本發(fā)明涉及造紙黑液中木質(zhì)素提取的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于木材陶瓷電極的造紙黑液粗木質(zhì)素的提取方法及裝置。

背景技術(shù)：

木質(zhì)素是植物中的第二大組分，在制漿造紙過程產(chǎn)生的造紙黑液，其主要成分之一就是被溶解出來的堿木質(zhì)素，在我國每年產(chǎn)生的2億噸黑液中就含有約2000萬噸的堿木質(zhì)素。木質(zhì)素在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的用途，因此，從造紙黑液中提取出木質(zhì)素在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保領(lǐng)域都是具有重大意義的。

現(xiàn)有的提取木質(zhì)素的方法包括如下幾種：

一、酸沉淀法。酸沉淀法也稱酸析法，是目前使用較多的方法之一，其原理是通過加酸調(diào)節(jié)黑液的pH值，使黑液中的鈉木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為氫木質(zhì)素而沉淀析出，經(jīng)過濾、水洗、烘干后得到結(jié)晶狀的粗木質(zhì)素，所使用的酸可以是無機(jī)酸，也可以是有機(jī)酸。

二、超濾法。超濾法是以壓力為推動力的膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過一定孔徑的特制薄膜，而使大分子溶質(zhì)不能透過并留在膜的一邊，從而使得大分子物質(zhì)得到部分的純化?？紤]到木質(zhì)素是分子質(zhì)量為5-50ku的高分子化合物，可使用超濾法從造紙黑液中進(jìn)行提取。

三、絮凝法。由于造紙黑液中存在很多膠體物質(zhì)，在一定條件下具有膠體性質(zhì)，因此可以采用加入木質(zhì)素沉淀劑的方法，使帶負(fù)電荷的木質(zhì)素微粒由沉淀劑的陽離子吸附，從而破壞膠體的穩(wěn)定性，達(dá)到使木質(zhì)素析出沉淀的目的。

四、電凝聚和滲析法。電凝聚法是指在外加電流的作用下，利用鐵或鋁金屬作為犧牲陽極且在電解時發(fā)生溶解，以形成Fe(OH)₂、Al(OH)₃等不溶于水的金屬氧化物活性凝聚體，對液體中的有機(jī)或無機(jī)物可起到凝聚和吸附作用，形成的絮狀顆粒一起沉降并得以分離；也可以采用陽極犧牲較小的鈦金屬做陽極，在電解過程，陽極上可釋放出具有強(qiáng)氧化性的氧氣或氯氣，能使黑液中的有機(jī)物發(fā)生強(qiáng)烈的氧化而分解。

相應(yīng)地，上述四種方法中也都存在一些不足之處，具體如下：

(1)酸沉淀法：需要加入硫酸、磷酸等強(qiáng)酸，且當(dāng)pH達(dá)到2左右才有較好的提取率，不僅添加量大、成本高、存在著殘留酸的二次污染，硫酸還會與黑液中的堿生成鹽類，如硫酸鈉、磷酸鈉等，給黑液的后期處理帶來極大的不便。

(2)超濾法：雖然不用添加強(qiáng)酸，但溶質(zhì)在使用過程中沉積或吸附在超濾膜的表面上，從而導(dǎo)致膜孔被堵塞，致使透過通量大大減少，使用壽命短，雖然可以利用表面活性劑對超濾膜的表面進(jìn)行改性處理，但仍難以達(dá)到理想的狀態(tài)，特別是在長時間、連續(xù)處理的情況下。同時，當(dāng)黑液的濃度較高時，其透過通量更小，極大地影響了提取效率。

(3)絮凝法：在處理過程中需要加入大量的絮凝劑，其中一部分會與黑液中的堿發(fā)生反應(yīng)，而另一部分會溶解在黑液中，雖然其危害不像酸沉淀法那么大，但同樣存在著黑液的后期處理問題，同時提取出的木質(zhì)素中也會或多或少的含有絮凝劑，這也會對木質(zhì)素的后期提純造成麻煩。

(4)電凝聚和滲析：電凝聚法雖然環(huán)保，但均要以犧牲陽極為代價，不僅消耗成本高，也會在黑液中增加新的金屬離子，影響后期處理，而使用金屬鈦?zhàn)鳛殛枠O的方法雖然陽極犧牲較小，但鈦的價格昂貴，提取成本過大，且與之配套使用的滲析法同樣存在膜孔堵塞的問題。

中國專利CN02113761公開了一種電滲式處理造紙黑液并回收堿和木質(zhì)素的方法，其在有負(fù)電極和正電極的直流電源電場的電解室中設(shè)置半透膜，將電解室分隔為負(fù)極側(cè)的電解室和正極側(cè)的電解室，將清水和造紙黑液分別流經(jīng)負(fù)極側(cè)的電解室和正極側(cè)的電解室，獲得從負(fù)極側(cè)的電解室排除的堿液、從正極側(cè)的電解室排除的在處理液，加入氯離子沉淀劑，經(jīng)分離獲得含有木質(zhì)素的有機(jī)物和清水。該發(fā)明通過調(diào)整電流的大小使黑液由堿性變?yōu)橹行曰蛉跛嵝?，并加入沉淀劑?shí)現(xiàn)木質(zhì)素的析出，沒有解決木質(zhì)素后期提純的問題，成本也依然很高。

