漆酶改性木质素磺酸钠的结构表征及吸附特征.pdf

V01．34 高等学校化学学报 No．1 CHEMICALOFCHINESEUNIVERSITlES 218～224 2013年1月 JOURNAL 漆酶改性木质素磺酸钠的结构 表征及吸附特征 周海峰，杨东杰，伍晓蕾，邱学青 (华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，化学与化工学院，广州510640) 摘要采用漆酶对木质素磺酸钠(木钠)进行改性，通过凝胶渗透色谱、电位滴定、红外光谱和核磁共振等 测试方法研究了漆酶改性木钠的结构特征，结果表明，漆酶改性对木钠的磺酸基及表面电荷含量影响很小； 在漆酶对木钠的改性过程中既有解聚作用，又有聚合作用，反应初期，漆酶使木钠发生脱甲基反应及部分链 接键的断裂，使酚羟基含量增大和分子量降低，随着改性时间的延长，酚羟基含量减少，分子量变大，聚合 作用占主导地位．采用静电逐层自组装技术研究了漆酶改性对木钠吸附特征的影响，紫外光谱以及原子力 显微镜的研究结果表明，当漆酶改性时间为2h时，在平板上的吸附量及吸附膜的表面粗糙度最大，木钠分 h时，木钠聚合为近似球形的大分子结构，空间位阻增大，吸附量及吸 子呈扁长的椭球形，而改性时间为36 附膜的表面粗糙度降低． 关键词漆酶；木质素磺酸钠；分子量分布；结构特征；吸附特征 中图分类号0636．2；Q554+．9；TQ351文献标志码A 木质素是自然界中含量仅次于纤维素的天然高聚物…，是由不同的苯丙烷结构单元高度交联形成 的聚合物，其基本结构单元是愈创木基(G)、紫丁香基(S)和对羟基苯丙基(H)．木质素磺酸盐是木质 素的重要衍生物之一，主要来自于亚硫酸法制浆过程的副产物，其分子结构中除了含有木质素本身具 有的c3～c6疏水骨架外，在化学制浆过程中还引入了大量的亲水性官能团，如磺酸基、酚羟基及羧 基等，它又是一种具有良好水溶性的阴离子型高分子表面活性剂旧J．因此，木质素磺酸盐作为分散剂 可广泛应用于多种领域，如水泥减水剂∞J、水煤浆分散剂”j、农药分散剂∞o和钻井工业添加剂∞1．然 而，由于木质素磺酸盐结构复杂及分子量分布宽，限制了其应用的扩大． 研究结果表明，木质素磺酸盐的分子量以及结构特征对其性能有很大影响，增加分子量可以显 著提高其对颗粒的分散作用’8』．为得到高分子量的木质素磺酸盐，常用的改性方法主要有分离 提纯法一1以及化学缩聚法．分离提纯法主要以膜分离技术如超滤法去除低分子量组分，但是产率 低且费时，应用性有限；木素磺酸盐苯环上的游离基具有较强的反应活性，在苯环上和侧链上均可发 生功能化反应，使用合成单体与其进行接枝共聚可提高其分子量¨…．但化学法则需添加大量化学试 剂，如强酸、碱、加压等，条件相对剧烈，副反应多，分离提纯比较困难，且对分子量的提高程度不大． 相比于化学改性方法，生物酶法改性条件温和，绿色环保¨1|，但目前生物法对木质素磺酸盐的改性研 究相对较少．在与木质素相关的酶系中，漆酶可以氧化酚类及非酚类木质素化合物，在过去几十年中 受到研究者的高度关注，大量的相关研究主要集中在生物制浆、生物漂白、脱墨以及废水处理等过程 中对木质素的脱除和降解¨2，13J．采用漆酶对木质素磺酸盐进行改性，对其结构及性能的相关研究 很少． 本文采用凝胶渗透色谱、紫外光谱、电位滴定、红外光谱和核磁共振光谱等手段系统研究了漆酶 改性前后木质素磺酸盐的结构变化，并采用静电逐层自组装技术研究了漆酶改性对木质素磺酸盐吸附 收稿日期：2012-04—13． 和广东省部产学研结合项目专项(批准号：2011A090200019)资助． 万方数据 周海峰等：漆酶改性木质素磺酸钠的结构表征及吸附特征 219 特征的影响，进一步揭示了漆酶改性对木质素磺酸盐分子构型的影响 1 实验部分 1．1原料与试剂 粗木质素磺酸钠，由吉林石岘纸业有限责任公司提供，来源于杨木酸性亚硫酸法制浆废液，其中 木质素磺酸钠(简称木钠，SL)质量分数约为70％，