專利名稱：利用造紙污泥制備分散-穩(wěn)定劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用堿法造紙污泥中堿木質(zhì)素和纖維素合成分散-穩(wěn)定劑的方法，屬于化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分散劑和穩(wěn)定劑都 是能增加溶液、膠體、固體、混合物穩(wěn)定性能的表面活性劑，廣泛應(yīng)用于水煤漿、油田、食品、涂料等行業(yè)。目前市場(chǎng)上所用的分散劑和穩(wěn)定劑主要有羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、聚乙二醇性多元醇和聚乙烯亞胺衍生物、羧甲基纖維素鹽等。木質(zhì)素磺酸鈉和羧甲基纖維素鈉是分別對(duì)木質(zhì)素和纖維素進(jìn)行磺化和羧甲基化改性的產(chǎn)物，由于具有高效的分散性和穩(wěn)定性，原料豐富無毒，應(yīng)用范圍比較廣。例如，CN101747964A公開了一種水煤漿，由等離子體裂解煤固體副產(chǎn)物、水、穩(wěn)定劑和分散劑組成，所述穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，所述陰離子型分散劑為木質(zhì)素磺酸鈉鹽、十二烷基苯磺酸鈉或氨基磺酸類分散劑。造紙污泥是造紙過程中污水處理的產(chǎn)物，含水量高，產(chǎn)量大，且成分復(fù)雜，既含有大量的纖維素類有機(jī)物和植物營(yíng)養(yǎng)元素，又含有重金屬和泥砂，目前除部分再利用(如回收再利用作原料、制成建筑材料、做農(nóng)用肥、焚燒發(fā)電等)外，其余均為填埋，填埋不僅占用大量土地，造成資源浪費(fèi)，而且會(huì)產(chǎn)生二次污染。基于這種現(xiàn)狀，我國(guó)對(duì)造紙污泥的資源化利用正在進(jìn)行越來越多的研究。造紙污泥中的有機(jī)質(zhì)大部分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，可以將其充分利用。CN101020718A(CN200610080732. I)公開了一種以造紙污泥為原料生產(chǎn)羧甲基纖維素鈉的方法。包括原料預(yù)處理、堿化、壓濾、醚化、中和、醇洗、甩干、烘干和粉碎，所使用的造紙污泥含水率<80% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。該發(fā)明原料來自造紙工業(yè)的廢棄物，使造紙污泥變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了資源再生。但該專利文件僅利用了纖維素部分。

發(fā)明內(nèi)容
為了將造紙生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物變廢為寶以及綜合利用其中的有效成分，本發(fā)明提供了一種利用造紙污泥制備分散-穩(wěn)定劑的方法，對(duì)造紙污泥中的堿木質(zhì)素和纖維素聯(lián)合利用制備分散-穩(wěn)定劑。原料說明本發(fā)明的方法采用的原料是干燥后的堿法造紙生產(chǎn)的造紙污泥，含水率5 IOwt%。其中含有木質(zhì)素35 45wt%，纖維素8 IOwt%，其余為泥土、沙粒及各種雜質(zhì)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種分散-穩(wěn)定劑的制備方法，包括使用堿法造紙生產(chǎn)的造紙污泥為原料，所述造紙污泥含水率約5 IOwt %，木質(zhì)素含量35 45wt%，纖維素含量8 IOwt % ;步驟如下(I)將所述的造紙污泥加入去離子水中，攪拌下滴加質(zhì)量濃度10%的NaOH溶液，控制pH值在11. 2 11. 7，攪拌30 40min，當(dāng)pH恒定在11. 