木质素 羧基木质素

木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。形成纤维支架，具有强化木质纤维的作用。

木质素是由四种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物。木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。其组成与性质比较复杂，并具有极强的活性。不能被动物所消化，在土壤中能转化成腐殖质。如果简单定义木质素的话，可以认为木质素是对羟基肉桂醇类的酶脱氢聚合物。它含有一定量的甲氧基，并有某些特性反应。

木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间， 起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物(纤维素是第一位)。

单体与结构

木质素单体的分子结构

木质素是由四种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物。 

　　木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。木质素是一种含许多负电集团的多环高分子有机物，对土壤中的高价金属离子有较强的亲和力。 

　　因单体不同，可将木质素分为3种类型：由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素（syringyl lignin，S-木质素），由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素（guajacyl lignin，G-木质素）和由对-羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对-羟基苯基木质素（hydroxy-phenyl lignin，H-木质素）；裸子植物主要为愈创木基木质素（G），双子叶植物主要含愈创木基-紫丁香基木质素（G-S），单子叶植物则为愈创木基-紫丁香基-对-羟基苯基木质素（G-S-H）。从植物学观点出发，木质素就是包围于管胞、导管及木纤维等纤维束细胞及厚壁细胞外的物质，并使这些细胞具有特定显色反应（加间苯三酚溶液一滴，待片刻，再加盐酸一滴，即显红色）的物质；从化学观点来看，木质素是由高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的高分子，它与纤维素、半纤维素一起，形成植物骨架的主要成分，在数量上仅次于纤维素。木质素填充于纤维素构架中增强植物体的机械强度，利于输导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。 

　　木质素在木材等硬组织中含量较多，蔬菜中则很少见含有。一般存在于豆类、麦麸、可可、巧克力、草莓及山莓的种子部分之中。其最重要的作用就是吸附胆汁的主要成分胆汁酸，并将其排除体外。 

另外，虽然其详细情况目前尚不得而知，但木质素的构造与多酚非常相似，故此，木质素与多酚应该有密切的关系。总之，二者对于身体都有很好的作用。

随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入 ,天然高分子所具有的可再生、可降解,性等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用 ,是当代经济与社会发展的重大课题 ,也是对当代科学技术提出的新要求。在自然界中 ,木质素的储量仅次于纤维素 ,而且每年都以500 亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约 1.4 亿吨纤维素 ,同时得到 5000万吨左右的木质素副产品,但迄今为止 ,超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉 ,很少得到有效利用。 

　　化石能源的日益枯竭、木质素的丰富储量、木质素科学的飞速发展决定木质素的经济效益的可持续发展性。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂，木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。 

　　研究木质素性能和结构的关系，利用木质素制造可降解、可再生的聚合物。木质素的物化性能和加工性能、工艺成为目前木质素研究的障碍。 

　　Kim JW 等研究了煤与造纸黑液的共液化，他们认为木质素的热解形成苯氧自由基，以及其它反应性自由基在低温下对于煤基有很重要的热解作用。这些自由基是高效的活性中间体，能够使得煤中的亚甲基断裂从而促进煤的解聚。 

　　Akash BA 等研究了煤与木质素共液化动力学。采用伊利诺斯州烟煤与腐蚀性的木质素混合物，反应在初始氢压 1.1 MPa、375°C、四氢萘作溶剂下完成的。煤和木质素混合物液化产品与单独用煤液化得到的产物相比，含较少苯不溶物。排阻色谱研究表明，煤和木质素混合物液化产品平均分子量比用单煤或单木质素液化得到的产品的分子量要低。试验数据表明，在加入木质素后煤的转化率提高了22%，通过研究分析得到了描述化学反应的数学模型。他们对液体产品循环的影响也进行了研究。初步试验表明，随着产品循环的增加，煤总的分解率是减小的。 

　　以上的研究表明，当煤与木质素共液化时，煤的液化温度可降低。而且不同研究者得到的实验结果都表明，与煤单独液化相比，煤与生物质共液化所得到的液化产品质量得到改善，液相产物中低分子量的戊烷可溶物有了增加。产生这些结果的原因可能是木质素的热解形成苯氧自由基，以及其它反应性自由基在低温下对于煤基有很重要的热解作用。当使用含有苯酚类基团的溶剂进行液化时，煤的转化率也有显著增加，虽然国内外对生物质与煤的共液化取得了一定的进展，但还有许多不够深入，以后应着力研究煤与木质素共液化工艺条件，改性生物质与煤液化试验研究、木质素与煤共液化动力学、木质素与煤催化剂的专用高效催化剂方面的研究。 

性质

　　日本的八浜羲和曾对木质素下过这样的定义：木质素是在酸作用下难以水解的相对分子质量较高的物质，主要存在于木质化植物的细胞中，强化植物组织。其化学结构是苯丙烷类结构单元组成的复杂化合物，共有三种基本结构(非缩合型结构)，即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构，分子结构式如图所示， 

