pH对接枝磺化碱木质素聚合物吸附特征的影响

采用动态光散射技术、透射电镜等表征了接枝磺化碱木质素聚合物(SBAL)在不同pH条件下的溶液行为,结果表明随着pH的增加,SBAL分子中的亲水官能团磺酸基、羧基和酚羟基逐步解离,分子链由卷曲变得伸展.利用频率-耗散联用型石英晶体微天平和静电逐层自组装技术,借助紫外光谱、原子力显微镜等表征了不同pH条件下SBAL在固/液界面上的吸附特征,结果发现随着pH由3增加到12,SBAL在金片和石英玻片上的吸附量先减小后增大,pH=9时吸附量最小.随着pH的增加,SBAL的吸附特征由刚性变得柔软,吸附构型呈现由致密到松散再到致密的变化趋势,吸附构象在酸性、中性和碱性条件下依次为mushroom结构、pancake结构和高分子刷,在中性和酸性条件下SBAL与聚二烯丙基二甲基氯化铵之间的作用力以阳离子-π相互作用为主,吸附强度较弱,而在强碱条件下以静电作用为主,吸附强度较大.     

磺甲基化木质素的辣根过氧化物酶催化聚合研究

以碱木质素为原料,采用磺甲基化反应,得到磺甲基化木质素(SAL),并进一步采用辣根过氧化物酶(HRP)催化以提高其分子量,制备了高分子量高磺化度磺甲基化木质素(HPSAL).采用凝胶渗透色谱、红外光谱、核磁共振氢谱、紫外光谱和顶空气相色谱等研究了改性前后SAL的结构特征.结果表明,经HRP催化后,与SAL相比,HPSAL的重均分子量和磺化度显著增加,分别提高20倍和30%以上,羧基含量升高,而甲氧基和酚羟基含量降低.HRP使SAL形成酚氧自由基,活化其酚羟基的邻、对和侧链Cβ位,增加磺化反应活性,而磺化度的提高又有利于增加HRP催化SAL的聚合反应活性,其聚合方式主要为β-O-4'、β-β'、β-1'和β-5'联结.分子模拟结果表明,甲氧基含量的降低和磺酸基含量的增加能显著提高以β-O-4'连接键为主的聚合反应活性.     

磺化木质素系聚合物的结构及其在氧化铝上的吸附特性

以造纸黑液中的碱木质素为主要原料,通过磺化和缩聚反应制备了磺化木质素高分子聚合物SBAL.TEM和1H-NMR测试结果表明SBAL是以木质素的疏水骨架为中心,以磺酸基和羧基组成亲水性侧链的球形结构.GPC测试结果表明其重均分子量达到了24880 Da,是碱木质素的7.38倍,电位滴定测试结果表明,其磺化度达到2.70 mmol.g-1.通过流变曲线、吸附等温线、zeta电位、XPS测试研究了其对氧化铝在水中的分散机理及其吸附特性.掺SBAL的氧化铝浆体,在pH=3～12范围内SBAL对其具有良好的分散降黏作用.溶液pH对SBAL的分子构型和吸附特性有较大的影响,随pH增加,SBAL中磺酸基、羧基和酚羟基逐渐电离,分子的伸展程度逐渐增大.随pH增加,SBAL在氧化铝上的吸附质量减少,吸附层由致密逐渐变得疏松,pH小于等电点时以静电吸附为主,pH大于等电点时以非静电的特性吸附为主.当SBAL的用量小于临界值(0.5 wt%)时,其在氧化铝表面形成单分子层吸附,在颗粒间起到静电排斥作用;当用量大于临界值时,其在颗粒表面形成聚集体吸附而起到空间位阻作用.     

