一种粘胶纤维生产废液中半纤维素的提取及季铵化改性方法

摘要

本发明涉及一种粘胶纤维生产废液中半纤维素的提取及季铵化改性方法，其提取方法为以膜分离对粘胶纤维生产废液中的半纤维素及碱液进行分离提取，浓缩液为含碱半纤维素；改性方法为以粘胶纤维生产废液中提取的含碱半纤维素为原料，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵为醚化剂，直接醚化后得到季铵半纤维素。本发明有效利用了粘胶生产废液中的半纤维素及碱液，简化了改性工艺中催化剂的加入，易于操作，生产成本低，改性后的半纤维素亲水性极大提高，应用性能好，合理解决了废液污染及半纤维素植物资源的再利用问题。

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种粘胶纤维生产废液中半纤维素的 提取及季铵化改性方法。

背景技术

半纤维素是一种取之不尽、用之不竭的再生性植物资源。进入二十一世纪 后，随着世界森林面积的急剧减少和木材价格的提高，半纤维素作为可降解天 然高分子材料，已做为新兴工业品开发列入国家重点科技攻关计划中，成为可 再生资源在绿色化工方面的一个重要研究方向。

半纤维素具有复杂的化学结构和分子结构，如分枝、无定形、不同类型的 单糖和不同类型的功能基，如羟基、乙酰基、羧基、甲氧基等，这些不同类型 的聚糖表现出不同的化学行为，使其应用具有极大的局限性。半纤维素的改性 为最大限度开发半纤维素提供了必要条件，为其成为一种新型的可降解聚合物 提供了很大的应用空间。

在粘胶纤维生产中，产生大量含半纤维素的废液，可利用价值高，但由于 废液中同时含有大量碱，加工难度大，污染严重，有关其处理是当今粘胶纤维 行业的一个技术难题。粘胶纤维生产废液中半纤维素及碱液的开发利用，是当 前解决废液污染及半纤维素植物资源的再利用的重要课题。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的上述问题，提供一种粘胶纤维生产废液中 半纤维素的提取及季铵化改性方法。它合理利用了粘胶纤维生产废液中的半纤 维素及碱液，操作简单，成本低、具有极好的社会效益。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明一种粘胶纤维生产废液中半纤维素的提取及季铵化改性方法，它 包括以下步骤；

a、将半纤维素含量为20-45g/L、碱含量为200-220g/L的粘胶纤维生产废 液，经过滤器预处理，通过过滤面积为0.8m³的膜分离装置浓缩，所述膜分离装 置中操作温度为50℃，进口压力为6bar，出口压力为4bar，加入3-4倍体积 水，连续透析过滤，得到含碱半纤维素浓缩液；

所述膜分离的含碱半纤维素浓缩液中半纤维素含量为53～140g/L，最终碱 含量为2～27g/L。

b、以所述步骤b中所得含碱半纤维素为原料，加入醚化剂2，3-环氧丙基 三甲基氯化铵，搅拌，升温，在60℃-80℃，反应120-240min，冷却后用2mol/LHCl 调节PH至中性，用90%乙醇溶液沉淀，过滤，洗涤，真空干燥24h，得季铵半 纤维素；

所述含碱半纤维素与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔配比为1:1-3。

所述含碱半纤维素其含碱量为半纤维素质量百分数的3-7%。

所述季铵半纤维素，其取代度为0.13-0.53。

优选的，所述的一种粘胶纤维生产废液中半纤维素的提取及季铵化改性方 法，它包括以下具体步骤：

将半纤维素含量为45g/L、碱含量为206g/L的粘胶纤维生产废液，经过 滤器预处理，通过过滤面积为0.8m³的膜分离装置，操作温度为50℃，进口压 力为6bar，出口压力为4bar。浓缩液加3.5倍水稀释、过滤。浓缩液中半纤 维素含量达102.9g/L，浓缩液中碱含量达5.2g/L，所得含碱半纤维素中，含碱 量为半纤维素质量百分数的5%。

