曾紅久

摘 要：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)泥炭的堿抽提、酸解后得到腐殖酸鈉原料，在原料中加入亞硫酸鈉，探索腐殖酸鈉磺化改性的工藝參數(shù)，從而分析得出制取高性能腐植酸添加劑的最佳工藝條件。

關(guān)鍵詞：腐植酸;堿抽提;酸解;磺化

磺化反應(yīng)的目的是在腐植酸中引入磺酸基團(tuán)，改善腐植酸的親水性，使其充分體現(xiàn)表面活性劑的特征。常用的磺化劑有H2SO4和Na2S03，使用H2SO4作磺化劑需加入催化劑。其最大的缺點(diǎn)是在反應(yīng)過(guò)程中，隨著溫度的升高、有部分腐植酸碳化，變?yōu)樗蝗芪?，?dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)過(guò)程難于控制。故此次實(shí)驗(yàn)選用Na2SO3作為磺化劑。

1.反應(yīng)原理

本實(shí)驗(yàn)采用在堿性條件下用磺化試劑對(duì)堿抽提后的腐殖酸鈉進(jìn)行磺化改性，使其結(jié)構(gòu)上引入親水性的磺酸基。反應(yīng)方程式如下：

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1操作步驟

腐殖酸鈉的磺化改性：在制得的腐殖酸鈉中加入亞硫酸鈉，在水浴鍋中加熱至適當(dāng)溫度，邊攪拌邊反應(yīng)，至適當(dāng)時(shí)間后停止反應(yīng)，冷卻，干燥，然后對(duì)其進(jìn)行成漿性評(píng)價(jià)及相關(guān)分析。以成漿粘度為考察指標(biāo)。

2.2實(shí)驗(yàn)所需藥品和儀器

本研究所使用的主要藥品是亞硫酸鈉（分析純）和超純水。實(shí)驗(yàn)主要儀器：KDM型電子調(diào)溫電熱套、JJ-1型精密定時(shí)電動(dòng)攪拌機(jī)、SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵、天孚牌JT-10架盤(pán)藥物天平、FA1004電子天平、恒溫式干燥箱和SNB-1旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)。

2.3單因素實(shí)驗(yàn)

（1）磺化劑用量的影響

固定堿性腐殖酸鹽的量為50g，反應(yīng)溫度為50℃，磺化劑的濃度為10%，反應(yīng)2小時(shí)，磺化劑加入量分別為0.4g，0.8g，1.2g。在此情況下探討反應(yīng)物質(zhì)配料比對(duì)產(chǎn)品粘度與產(chǎn)品成漿粘度的影響。

由圖可知，磺化劑用量的增加對(duì)成漿粘度帶來(lái)的影響基本呈下降趨勢(shì)，使粘度降低。在磺化劑用量小于1.2g時(shí)，其用量的增加成漿粘度的降低起顯著作用，當(dāng)用量大于1.2g以后，成漿粘度不再明顯下降，如果磺化劑用量超過(guò)1.5g，成漿粘度將不會(huì)下降多少，故可以確定磺化劑的用量應(yīng)在1.2g左右為宜。

（2）反應(yīng)溫度的影響

固定堿性腐殖酸鹽的量為50g，磺化劑的添加量為1.2g，反應(yīng)2小時(shí)，分別在20℃、40℃，60℃，80℃，100℃的情況下考察了溫度對(duì)產(chǎn)品成漿粘度的影響。

由圖可知，反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品粘度與成漿粘度的影響是：隨著溫度升高，成漿粘度呈下降趨勢(shì)，溫度在低于60℃-80℃時(shí)，粘度隨溫度下降較快，溫度高于60℃-80℃時(shí)，粘度隨溫度變化較慢，在80℃以上時(shí)，粘度基本不再下降，并有上升趨勢(shì)，故確定反應(yīng)的溫度為60℃-80℃。

（3）反應(yīng)時(shí)間的影響

固定堿性腐殖酸鹽的量為50g，反應(yīng)溫度為60℃，磺化劑的添加量為10%，反應(yīng)分別0.5h，lh，1.5h，2h，2.5h的情況下考察了溫度對(duì)產(chǎn)品成漿粘度的影響。

從上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及圖形，可以得出：反應(yīng)時(shí)間確定在60℃-80℃范圍較好。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)可知，磺化改性的工藝參數(shù)影響范圍為：磺化劑的使用量（濃度10%）為1.2g比較適宜，反應(yīng)溫度為60℃-80℃，反應(yīng)時(shí)間為l.5h左右。

2.3正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9（33）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，固定腐殖酸鹽的量為40g，選擇磺化劑與堿性腐殖酸鹽的質(zhì)量比為磺化劑用量A（%）、反應(yīng)時(shí)間為B（h）、反應(yīng)溫度為C（℃），因素選擇的水平見(jiàn)表1。

2.4正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

正交實(shí)驗(yàn)以腐殖酸鹽成漿性能為考察指標(biāo)，隨機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)及處理

結(jié)果顯示，反應(yīng)條件諸因素中對(duì)產(chǎn)率影響大小次序?yàn)椋夯腔瘎┯昧?溫度>反應(yīng)時(shí)間，即磺化劑用量是影響產(chǎn)品性能的主要因素，反應(yīng)時(shí)間和溫度對(duì)產(chǎn)品性能影響較小。最佳反應(yīng)條件優(yōu)組合為：A3C3B1。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)輪與分析

按正交優(yōu)選的結(jié)果，以最優(yōu)工藝條件對(duì)最佳工藝進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2表明，驗(yàn)證工藝中腐殖酸收率均處于較高水平，最佳工藝穩(wěn)定可行。

通過(guò)三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明優(yōu)選出的最佳工藝合理可行，其選擇結(jié)果是可信的。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到了對(duì)腐殖酸鹽進(jìn)行磺化改性工藝過(guò)程的最佳工藝參數(shù)：亞硫酸鈉用量為1.2g，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間為1h。

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