漆酶活化碱木质素的磺甲基化反应活性研究

采用漆酶对碱木质素进行活化预处理,并对活化碱木质素进行磺甲基化改性,揭示了漆酶活化对碱木质素磺甲基化反应活性影响的作用机理.采用顶空气相色谱、红外光谱、凝胶渗透色谱、核磁共振等研究了漆酶活化碱木质素的结构特征,结果表明,漆酶对碱木质素既有聚合作用又有解聚作用,分子量变化不大,多分散性增加;漆酶活化使得碱木质素发生脱甲基作用,酚羟基含量增大,紫丁香基含量减低;另外,漆酶可氧化酚羟基变成苯氧自由基使碱木质素聚合.采用分子模拟对漆酶活化碱木质素的电子云密度进行了计算,结果表明脱甲基作用增大了木质素苯环上的电子云密度,有利于磺甲基化反应的进行.采用电位滴定测试磺甲基化产物的磺化度来表征其反应活性的大小,结果表明漆酶活化磺甲基化碱木质素的磺化度提高了35%,且对二氧化钛悬浮体系的分散性能得到明显提高.     

乙酰化处理对碱木质素在四氢呋喃中微结构的影响

通过对比碱木质素(AL)和乙酰化碱木质素(ACAL)在四氢呋喃(THF)中溶液行为和物理化学性质的差异, 揭示了乙酰化处理对碱木质素在THF中微结构的影响. 分别采用动态光散射、凝胶渗透色谱(GPC)、透射电子显微镜(TEM)、特性粘度、荧光光谱仪、耗散型石英晶体微天平(QCM-D)和自组装技术等研究了AL和ACAL在聚集形态、聚集机理以及吸附特性等方面的特征. 研究发现, 乙酰化处理会降低碱木质素在THF中的分子间和分子内聚集程度. AL在THF中以单分子和聚集体的形式共同存在, 分子较为蜷曲; ACAL在THF中则更多地是以单分子形式存在而几乎不存在大聚集体, 分子较为伸展, 其流体力学半径要比相同绝对分子量的AL更大.THF中的AL聚集体会在液固界面上发生强烈的吸附, 但ACAL由于与溶剂间的相互作用较强而几乎不会吸附在液固界面上. 由于AL分子在THF中较为蜷曲且吸附能力较强, 因此利用以THF为流动相的GPC直接测量AL的分子量时所得结果并不准确, 为保证GPC的测量结果更加全面可靠, 需要在测量前对碱木质素进行乙酰化处理.     

竹浆黑液高效减水剂的结构表征及吸附研究

研究了竹浆黑液混凝土高效减水剂(GCL1-JB)的结构和吸附特征.将GCL1-JB先通过超滤和离子交换树脂提纯,再通过凝胶柱层析分级,然后选择4种窄分子量分布的GCL1-JB级分进行结构表征和吸附研究.结果表明,GCL1-JB具有高分子量和高磺化度的结构特征.不同分子量级分的GCL1-JB的化学分子结构相似,但其中磺酸基含量随着分子量增大而减少,而芳香环含量随着分子量增大而增大.GCL1-JB在阳离子表面能形成平整的自组装吸附膜,其中高分子量级分的GCL1-JB因磺酸基含量较低,分子较卷曲,故吸附量较大.     

侧链含氮原子磺化聚酰亚胺膜材料的制备及其性能研究

以对苯二酚为原料经过三步反应,合成了含叔胺取代基的二胺单体2,5-二((二甲氨基)亚甲基)-1,4-二(对氨基苯氧基)苯(DMAPB),并与1,4,5,8-四酸萘二酐(NTDA)、磺化二胺4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸(ODADS)高温聚合,通过改变磺化二胺单体(ODADS)的含量,制备了一系列具有不同磺化度的侧链含氮原子磺化聚酰亚胺.采用间甲酚为溶剂,通过溶液浇铸法制备成膜.由于将N-原子引入到聚酰亚胺的侧链,使得其与磺酸基更易形成较强的离子交联,从而有效地控制膜溶胀,提高了膜稳定性.新的磺化聚酰亚胺的热稳定性高达330℃并显示了良好的氧稳定性,其阻醇性能也得到了提高,在20℃下,膜的甲醇渗透系数为2.05×10-7至5.11×10-7cm2/s,远低于Nafion 117(2×10-6cm2/s)一个数量级.磺化度40%的磺化聚酰亚胺膜在100℃去离子水中测试1000 h以上仍能保持较好的机械性能.膜在高湿条件下也显示了良好的机械性能.然而,膜的质子传输率有所下降,这应该是较强的离子交联导致膜产生较致密的结构,减少了含水量并阻碍了水和H+的移动.同时,磺酸基与氮原子发生离子交联,减少了参与质子传输的磺酸基数量,降低了聚合物膜的酸性.     