以上述粘胶纤维生产废液中提取的含碱量半纤维素为原料，加入2，3-环氧 丙基三甲基氯化铵，含碱半纤维素与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔配比为 1:2，搅拌，升温至70℃，反应180min，冷却后用2mol/LHCl调节PH至中性，用 90%乙醇溶液沉淀，过滤，洗涤，真空干燥24h得季铵半纤维素。

本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：

本发明中粘胶纤维生产废液中含大量半纤维素及碱液，有效回收及利用， 不仅对解决废液污染意义重大，同时对半纤维素植物资源的高值利用具有广阔 前景。以膜分离提取粘胶纤维生产废液中的半纤维素及碱液，工艺简单，操作 易于控制，可得到具有一定含碱量的半纤维素。

利用粘胶纤维生产废液提取的含碱半纤维素为原料，2，3-环氧丙基三甲基 氯化铵为醚化剂，半纤维素的羟基与醚化剂反应，生成季铵型半纤维素阳离子 聚合物。该工艺过程合理利用了粘胶纤维生产废液中的半纤维素及碱液，操作 简单，成本低。季铵型半纤维素作为一类分子链上具有阳电荷的功能高分子材 料，不仅保持了半纤维素的可生物降解性，同时赋予材料极好的吸附性和水溶 性，可做为造纸、纺织、环保和石油开采等领域的分散剂、助留剂、絮凝剂等， 起到抗静电、柔软、防腐杀菌、抗结块的作用，具有极好的社会效益。

总之，利用膜分离提取得到含碱半纤维素，对粘胶纤维生产废液中的半纤 维素及碱液进行了合理应用，解决了废液污染及半纤维素植物资源的再利用； 改性工艺中省略了反应中催化剂的加入，简化了工艺流程，易于操作，处理成 本低。所得季铵半纤维素产品，不仅保持了半纤维素的可生物降解性，同时赋 予材料极好的吸附性和水溶性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一

将半纤维素含量为45g/L、碱含量为206g/L的粘胶纤维生产废液，经过 滤器预处理，通过过滤面积为0.8m³的膜分离装置，操作温度为50℃，进口压 力为6bar，出口压力为4bar。加入4倍体积水，连续透析过滤，得到含碱半 纤维素浓缩液，最终浓缩液中半纤维素含量达112.7g/L，浓缩液中碱含量达 3.4g/L。所得含碱半纤维素中，含碱量为半纤维素质量百分数的3%。

以粘胶纤维生产废液中提取的含碱量半纤维素为原料，加入2，3-环氧丙 基三甲基氯化铵，含碱半纤维素与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔配比为 1:1，搅拌，升温至60℃，反应120min，冷却后用2mol/LHCl调节PH至中性， 用90%乙醇溶液沉淀，过滤，洗涤，真空干燥24h得季铵半纤维素。

所得季铵半纤维素，取代度为0.13，外观为白色粉末状，无毒无味，PH值 为7.2，易溶于水，不溶于醇、醚、苯等有机溶剂。以其应用于二氧化钛浆料 中，达到流动点时，添加量为浆料质量分数的4.8%，透光率为0.68，表现出较 很好的吸附性能及流动性能。

实施例二：

将半纤维素的含量为45g/L、碱含量为206g/L的粘胶纤维生产废液，经过 滤器预处理，通过过滤面积为0.8m³的膜分离装置，操作温度为50℃，进口压 力为6bar，出口压力为4bar。加入3.5倍体积水，连续透析过滤，得到含碱 半纤维素浓缩液，最终浓缩液中半纤维素含量达102.9g/L，浓缩液中碱含量达 5.2g/L。所得含碱半纤维素中，含碱量为半纤维素质量百分数的5%。

以粘胶纤维生产废液中提取的含碱量半纤维素为原料，加入2，3-环氧丙 基三甲基氯化铵，含碱半纤维素与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔配比为 1:1，搅拌，升温至80℃，反应240min，冷却后用2mol/LHCl调节PH至中性， 用90%乙醇溶液沉淀，过滤，洗涤，真空干燥24h得季铵半纤维素。