木质素单体的分子结构

　　同时含有多种活性官能团，如羟基、羰基、羧基、甲基及侧链结构。其中羟基在木质素中存在较多，以醇羟基和酚羟基两种形式存在，而酚羟基的多少又直接影响到木质素的物理和化学性质，如能反映出木质素的醚化和缩合程度，同时也能衡量木质素的溶解性能和反应能力；在木质素的侧链上，有对羟基安息香酸、香草酸、紫丁香酸、对羟基肉桂酸、阿魏酸等酯型结构存在，这些酯型结构存在于侧链的α位或γ位。在侧链α位除了酯型结构外，还有醚型连接，或作为联苯型结构的碳-碳联结。同酚羟基一样，木质素的侧链结构也直接关系到它的化学反应性。 

对羟苯基结构愈创木基结构紫丁香基结构

　　由于木质素的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、碳基共扼双键等活性基团，因此可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解甲氧基、梭基、光解、酞化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应。其中，又以氧化、酞化、磺化、缩聚和接枝共聚等反应性能在研究木质素的应用中显示着尤为重要的作用，同时也是扩大其应用的重要途径。在此过程中，磺化反应又是木质素应用的基础和前提，到目前为止，木质素的应用大都以木质素磺酸盐的形式加以利用。在亚硫酸盐法生产纸浆的工艺中，正是由于亚硫酸盐溶液与木粉中的原本木质素发生了磺化反应，引进了磺酸基，增加了亲水性，而后这种木质素磺酸盐在酸性蒸煮液中进一步发生水解反应，使与木质素结合着的半纤维素发生解聚，从而使木质素磺酸盐溶出，实现了木质素、纤维素与半纤维素的分离，得到了纸浆，同时也使木质素的应用成为了可能。 

应用

　　利用木质素作为橡胶补强剂的方法，属木质素在橡胶工业中应用的技术领域。其要点是在浓缩的造纸废液中加进甲醛制成木质素甲醛树脂，再按比例加入硫磺、氧化锌、硬脂酸、硫化剂、硫化促进剂、硫化活化剂与橡胶在一定温度下进行硫化。本发明可使橡胶中填充大量木质素仍不需加软化剂，这既节省大量橡胶，又可获得优良性质的硫化胶，同时硫化中不会尘土飞扬污染环境，又使造纸废液变害为利，有着很大的社会和经济效益。 

　　随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入 ,天然高分子所具有的可再生、可降解,性等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用 ,是当代经济与社会发展的重大课题 ,也是对当代科学技术提出的新要求。在自然界中 ,木质素的储量仅次于纤维素 ,而且每年都以500 亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约 1.4 亿吨纤维素 ,同时得到 5000万吨左右的木质素副产品,但迄今为止 ,超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉 ,很少得到有效利用。 

　　化石能源的日益枯竭、木质素的丰富储量、木质素科学的飞速发展决定木质素的经济效益的可持续发展性。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂，木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。 

　　研究木质素性能和结构的关系，利用木质素制造可降解、可再生的聚合物。木质素的物化性能和加工性能、工艺成为目前木质素研究的障碍。 

用途和使用方法

　　主要用途： 

　　1、用作混凝土减水剂：掺水泥重量的0.2-0.3%，可以减少用水量10-15%以上，改善混凝土和易性，提高工程质量。夏季使用，可抑制坍落度损失，一般都与高效减水剂复配使用。 

　　2、用作选矿浮选剂和冶炼矿粉粘结剂，冶炼业用木质素磺酸钙与矿粉混合，制成矿粉球，干燥后放入窑中，可提高冶炼回收率。 

　　3、耐火材料：制造耐火材料砖瓦时，使用木质素磺酸钙做分散剂和粘合剂，能改善操作性能，并有减水、增强、防止龟裂等良好效果。 

　　4、陶瓷：用于陶瓷制品可以降低碳含量增加生坯强度，减少塑性粘土用量，泥浆流动性好，提高成品率70－90%，烧结速度由70分钟减少为40分钟。 

　　5、其它：木质素磺酸钙还可用于精炼助剂，铸造，水煤浆分散剂，农药可湿性粉剂加工，型煤压制，道路、土壤、粉尘的抑制，制革鞣革填料，炭黑造粒，饲料粘合剂等方面。 

　　木质素磺酸钠是阴离子表面活性剂,棕黄色粉末。主要用于分散染料和还原染料的分散和填充，具有良好的分散性、耐热稳定性和高温分散性，助磨效果良好，对纤维沾污轻，对偶氮染料还原性小. 

　　使用方法：1、木质素磺酸钠主要用于分散、还原染料，还可作为酸性染料的稀释剂，颜料分散剂。2、作为高效混凝土减水剂，比木质素磺酸钙性能优越，适于涵洞、堤坝、水库、机场及高速公路等工程.3、用于铅酸蓄电池和碱性蓄电池阴极防缩剂，提高电池的低温急放电容量和使用寿命；用于电镀电解能使镀层均匀，无树状花纹；毛皮工业上作为鞣革剂；锅炉上作为除垢剂；冶金采矿中用于高级浮选剂. 

　　贮存：应注意防潮湿、防雨淋,避免结块，如有结块，粉碎或溶解后不影响使用效果；本产品无毒无害,长期存放不变质,系非易燃易爆危险品. 

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