5時(shí)，水浴加熱至90°C，加入無水亞硫酸鈉,攪拌,反應(yīng)I. 5 2h ;所述造紙污泥與去離子水的質(zhì)量體積比為(9 12) 100，單位為g/ml;所述造紙污泥與無水亞硫酸鈉的質(zhì)量比為10 : (I. 7 3. 2)。(2)將溫度調(diào)至60°C，緩慢滴加質(zhì)量濃度30%的雙氧水溶液，攪拌，反應(yīng)15 25min。再將溫度調(diào)至90°C，加上冷凝管，滴加質(zhì)量濃度37%的甲醛溶液，攪拌，反應(yīng)50 65min,加入無水亞硫酸鈉，反應(yīng)3h ;無水亞硫酸鈉加量為所述造紙污泥的20 40wt%。所述造紙污泥與質(zhì)量濃度30%的雙氧水溶液的質(zhì)量體積比為10 (O. 5 I. 5)，單位為g/ml ；所述造紙污泥與質(zhì)量濃度37%甲醛水溶液的質(zhì)量體積比為10 (3. 5 7. 5)，單位為g/ml。(3)將溫度降至35°C，按造紙污泥質(zhì)量的10 32wt%加入一氯乙酸，攪拌2 3h，所得產(chǎn)物于70°C下烘干，即得含木質(zhì)素磺酸鈉-羧甲基纖維素鈉的分散-穩(wěn)定劑。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的方案如下所述步驟(I)中，造紙污泥10g，去離子水100ml，滴加質(zhì)量濃度10%的NaOH溶液8ml，攪拌30min，無水亞硫酸鈉I. 7 3. 2g ;所述步驟(2)中滴加質(zhì)量濃度30%雙氧水O. 7 I. 4ml，滴加質(zhì)量濃度37%甲醛溶液3. 6 7. 2ml，無水亞硫酸鈉的加量為2. O 3. 9g ;所述步驟(3)中一氯乙酸的投料為I. O 3. lg。本發(fā)明方法制備的分散-穩(wěn)定劑，可用于水煤漿、油田、水泥加工等行業(yè)。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，所得分散-穩(wěn)定劑產(chǎn)品用作水煤漿添加劑時(shí)，添加量約為煤粉干料的I %即可使水煤漿濃度達(dá)到67%，粘度在IlOOmPa-s以下，水煤漿放置72h沒有硬沉淀，且析水性和穩(wěn)定性都能達(dá)到較好的效果。更為詳細(xì)的內(nèi)容將在以下實(shí)施例中加以說明。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及原理如下本發(fā)明利用的是造紙污泥堿木質(zhì)素分子中的醇羥基、酚羥基的鄰對(duì)位以及纖維素單體中的一個(gè)醇羥基，將他們分別進(jìn)行磺化、羥甲基化-磺化以及醚化，制備出具有良好分散穩(wěn)定性能的分散-穩(wěn)定劑。步驟(I)的條件下造紙污泥中的木質(zhì)素基本完全溶解并同時(shí)完成一步磺化；步驟(2)的條件下進(jìn)行木質(zhì)素的第二步磺化，步驟(3)的條件下完成纖維素的羧甲基化，得到了含木質(zhì)素磺酸鈉和羧甲基纖維素鈉的具有高效穩(wěn)定、分散效果的產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)良效果在于I.本發(fā)明直接以造紙污泥為原料，不必對(duì)造紙污泥進(jìn)行提純，有利于規(guī)模化生產(chǎn)；并達(dá)到了廢物資源化利用的效果，不僅可以減少?gòu)U棄物的排放，保護(hù)環(huán)境，而且可以節(jié)約成本，還解決了造紙工業(yè)廢棄物的一大難題。2.本發(fā)明方法有效利用了廢料中的兩種有效成分堿木質(zhì)素和纖維素，直接進(jìn)行堿木質(zhì)素的兩步磺化以及纖維素的羧甲基化，提高了污泥中有用成分的利用率。3.本發(fā)明方法所得產(chǎn)品中同時(shí)含有木質(zhì)素磺酸鈉-羧甲基纖維素鈉兩種有效成分，兩者協(xié)同發(fā)揮作用，分散穩(wěn)定效果優(yōu)異，是一種廉價(jià)、高效的分散-穩(wěn)定劑產(chǎn)品。