[发明专利]木质素磺酸盐烷基化改性表面活性剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于表面活性剂制备领域，特别涉及一种木质素磺酸盐烷基化改性表面活性剂及其制备方法与应用。

背景技术

工业木质素磺酸盐是酸性造纸工业的副产品，直接排放不仅浪费资源，而且给环境造成极大的污染。近年来，由于石油价格的剧烈波动和石油资源的难以为继，传统石油基表面活性剂生产面临着巨大的成本压力。木质素磺酸盐是自然界含量第二丰富的生物质资源木质素的衍生物。木质素磺酸盐因含有磺酸基等亲水基团和C3-C6的疏水骨架和芳环而具有一定的表面活性，通过一定的分子设计和结构改性，可望制备新一代新型环保可生物降解的表面活性剂，以期取代传统的石油基表面活性剂。木质素磺酸盐改性制备新型环保的表面活性剂不仅具有重要的生态环境效益，而且具有重大的经济效益。

木质素磺酸盐分子量大、分布广、结构复杂、屏蔽效应严重，缺乏结构规整、亲油性能良好的官能团，表面活性受到了限制。要制备性能优异的木质素磺酸盐表面活性剂，需进行化学改性，提高亲油性能。木质素磺酸盐分子上包含酚羟基、醇羟基、芳环、双键、羰基和羧基等大量活性官能团，易于进行化学改性。

木质素磺酸盐烷基化是提高木质素磺酸盐亲油性能，改善木质素磺酸盐表面活性的一种有效手段，国内外学者对此进行了大量的研究：文献1(U.S PAT NO3763139，Sten I.Falkehag，Modified lignin surfactants，1973)报道，以ClCH₂SO₃H作为烷基化基团，木质素磺酸盐酚羟基在碱性条件下，以酚氧负离子的形式进攻与Cl直接相连的C原子，发生亲核取代反应。虽然同时引入了亲油和亲水基团，但亲油亚甲基链长太短，表面活性有限。文献2(U.S PAT NO 4739040，Douglas G.Naae，Recovering hydrocarbon with surfactants from lignin，1988)报道，高温高压，在CO或者H₂的存在下，降解木质素磺酸盐，再在N₂的保护下，以AlCl₃作为催化剂，和1-十二烯回流反应，18h后停止反应。反应虽然得到亲油性能良好的木质素磺酸盐表面活性剂，但反应条件苛刻，需要在高温高压下进行，过程使用CO等剧毒易爆气体，且反应时间长，不利于实现工业化。文献3(U.S PAT NO 4739041，LR.Morrow Alkylated oxidized lignin as surfactants，1988)和文献4(U.S PAT NO：5094295，LR.Morrow，Enhanced oil recovery using alkylated，sulfonated，oxidized lignin surfactants，1992)报道：Morrow等将Pb(C₂H₃O₂)₂-3H₂O溶于水，然后加入到木质素磺酸盐溶液中，形成木质素磺酸盐-铅络合物沉淀，络合物沉淀在有机溶剂中，特定温度下和卤代烃反应，在酚羟基上发生烷基化反应。尽管该方法被证明是高效的烷基化方式，但是会产生重金属副产物碘化铅，容易造成环境污染，需要进行铅的后处理或再生，操作繁琐，成本高昂。