應用

在工業(yè)領域，基于其良好的分散性、黏合性和表面活性，木質素常以大分子形式改性后直接利用，這是木質素在工業(yè)領域的主要利用途徑。木質素及其改性產品具有良好的分散性和表面活性，在工業(yè)領域具有廣泛成熟的應用：木質素可以用作染料溶液的穩(wěn)定劑、水泥助磨劑、除蟲殺菌劑的分散劑、黏土或固體燃料水懸浮液穩(wěn)定劑、鉆井泥漿調節(jié)劑、循環(huán)冷凝水的緩蝕阻垢劑等；木質素磺酸鹽還可用作石油、瀝青、蠟等乳化劑。木質素的黏合性也具有很廣泛的用途。木質素結構中含有大量的羥基、羧基以及雙鍵，內部結合力大、強度較高。作為黏合劑，木質素在木材、建筑領域的應用較多。木質素可用于制備酚一醛黏合劑，替代部分酚醛，同時改善黏合劑的施膠均勻性及高溫穩(wěn)定性，降低黏合劑的生產成本。木質素一脲醛樹脂黏合劑在室內顆粒板的黏合方面有較大的應用。木質素一異氰酸酯體系的應用也是基于木質素良好的黏合性。在農業(yè)領域，對于木質素進行改性，可以制備多種功能肥料。木質素比表面積較大，含有多種活性基團，可以用作農藥緩釋劑。此外，在動物飼料添加劑、植物生長調節(jié)劑、土壤改良劑、土面保水劑等方面，木質素也具有廣泛的應用，引起了人們的普遍關注。

此外，木質素在醫(yī)藥、冶金和金屬工業(yè)、印染工業(yè)中也有一定的應用。作為天然高分子聚合物，木質素結構復雜，相對分子質量較為分散，化學反應活性較低，直接改性利用存在著一定的困難。雖然木質素大分子在各個領域都得到了一定的應用，但是大規(guī)模的工業(yè)化生產尚不多見。隨著木質素高值利用研究的不斷深入，木質素的液化降解應用成為當前的研究熱點。

分離^【1】

植物體內的木質素與分離后的木質素，在結構上是有差別的。分離的方法不同，結構的變化也不同。因此，將未分離的木質素稱作原本木質素。工業(yè)上一般是在利用纖維素時將木質素分離提取出來。木質素的分離方法可分為兩類：一是將植物體中的木質素以外的成分溶解掉，木質素作為不溶性成分被過濾分離；二是將木質素作為可溶性成分，將植物體中的木質素溶解而纖維素等其他成分不溶解進行分離。

類分離方法的典型例子即是木材的酸水解，纖維素被水解成葡萄糖，木質素作為水解殘渣被分離。木材水解時，可用質量分數(shù)為65％～72％的硫酸或質量分數(shù)為42％的鹽酸，前者得到的叫硫酸木質素，后者得到的叫鹽酸木質素，總稱木材水解木質素或酸木質素。此外，還有用硫酸和氧化銅溶液的分離法和應用高碘酸鈉溶液的分離法等幾種。酸木質素在分離過程中受到酸的作用，其結構會發(fā)生化學變化，硫酸木質素在分離過程中所發(fā)生的變化，是由于水解的同時木質素發(fā)生高度縮合反應造成的，鹽酸木質素的變化比硫酸木質素的變化要小一些。

第二類方法的典型例子是造紙的制漿過程。制漿有兩種方法：一是用含有游離亞硫酸的鈣、鎂、鈉、氨的酸性亞硫酸鹽溶液，在130—140℃加熱蒸煮碎木，此時原本木質素被磺化為水溶性的木質素磺酸鹽，纖維素析出，濾出纖維素余下的即為紙漿廢液，再用石灰乳處理，即可析出木質素。另一種方法是用濃燒堿液高溫蒸煮碎木或切碎的稻草或麥秸，此時原本木質素溶解成為堿木質素，纖維素析出，濾出纖維素余下的就是通常所說的造紙黑液，用酸處理，即能沉淀析出木質素。這一大類分離木質素的方法，還有酸性有機試劑和中性有機試劑等方法。兩大類分離方法匯總，如下表所示。