磺化聚苯醚离聚体的溶液性质

研究了磺化度为20.9mol％的磺化聚苯醚(S-PPO)的钠盐和锂盐在四氢呋喃/甲醇混合溶剂中的离聚体行为。S-PPO离聚体在溶液中的链聚集状态与聚合物浓度、阳离子半径密切相关。当Na-SPPO的浓度高于3g/dL时,在30～40℃范围内其聚集度DA与浓度C的关系为:DA=ke~(εc)常数K和β分别表示为与发现链聚集的起始浓度和链聚集速率相关的常数。     

3,4-聚异戊二烯的磺化反应及其离聚体的结构研究

本工作合成了磺化的3,4-聚异戊二烯及其离子聚合体,IR和NMR谱图证明对3,4-聚异戊二烯的磺化反应是成功的,并且磺酸基团主要与3,4-链节的侧基双键发生反应。WAXD对磺化3,4-聚异戊二烯及其离聚体的研究表明,磺化度的增加使离聚体的结晶能力降低,SAXS结果表明,在离子含量为3.29mol％的离聚体中,未观察到离子簇聚集,只观察到多重离子对的散射。     

后磺化法精确可控合成主链型磺化聚苯喹喔啉及其质子交换膜性能研究

以不同摩尔比的4,4′-双(4-(2-苯基乙二酮基)苯氧基联苯、4,4′-双(2-苯基乙二酮基)二苯醚与3,3′,4,4′-四氨基联苯共聚制备聚喹喔啉,经后磺化法得到一系列磺化度可控的磺化聚苯基喹喔啉(SPPQ).模型化合物确认,磺酸基团精确接入电子云密度较高的含醚键的联苯片段的2,2′-位上,证明通过单体分子结构设计与后磺化法结合,可使磺酸基团在温和条件下,按预想接入到聚合物主链上,达到磺化度和磺化位置精确可控的目的. SPPQ的相对黏度均在3.8 dL/g以上.通过溶液涂膜法制备的主链型磺化聚苯基喹喔啉质子交换膜(SPPQ PEM)的吸水率都低于39%,尺寸变化率为2.1%~13%,且随着IEC和温度的提高而线性增加.如,80℃下,IEC高达2.21 meq/g的SPPQ-5的膜面和膜厚方向的尺寸变化率仅为11%和13%,具有良好的形状维持能力.热重分析表明,SPPQ PEM在320℃左右脱去磺酸基团,550℃左右发生聚合物主链降解,具有良好的热稳定性. Fenton试剂测试表明,SPPQ PEM开始破碎的时间随IEC的增加而缩短,在20℃时,IEC较低的SPPQ-1 (1.29 meq/g)破碎时间可达151 h,而IEC较高的SPPQ-5(2.21 meq/g)破碎时间缩短至81 h. PEM的质子传导率随温度和IEC的增加而显著提高,最高可达64 mS/cm,由于磺酸基团和喹喔啉酸碱对的形成以及吸水率偏低的原因,这一数值远低于Nafion.     

NaBH4/I2催化加氢还原碱木质素的研究

从麦草碱法制浆黑液中提取木质素,精制后,以苯乙酮为木质素的模型化合物,对催化剂组成及溶剂进行了考察.在此基础上,以NaBH4/I2为催化剂,无水乙醇为溶剂,对木质素进行加氢还原裂解反应研究.考察了温度和时间对木质素催化加氢效果的影响,采用红外光谱(FTIR)、元素分析及凝胶渗透色谱分析(GPC),表征木质素反应前后结构的变化.凝胶渗透色谱分析表明,加氢还原后木质素的分子量明显降低.采用自动电位滴定法测定反应前后木质素中总羟基含量,反应后木质素中总羟基含量为10.19%.得到了NaBH4/I2催化木质素加氢还原反应的最优条件:以1,2-二氯乙烷和乙醇(2∶1,v/v)作溶剂,m(NaBH4)∶m(I2)=1∶1,温度175℃,反应时间15 h.     

