木质素磺酸盐主要来源于酸法制浆废液或碱法制浆废液的磺化产物,其结构中苯环和侧链上含有的活性基团如羟基、羧基和磺酸基等,均可作为与金属离子络合的位点,形成木质素-金属离子螯合物,在水处理剂、螯合肥料(微肥)、离子交换树脂等领域有广阔的发展前景。研究表明,木质素及其衍生物对金属阳离子(如Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+、Fe2+、Fe3+等)有一定的络合能力。木质素及其衍生物的来源、分子结构以及溶液环境,对其络合性能的均有一定影响,而适当的化学改性有利于改善其络合性能。本论文首先研究了不同制浆方式和植物来源、酚羟基和磺酸基含量的变化、溶液离子强度等对木质素磺酸钠(简称木钠)金属离子络合性能的影响;还通过多种表征手段(如红外光谱,原子吸收光谱,水相电位滴定,凝胶渗透色谱等),较为系统的研究了过氧化氢氧化改性和一氯乙酸羧甲基化改性对磺化碱木质素分子结构及其金属离子络合性能产生的影响。研究可为深化木质素及其衍生物络合性能的认识和优化改性工艺的工作提供理论基础数据。研究表明,木钠对所研究金属离子的络合能力强弱排列如下:Cu2+>Zn2+>Fe2+>Mn2+。与来源于酸法制浆废液的木钠相比,磺化木质素(尤其是磺化酶解木质素)的金属离子络合能力较强,且松木为较好的植物来源。但磺化度的变化对络合性能影响较小。采用环氧氯丙烷封端改性降低磺化碱木质素分子中的酚羟基含量,研究酚羟基对其络合性能的影响。发现封端改性可促进分子间发生交联,增大其分子量和多分散性,对羧基含量也有一定的降低作用,产物对Zn2+、Cu2+、Mn2+的络合性能明显降低,其中Zn2+、Mn2+的变化幅度超过88%,对Fe2+的络合性能则基本不变。说明酚羟基和羧基是Zn2+和Mn2+,而不是Fe2+的主要络合位点。随着溶液离子强度的增大,无机盐对磺化碱木质素分子表面电荷的离子屏蔽效应增强,磺化碱木质素分子表面所携带的负电荷量随溶液离子强度的增大而线性下降,分子构型卷曲,使Zn2+、Cu2+在磺化碱木质素上的络合量降低。以过氧化氢为氧化剂对磺化碱木质素进行氧化改性,产物中木质素含量降低而分子量和多分散性升高,说明氧化过程中分子间聚合趋势较为显著,同时伴随微弱的降解反应;氧化后磺化碱木质素酚羟基含量降低而羧基含量增加,对Zn2+、Cu2+离子络合性能明显提高,但对Mn2+的络合能力降低。通过正交实验发现,影响过氧化氢氧化产物络合性能的反应因素主次顺序为:反应温度>过氧化氢用量>p H,优化的工艺条件为:磺化碱木质素质量浓度为25%,反应温度70℃,过氧化氢用量19.2%,体系p H=8。优化工艺下得到的改性产物对Zn2+的络合性能比改性前增大32.19%,对Cu2+的络合性能涨幅达12.96%。一氯乙酸羧甲基化改性可提高磺化碱木质素对Zn2+的络合性能。随着一氯乙酸用量或氢氧化钠用量的增大,产物分子量增大,酚羟基含量先下降后回升,羧基含量先增后降;产物对Zn2+络合性能也是先增大后减小,与其羧基含量的变化规律一致。在原料浓度为30%,一氯乙酸用量为50%,氢氧化钠用量为60%、反应温度80℃,反应时间2 h的优化工艺条件下,羧甲基化改性产品对Zn2+的络合性能可提高38.3%。过氧化氢氧化改性及一氯乙酸羧甲基化改性改变了磺化碱木质素的分子结构及金属离子络合能力。综合分析可知,羧基含量的增加利于提高磺化碱木质素的Zn2+、Cu2+络合容量。羧基和酚羟基等官能团含量相近时,分子量较小,分子大小较均一的产品表现出更好的络合性能,过氧化氢氧化改性是较适宜的制备木钠金属离子络合剂的方法。