所得季铵半纤维素，取代度为0.27，外观为白色粉末状，无毒无味，PH值 为7.2，易溶于水，不溶于醇、醚、苯等有机溶剂。以其应用于二氧化钛浆料 中，达到流动点时，添加量为浆料质量分数的3.7%，透光率为0.71，表现出很 好的吸附性能及流动性能。

实施例三：

将半纤维素含量为45g/L、碱含量为206g/L的粘胶纤维生产废液，经过 滤器预处理，通过过滤面积为0.8m³的膜分离装置，操作温度为50℃，进口压 力为6bar，出口压力为4bar。加入3.5倍体积水，连续透析过滤，得到含碱 半纤维素浓缩液，最终浓缩液中半纤维素含量达102.9g/L，浓缩液中碱含量达 5.2g/L。所得含碱半纤维素中，含碱量为半纤维素质量百分数的5%。

以粘胶纤维生产废液中提取的含碱量半纤维素为原料，加入2，3-环氧丙 基三甲基氯化铵，含碱半纤维素与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔配比为 1:2，搅拌，升温至70℃，反应180min，冷却后用2mol/LHCl调节PH至中性， 用90%乙醇溶液沉淀，过滤，洗涤，真空干燥24h得季铵半纤维素。

所得季铵半纤维素，取代度为0.33，外观为白色粉末状，无毒无味，PH 值为7.2，易溶于水，不溶于醇、醚、苯等有机溶剂。以其应用于二氧化钛浆 料中，达到流动点时，添加量为浆料质量分数的3.2%，透光率为1.15，表现出 很好的吸附性能及流动性能。

实施例四：

将半纤维素含量为45g/L、碱含量为206g/L的粘胶纤维生产废液，经过 滤器预处理，通过过滤面积为0.8m³的膜分离装置，操作温度为50℃，进口压 力为6bar，出口压力为4bar。加入3倍体积水，连续透析过滤，得到含碱半 纤维素浓缩液，最终浓缩液中半纤维素含量达89.6g/L，浓缩液中碱含量达 6.3g/L。所得含碱半纤维素中，含碱量为半纤维素质量百分数的7%。

以粘胶纤维生产废液中提取的含碱量半纤维素为原料，加入2，3-环氧丙 基三甲基氯化铵，含碱半纤维素与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔配比为 1:3，搅拌，升温至70℃，反应180min，冷却后用2mol/LHCl调节PH至中性， 用90%乙醇溶液沉淀，过滤，洗涤，真空干燥24h得季铵半纤维素。

所得季铵半纤维素，取代度为0.42，外观为白色粉末状，无毒无味，PH值 为7.3，易溶于水，不溶于醇、醚、苯等有机溶剂。以其应用于二氧化钛浆料 中，达到流动点时，添加量为浆料质量分数的2.9%，透光率为1.91，表现出较 很好的吸附性能及流动性能。

实施例五：

将半纤维素含量为45g/L、碱含量为206g/L的粘胶纤维生产废液，经过 滤器预处理，通过过滤面积为0.8m³的膜分离装置，操作温度为50℃，进口压 力为6bar，出口压力为4bar。浓缩液加3.5倍水稀释、过滤。浓缩液中半纤 维素含量达102.9g/L，浓缩液中碱含量达5.2g/L。所得含碱半纤维素中，含碱 量为半纤维素质量百分数的5%。

以粘胶纤维生产废液中提取的含碱量半纤维素为原料，加入2，3-环氧丙 基三甲基氯化铵，含碱半纤维素与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔配比为 1:2，搅拌，升温至70℃，反应180min，冷却后用2mol/LHCl调节PH至中性， 用90%乙醇溶液沉淀，过滤，洗涤，真空干燥24h得季铵半纤维素。

所得季铵半纤维素，取代度为0.53，外观为白色粉末状，无毒无味，PH值 为7.4，易溶于水，不溶于醇、醚、苯等有机溶剂。以其应用于二氧化钛浆料 中，达到流动点时，添加量为浆料质量分数的2.5%，透光率为2.63，表现出较 很好的吸附性能及流动性能。