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工业硫酸盐木素用作土壤改良剂的研究

王东香

  由酸雨引发的土壤中铝的活化和营养成分的淋失,严重影响着世界众多地区森林和农作物的正常生长、发育。而我国中小型造纸企业的制浆黑液排放问题,不仅严重污染环境,而且危及企业本身的生存、发展。本研究从利用黑液、改良酸性土壤的角度,开展了工业硫酸盐木素(KL)用作土壤改良剂的研究,讨论了磺化改性过程中各反应因子对磺化效果的影响;分析了氧碱处理改性木素的化学结构特征;应用紫外光谱(UV)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)、气相色谱(GC)、电感等离子体耦合发射光谱(ICP)、凝胶过滤色谱(GFC)、核磁共振谱(NMR)等现代波谱技术,探讨了改性木素与铝离子(Al~(3+))的结合机理;通过种植实验综合评估了改性木素在缓解铝毒、改良土壤方面的效果。电导滴定实验得出,改性木素中的酸性基因可以分成三类,即强酸性基团(A)、中等酸性基团(B)和弱酸性基因(C)。自由基磺化处理的反应机理,主要是在酚羟基的邻位引入了磺酸基(A)。磺化木素S-1的FTIR谱图1217和1143cm~(-1)吸收强度增大的信息(和KL相比),佐证了磺酸基的引入。氧碱处理改性木素的化学分析结果见下表;┌────┬────┬─────┬────────────────┬────┐│改性本素│OCH_3(%)│总糖(%) │C_9单元式│COOH(%) │├────┼────┼─────┼────────────────┼────┤│O_4│8.49│0.07│C_9H_(10.45)O_(3.7)(OCH_3)_(053)│10.82│└────┴────┴─────┴────────────────┴────┘氧碱处理改性木素的化学分析结果表明,改性木素的羧基含量明显增加,在氧碱处理的过程中,由于芳环的开裂,形成了己二烯二酸结构,因此改性木素具有较高的反应活性,易与Al~(3+)形成络合。硝基苯氧化和~1HNMR分析结果辅证了改性木素中仍保留有KL中高分子的组分,使得制备的样品在酸性环境中,不仅易与Al~(3+)络合,而且还具有较强的吸附和缓冲性能。通过对Al~(3+)改性木素混合液在不同pH值下的凝胶色谱分析,我们得出Al/S-1随着pH的不同而改变,Al/S-1代表的是每摩尔改性木素络合Al~(3+)的量。PH5.8时,Al/S-1最大为0.358。即每摩尔改性木素络合Al~(3+)的最大量为0.358摩尔。木素-铝络合物的形成进一步被电位滴定证实。由氧-碱和自由基磺化处理的改性木素种植实验的结果表明:磺化木素和氧-碱处理改性木素能明显减缓铝毒,改善植物根系的生长情况,不同的改性木素,减缓铝毒的能力不同,对植物根系生长的影响也就不同,这与改性木素的结构组成或者说与改性木素中官能团的种类、含量密切相关。苏木精染色实验从另一角度也证实了上述结论。本研究为中、小型造纸企业制浆黑液的利用提供了科学依据,其改性木素作为土壤改良剂在防止土壤酸化,保护生态环境方面具有现实意义。……   
[关键词]:土壤改良剂;黑液利用;改性木素;磺化木素;氧碱处理木素;铝毒;螯合剂;凝胶过滤色谱;己二烯二酸结构
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:东北林业大学2001年