温至76℃，反应5分钟后，加热使反应体系升温至90℃继续反应20分钟，得到的产物粘度为176mPa.s。

实施例4：如实施例3中得到的浓缩液加酸调节为酸性后，加入丙烯腈和乙酸乙烯酯各12g，再加入30％过氧化氢水溶液3mL，反应放热使反应体系升温至75℃，继续加热使反应体系升温至90℃反应30分钟，再加入3N氢氧化钠溶液15mL调节反应体系为碱性，继续反应120分钟后得到的产物粘度为145mPa.s。

实施例5：如实施例3中得到的浓缩液加酸调节为酸性后，加入丙烯酸和丙烯酰胺各12g，再加入30％过氧化氢水溶液2mL和硫酸亚铁0.1g，反应放热使反应体系升温至84℃，反应5分钟后，加热使反应体系升温至95℃继续反应15分钟，得到的产物粘度为266mPa.s。

实施例6：将实施例5中的产物溶入3L水中，搅拌均匀，然后以10g/m²的剂量均匀喷洒在1m²的沙土表面上，干燥后，用风机以30度角对着沙面鼓风，在风速为70km/h时，未见明显的风蚀痕迹。

Claims (7)

1.一种沙土改良剂及其制备方法，其特征在于直接从亚硫酸盐法制浆废液出发，先浓缩为固体物含量20～60％的浓缩液；然后与乙烯基类单体在酸性条件下进行接枝改性。

2.根据权利要求1所述的沙土改良剂的制备方法，其特征在于浓缩方法为减压蒸发(真空度为0.05～0.1MPa，蒸发温度为60～90℃)或空间蒸发(真空度为0.05～0.1MPa，蒸发温度为60～90℃)。

3.根据权利要求1所述的沙土改良剂的制备方法，其特征在于接枝改性方法是将固体物含量为20％～60％的浓缩液调节为酸性，然后加入乙烯基类单体(单体用量占废液固体物干重的25％～300％)和引发剂(用量为单体重量的0.5％～10％)，发生放热反应0～30分钟后，继续升温至60～120℃，反应10～60分钟。

4.根据权利要求3所述的沙土改良剂的制备方法，其特征在于采用的乙烯基类单体为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、水解乙酸乙烯酯等的一种或两种及以上的混合物。

5.根据权利要求3所述的沙土改良剂的制备方法，其特征在于采用的乙烯基类单体为丙烯腈或其与上述乙烯基类单体的混合物，经接枝改性后的产物被调节至碱性条件下加热水解(水解反应温度为60～100℃，反应时间为30～180分钟)。

6.根据权利要求3所述的沙土改良剂的制备方法，其特征在于所采用的引发剂为过氧化氢或其水溶液、铈盐如硝酸铈铵、过硫酸盐如过硫酸钠、高锰酸钾等；采用过氧化氢或其水溶液作为引发剂时，可采用少量亚铁盐如硫酸亚铁、氯化亚铁等为助引发剂(用量占单体重量的0％～2％)。

7.根据权利要求1所述的沙土改良剂的制备方法，其特征在于将该方法作为亚硫酸盐法制浆废液回收利用的一条工艺路线及其产物作为粘结剂、粘合剂、油田用表面活性剂、水泥外加剂、染料分散剂、水处理剂等的应用。