水溶性凝胶渗透色谱法测定碱木素分子量

应用水溶性凝胶渗透色谱法测定了碱木素的分子量,与脂溶性凝胶渗透色谱法的测定结果基本一致。色谱柱为Ｕｌｔｒａｈｙｄｒｏｇｅｌ凝胶色谱柱,流动相为氢氧化钠溶液（ｐＨ１２）。系统考察了不同流动相对碱木素在凝胶柱上吸附的影响,结果发现,增大流动相离子强度有利于减少碱木素的吸附,但流动相的酸度对于碱木素吸附具有更重要的影响,ｐＨ值高时,碱木素吸附减弱。实验同时表明,高分子量的碱木素更易在凝胶柱上发生吸附。     

Synthesis of Surfactants from Alkali Lignin for Enhanced Oil Recovery

With the cheap and abundant resource of alkali lignin as feedstock, surfactants for enhanced oil recovery were synthesized by amination and alkylation reaction of lignosulfonate. The effects of amination conditions, including the ratio of raw materials, amination reagent, temperature, and reaction time, on nitrogen contents and surface tension of the surfactants were investigated. The results showed that ethylenediamine was more suitable for amination, and the molar ratio of alkali lignin, ethylenediamine, and formaldehyde was 1:2:1.5 at 80°C for 5 hours. The structure of synthesized products was characterized by Fourier transform infrared spectrometry. The HLB value of synthesized product was 10. The interfacial tension between Daqing crude oil and synthetic water could be decreased to 10^?2 mN/m with synthesized surfactant and NaOH at 45°C. Moreover, the effects of molecular weight of surfactants on interfacial tension were also studied. The synthesized surfactant (M_w > 10,000) showed a better interfacial activity on Daqing crude oil.     

Lignin nanocomposites

Lignin is a biopolymer and one of the main constituents of woody plants where it plays the role of lining agent and is comparable in this respect to cement in steel reinforced concrete. Polymer nanocomposites containing biopolymers such as cellulose, lignin, starch, proteins, etc. are the object of recent numerous studies and are known also as bio-nanocomposites. This paper deals with lignin use in various polymer nanocomposites. It presents the preparation and uses of nanolignin as a filler and lignin uses as a matrix or a matrix component in polymer nanocomposites.     

Hydrogenolysis of Lignin Catalyzed by NaBH4/I2

从麦草碱法制浆黑液中提取木质素,精制后,以苯乙酮为木质素的模型化合物,对催化剂组成及溶剂进行了考察.在此基础上,以NaBH4/I2为催化剂,无水乙醇为溶剂,对木质素进行加氢还原裂解反应研究.考察了温度和时间对木质素催化加氢效果的影响,采用红外光谱（FTIR）、元素分析及凝胶渗透色谱分析（GPC）,表征木质素反应前后结构的变化.凝胶渗透色谱分析表明,加氢还原后木质素的分子量明显降低.采用自动电位滴定法测定反应前后木质素中总羟基含量,反应后木质素中总羟基含量为10.19%.得到了NaBH4/I2催化木质素加氢还原反应的最优条件：以1,2-二氯乙烷和乙醇（2∶1,v/v）作溶剂,m（NaBH4）∶m（I2）=1∶1,温度175℃,反应时间15 h.     

水葫芦木质素的提取及其苯胺吸附性能

采用碱提法从生态入侵植物水葫芦中提取木质素,利用傅立叶红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等手段对所获得的木质素进行表征,研究了水葫芦木质素对水中苯胺的吸附性能,考察了溶液p H值、吸附时间、初始浓度等因素对水葫芦木质素吸附苯胺的影响。当Na OH溶液浓度0.1 mol/L,提取时间4 h,温度100℃,料液比1∶20时,水葫芦木质素的收率最大为6.81%。红外图谱显示,在1 456~1 656 cm-1处存在木质素的芳香环骨架振动吸收峰;扫描电镜显示,木质素呈大量细小的颗粒,木质素颗粒表面存在许多微小的孔状结构,有利于吸附作用的发生。在室温下,溶液p H 6.0,苯胺初始浓度为150 mg/L,吸附剂用量为5 mg,吸附时间120 min时,水葫芦木质素对苯胺的最大吸附容量为12.2 mg/g。苯胺吸附实验数据拟合符合准二级动力学模型以及Langmuir吸附等温模型。水葫芦木质素对苯胺的吸附以单分子层化学吸附为主,属于优惠吸附。相同吸附条件下,水葫芦木质素对湖泊水样中苯胺的吸附与实验模拟水样的吸附效果相近。水葫芦木质素可作为富集分离材料用于分析样品制备以及水中污染物的吸附。     