4.本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件比較溫和，易于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I是利用實(shí)施例I、實(shí)施例2和實(shí)施例3制得的不同分散劑作為水煤漿添加劑三種添加劑的量和水煤漿濃度對(duì)水煤漿粘度(于25°C、剪切速率100s—1下測(cè)得)的影響。其中，SL2-CMC是實(shí)施例I中兩步磺化-羧甲基化產(chǎn)品，SL1是實(shí)施例2中一步磺化產(chǎn)品，SL2是實(shí)施例3中兩步橫化廣品。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例中使用的造紙污泥原料是造紙廠堿法造紙過程中產(chǎn)生的造紙污泥，其中含水率約6wt%，含有木質(zhì)素約40wt%,含有纖維素約IOwt %，其余為泥土、沙粒等雜質(zhì)。為了便于對(duì)比，實(shí)施例I 3中各物質(zhì)的量都是以IOg的造紙污泥為基礎(chǔ)投加的。實(shí)施例中滴加試劑溶液的濃度均為質(zhì)量百分比 。實(shí)施例I.本發(fā)明的方法-木質(zhì)素的兩步磺化和纖維素的羧甲基化取造紙污泥10g，加入IOOml去離子水，邊攪拌邊滴加10% NaOH溶液，將pH值控制在11. 5左右，約半個(gè)小時(shí)，待PH= 11. 5不變后，倒入反應(yīng)器。將反應(yīng)器水浴加熱至90°C，加入2. 5g無水亞硫酸鈉，攪拌，反應(yīng)2h，將溫度調(diào)至60°C，緩慢滴加I. Oml30%雙氧水溶液，攪拌，反應(yīng)20min。將溫度調(diào)回90°C，加上冷凝管，滴加5. 5ml37%甲醛溶液，攪拌，反應(yīng)lh，再加入3. Og無水亞硫酸鈉，反應(yīng)3h,將溫度降至35°C,加入2. 3g 一氯乙酸,攪拌,2. 5h后，產(chǎn)物于70°C下烘干，粉碎。得含木質(zhì)素磺酸鈉-羧甲基纖維素鈉的分散-穩(wěn)定劑，代號(hào)為SL2-CMC0實(shí)施例2.原料中木質(zhì)素的一步磺化取造紙污泥10g，加入IOOml去離子水，邊攪拌邊滴加10% NaOH溶液，將pH值控制在11. 5左右，約半個(gè)小時(shí)，待PH= 11. 5不變后，倒入反應(yīng)器。將反應(yīng)器水浴加熱至90°C，加入2. 5g無水亞硫酸鈉，攪拌，反應(yīng)2h，將產(chǎn)品于70°C下烘干，粉碎。本例的木質(zhì)素的一步磺化產(chǎn)品作為對(duì)比例，代號(hào)為SL115實(shí)施例3.原料中木質(zhì)素的兩步磺化取造紙污泥10g，加入IOOml去離子水，邊攪拌邊滴加10% NaOH溶液，將pH值控制在11. 5左右，約半個(gè)小時(shí)，待PH= 11. 5不變后，倒入反應(yīng)器。將反應(yīng)器水浴加熱至90°C，加入2. 5g無水亞硫酸鈉，攪拌，反應(yīng)2h，將溫度調(diào)至60°C，緩慢滴加I. Oml30%雙氧水溶液，攪拌，反應(yīng)20min。將溫度調(diào)回90°C，加上冷凝管，滴加5. 5ml37%甲醛溶液，攪拌，反應(yīng)lh，再加入3. Og無水亞硫酸鈉，反應(yīng)3h，即得產(chǎn)品，于70°C下烘干，粉碎。本例的木質(zhì)素的兩步磺化產(chǎn)品作為對(duì)比例，代號(hào)為SL2。將實(shí)施例1-3的產(chǎn)品加入到水煤漿中進(jìn)行穩(wěn)定性、析水性、流動(dòng)性考察，實(shí)驗(yàn)情況如下一、穩(wěn)定性試驗(yàn)試驗(yàn)方法稱取干煤粉質(zhì)量O. 8%、1. 0%、1. 2%的本發(fā)明實(shí)施例1、2、3中的產(chǎn)品于250ml燒杯中，分別加入不同質(zhì)量配比的水和煤粉，在1200rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌lOmin，攪拌完成后將所得的不同濃度的水煤漿倒入50ml試管中，用塑料紙封口。靜止72h后，用直徑約4_的玻璃棒向下插到試管底部,看是否有硬沉淀。結(jié)果列入表I中。表I.三種添加劑對(duì)水煤漿穩(wěn)定性(靜止72h后)的影響。