分解^【2】

自然界木質素的生物分解是一個好氧的共代謝(aerobic and co—metabolic)過程，由少數(shù)微生物完成。其中起主要作用的是真菌，如擔子菌(basidiomycetes)中的棕腐菌(brown—rotfungi)和白腐菌(white rot fungi)，以及少量的細菌，如鏈霉菌(Streptomyces sp．)和諾卡菌(Nocardia sp．)等均屬放線菌。其中的大部分微生物僅能改變木質素的結構，只有白腐菌能夠完全分解木質素。催化木質素分解的酶是沒有專一性的胞外酶，如木質素過氧化物酶(1ignin peroxidase)、錳過氧化物酶(manganese peroxidase)和漆酶(1accase)。

木質素的分解首先從支鏈開始，通過氧化和脫甲基作用，使得支鏈上碳、氫和甲氧基的數(shù)量減少，酚羥基、羰基和羧基數(shù)量增加。最近發(fā)現(xiàn)，芳香環(huán)也可以被微生物分解，但是在開始階段,這些芳香環(huán)分解殘余碳鏈仍然保留在木質素結構上。這些物質的進一步分解．釋放芳香酸和芳香醛類物質，常見的有香草醛(vanillin)、香草酸(vanillic acid)、丁香醛(syringaIdehyde)、丁香酸(syringic acid)、對羥基苯甲醛(P—hydroxybenzaldehyde)、對羥基苯甲酸(P—hydroxy benzoic acid)、沒食子酸(gallicacid)、原兒茶酸(protocatechuic acid)等多羥基酚類和酚酸類等化合物：

至今沒有分離到能夠將木質素作為唯一碳源和能源的微生物，因而微生物分解木質素時往往需要少量易分解有機物。影響木質素分解的因素有土壤pH、水分和氣候條件。其他因素：如氮的有效性和土壤礦物學性質也有影響。其中Fe和Al氧化物對木質素的吸附作用，能夠降低木質素的分解。對土壤木質素分解的研究主要是在自然生態(tài)系統(tǒng)進行。而對農田木質素分解的研究T作很少。

提取方法^【3】

1．丙酮法

在一定的試驗條件下，丙酮在一定程度上能夠提取竹材中的木質素。試驗中得到的制漿黑液可通過蒸餾來回收丙酮，反復循環(huán)利用，無廢水或少量廢水排放，能夠真正從源頭防治制漿造紙廢水對環(huán)境的污染，是實現(xiàn)無污染或低污染“綠色環(huán)保”造紙的有效技術途徑，而且通過蒸餾，得到的高純度的有機木質素是重要的化工原料。整個過程形成一個封閉循環(huán)系統(tǒng)，基本上無三廢排放，是無污染或低污染制漿的一條途徑。研究結果表明：當丙酮濃度為80％，液固比為10：1，在最高反應溫度160℃下保溫3h，丙酮提取木質素的效果。

2．氨法 

利用氨水作為蒸煮液對天然竹材(10～20mm、塊狀)中木質素的高效分離作用，不同氨水濃度、液固比、最高反應溫度、最高反應溫度下保溫時間等條件對氨水分離竹材中木質素的影響。

(1). 氨水濃度:

氨水為弱堿性，在高溫、高壓的條件下通過與木質素發(fā)生化學反應生成不同的化學鍵而破壞木質素之間的化學鍵，從而降解木質素，使之溶解于氨黑液中，從而使木質素、纖維素分離。文章認為氨水濃度為25％。

(2).液固比:

隨著液固比的增加，竹塊中木質素含量降低。但當液固比大于6時，氨水降解木質素率下降。故文章認為液固比以6：1為。

(3). 最高反應溫度:

隨著降解反應最高溫度的增加，竹塊中木質素含量降低。當溫度升高到180℃以上時，竹塊中木質素含量隨著溫度升高，降低的速率趨緩。

(4). 保溫時間:

保溫主要是為氨水提供足夠的與竹塊中木質素的反應過程。實驗表明：竹塊中木質素含量隨著保溫時間的增加而降低。但超過3h以后，其下降率降低了。

參考文獻

[1]張曉陽，杜風光，常春，王林風主編,纖維素生物質水解與應用,鄭州大學出版社,2012.12,第225頁

[2] 王敬國編著,生物地球化學  物質循環(huán)與土壤過程,中國農業(yè)大學出版社,2017.03,第167頁

[3] 張毅，王春紅，彭建新編著,竹原纖維及其產品的制備與工藝,中國紡織出版社,2014.03,第70頁