新型萘酐型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成

以新型磺化二胺单体, 1,4-双(4-胺基-2-磺酸基苯氧基)苯(DS-TBDA)与非磺化单体1,4′-二胺基二苯醚（ODA）、 1,4,5,8-萘四酸二酐(NTDA)为原料, 采用高温聚合法, 制备了一系列具有不同磺化度的萘酐型磺化聚酰亚胺(S-PI)质子交换膜材料, 并研究了材料性能与结构的关系. 磺化度超过33%时, 质子传导率可达到与Nafion膜同一数量级的水平, 而甲醇透过率均在2.85×10-7 cm2/s以下, 比Nafion膜低1-2个数量级. 研究结果表明, 该膜有望在直接甲醇燃料电池(DMFC)中获得应用.     

温度对碱木质素在溶液中微结构及物理化学性质的影响

研究了温度对碱木质素(AL)的微结构及物理化学性质的影响. 在20-60 ℃范围内, 采用表面电荷仪、动态光散射、zeta 电位仪、粘度计、表面张力仪、石英晶体微天平、紫外和荧光等仪器, 研究了AL在碱性溶液中的分子聚集形态、表面带电情况、亲疏水特性、溶液特性粘度以及AL在气液和液固界面上的吸附等性质. 结果表明, AL溶液的特性粘度、表面张力以及分子的表面电荷密度都会随温度上升明显降低, 而分子内和分子间聚集作用、分子的疏水性以及在液固界面上的吸附量会随温度上升逐渐增大, zeta 电位绝对值则呈现出先降低后上升然后再降低的趋势. 分析认为, 温度上升会同时降低AL中弱酸性基团的电离程度和AL与水分子间的氢键作用, 这两个因素的变化直接导致了AL微结构和物理化学性质的改变. 温度升高时, 水由AL的良溶剂逐渐变为不良溶剂, 尽管AL通常被视为阴离子表面活性剂, 但其受温度影响时所呈现出的变化规律却更类似于非离子表面活性剂.     

Effects of Alcell Lignin Methylolation and Lignin Adding Stage on Lignin-Based Phenolic Adhesives

To investigate the effects of lignin methylolation and lignin adding stage on the resulted lignin-based phenolic adhesives, Alcell lignin activated with NaOH (AL) or methylolation (ML) was integrated into the phenolic adhesives system by replacing phenol at various adhesive synthesis stages or directly co-polymerizing with phenolic adhesives. Lignin integration into phenolic adhesives greatly increased the viscosity of the resultant adhesives, regardless of lignin methylolation or adding stage. ML introduction at the second stage of adhesive synthesis led to much bigger viscosity than ML or AL introduction into phenolic adhesives at any other stages. Lignin methylolation and lignin adding stage did not affect the thermal stability of lignin based phenolic adhesives, even though lignin-based adhesives were less thermally stable than NPF. Typical three-stage degradation characteristics were also observed on all the lignin-based phenolic adhesives. Three-ply plywoods can be successfully laminated with lignin based adhesives, and it was interesting that after 3 h of cooking in boiling water, the plywoods specimens bonded with lignin-based phenolic adhesives displayed higher bonding strength than the corresponding dry strength obtained after direct conditioning at 20 °C and 65% RH. Compared with NPF, lignin introduction significantly reduced the bonding strength of lignin based phenolic adhesives when applied for plywood lamination. However, no significant variation of bonding strength was detected among the lignin based phenolic adhesives, regardless of lignin methylolation or adding stages.