權(quán)利要求
1.一種分散-穩(wěn)定劑的制備方法，包括使用堿法造紙生產(chǎn)的造紙污泥為原料，所述造紙污泥含水率約5 IOwt%，木質(zhì)素含量35 45wt%，纖維素含量8 IOwt%;步驟如下 (1)將所述的造紙污泥加入去離子水中，攪拌下滴加質(zhì)量濃度10%的NaOH溶液，控制pH值在IL 2 IL 7，攪拌30 40min，當(dāng)pH恒定在IL 5時(shí)，水浴加熱至90°C，加入無水亞硫酸鈉，攪拌，反應(yīng)I. 5 2h ; 所述造紙污泥與去離子水的質(zhì)量體積比為(9 12) 100，單位為g/ml; 所述造紙污泥與無水亞硫酸鈉的質(zhì)量比為10 (I. 7 3. 2)； (2)將溫度調(diào)至60°C，緩慢滴加質(zhì)量濃度30%的雙氧水溶液，攪拌，反應(yīng)15 25min；再將溫度調(diào)至90°C，加上冷凝管，滴加質(zhì)量濃度37%的甲醛溶液，攪拌，反應(yīng)50 65min，加入無水亞硫酸鈉，反應(yīng)3h ;無水亞硫酸鈉加量為所述造紙污泥的20 40wt% ； 所述造紙污泥與質(zhì)量濃度30%的雙氧水溶液的質(zhì)量體積比為10 (O. 5 I. 5)，單位為 g/ml ； 所述造紙污泥與質(zhì)量濃度37%甲醛水溶液的質(zhì)量體積比為10 (3. 5 7. 5)，單位為g/ml ； (3)將溫度降至35°C，按造紙污泥質(zhì)量的10 32wt%加入一氯乙酸，攪拌2 3h，所得產(chǎn)物于70°C下烘干，即得含木質(zhì)素磺酸鈉-羧甲基纖維素鈉的分散-穩(wěn)定劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分散-穩(wěn)定劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，造紙污泥IOg,去離子水100ml,滴加質(zhì)量濃度10%的NaOH溶液約8ml,攪拌30min,加入無水亞硫酸鈉I. 7 3. 2g ;所述步驟⑵中滴加質(zhì)量濃度30 %雙氧水為O. 7 I. 4ml，質(zhì)量濃度37%甲醛溶液為3. 6 7. 2ml，無水亞硫酸鈉的加量為2. O 3. 9g ;所述步驟(3)中一氯乙酸的投料為I. O 3. lg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用造紙污泥制備分散-穩(wěn)定劑的方法，包括直接向不經(jīng)過處理的原料中滴加NaOH溶液，升溫90℃時(shí)加入無水亞硫酸鈉反應(yīng)1.5～2h；再加入雙氧水、甲醛溶液和無水亞硫酸鈉反應(yīng)；最后加入一氯乙酸攪拌2～3h，得含木質(zhì)素磺酸鈉-羧甲基纖維素鈉的分散-穩(wěn)定劑。所得產(chǎn)品具有很好的分散穩(wěn)定性，用于水煤漿可使其濃度達(dá)到67％，粘度在1100mPa·s以下，放置72h沒有硬沉淀，流動(dòng)性好。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，實(shí)現(xiàn)了廢物的再利用，可用于水煤漿制備、油田、水泥加工等行業(yè)。
文檔編號(hào)B01F17/56GK102614809SQ20121005353
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者岳欽艷, 王燕, 榮紅巖, 趙艷俠, 高寶玉, 黃理輝 申請(qǐng)人:山東大學(xué)