中國專利CN99106161公開了一種采用電解加氫工藝從造紙黑液中制備氫化木質(zhì)素的方法，其在隔離式電解槽中，用泡沫Pb作陰極、Pt作陽極、飽和甘汞電機(jī)作參考電極，以N，N二甲基甲酰胺和乙醇作電解溶劑、水作供氫溶劑、四丁基溴化銨作支持電解質(zhì)，對木質(zhì)素進(jìn)行電解加氫。本發(fā)明不需要催化劑，增加了碳?xì)浔龋档土藲浠举|(zhì)素的軟化點(diǎn)，但是用到的溶劑過多，成本很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述方法中存在的純度差、效率低、消耗成本高、使用壽命短、廢液難處理的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種簡單實(shí)用、成本低廉、可重復(fù)使用且無需引入其他物質(zhì)的從造紙黑液中提取木質(zhì)素的方法及裝置。

木材陶瓷，是一種新型的環(huán)境材料，是由浸漬了熱固性物質(zhì)的木材或其它生物質(zhì)材料經(jīng)真空碳化而成。木材陶瓷具有良好的熱學(xué)、電、磁學(xué)特性，在低溫(150℃以下)條件下強(qiáng)度高、比表面積大、抗氧化性好、耐腐蝕性強(qiáng)，可用作超級電極材料、儲能材料、耐腐蝕材料和高溫過濾材料等。

一種基于木材陶瓷電極的造紙黑液粗木質(zhì)素的提取方法，在電解槽的陽極室和陰極室中分別設(shè)置多孔木材陶瓷材料作為陽極、設(shè)置石墨材料作為陰極，將黑液和清水分別注入陽極室和陰極室，在直流電源條件下電解，從陽極室的多孔木材陶瓷材料上得到木質(zhì)素。

優(yōu)選地，所述電解槽在陽極室和陰極室之間增設(shè)有緩沖室，且分別通過設(shè)置多孔陶瓷過濾板和陽離子交換膜將緩沖室與陽極室和陰極室隔開。經(jīng)過多孔陶瓷過濾板的初濾作用，陽離子交換膜上出現(xiàn)的雜質(zhì)堵塞情況大大減少。

優(yōu)選地，在電解初期向陰極室中加入NaOH以增加導(dǎo)電性，使得陰極室中初始NaOH溶液的濃度達(dá)0.1mol/L-0.2mol/L。

優(yōu)選地，在所述緩沖室中設(shè)置有超聲波換能器，在電解過程中每隔一段時間就開啟一次超聲波換能器，以保證多孔陶瓷過濾板和陽離子交換膜的孔隙暢通。

優(yōu)選地，所使用的直流電源的電壓不超過36V。

一種基于木材陶瓷電極的造紙黑液粗木質(zhì)素的提取裝置，括用于容置黑液的陽極室以及用于容置清水和NaOH溶液的陰極室，所述陽極室和陰極室均設(shè)有密封蓋和設(shè)置在密封蓋上的導(dǎo)氣孔，且在所述陽極室內(nèi)設(shè)置有作為陽極的多孔木材陶瓷材料、在所述陰極室內(nèi)設(shè)置有作為陰極的石墨材料，所述陽極室還包括與其連通的黑液注入管道與閥門和稀黑液導(dǎo)出管道與閥門，所述陰極室還包括與其連通的清水注入管道與閥門和NaOH回收管道與閥門。

優(yōu)選地，在所述陽極室和陰極室之間設(shè)置有一個緩沖室，且所述緩沖室通過多孔陶瓷過濾板和陽離子交換膜分別與陽極室和陰極室隔開，所述緩沖室包括與其連通的緩沖室廢液導(dǎo)出管道與閥門。

優(yōu)選地，所述多孔陶瓷過濾板的孔徑為0.2μm-0.5μm，所述陽離子交換膜的孔徑為0.05μm-0.1μm。

優(yōu)選地，在所述緩沖室內(nèi)還設(shè)置有超聲波換能器。

優(yōu)選地，所述提取裝置為兩套或兩套以上相互串聯(lián)使用，通過將前一套提取裝置中的稀黑液導(dǎo)出管道與閥門和后一套提取裝置中的黑液注入管道與閥門相連接以實(shí)現(xiàn)對黑液的多遍處理，從而獲得較高的木質(zhì)素提取率和NaOH溶液回收率。

在造紙黑液中含有大量的鈉木質(zhì)素和氫氧根離子。在電解過程中，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氧氣和氫離子，而導(dǎo)致陽極區(qū)的pH值降低，鈉木質(zhì)素在酸性環(huán)境中會發(fā)生凝聚與沉淀，同時產(chǎn)生游離的鈉離子；由于溶解在黑液中的鈉木質(zhì)素帶有負(fù)電荷，其會在電場的作用下向陽極移動，鈉木質(zhì)素在得到電子后沉積在陽極的表面及附近，這樣就可以實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素和黑液的分離。與此同時，陰極室發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣和氫氧根離子，陽極區(qū)的鈉離子在直流電場的作用下向陰極區(qū)移動和聚集，與被陽離子交換膜阻隔在陰極區(qū)的氫氧根離子結(jié)合并生成可被回收的NaOH。

在整個電解槽中，鈉離子可透過多孔陶瓷過濾板和陽離子交換膜向緩沖室和陰極室移動，而大分子物質(zhì)(污染物)則被陶瓷過濾板隔離在陽極室，減少了陽離子交換膜的空孔堵塞。同時為了充分保證多孔陶瓷過濾板和陽離子交換膜的孔隙暢通，在緩沖室中安裝了超聲波換能器，可通過超聲波的振動及時清理吸附和沉積在多孔陶瓷過濾板與陽離子交換膜上的物質(zhì)。所述超聲波換能器可根據(jù)需要隨時啟動，不會與電解過程發(fā)生沖突，既可以在陽極吸附木質(zhì)素的期間工作，也可以在取出陽極收集木質(zhì)素的期間工作。

上述提取原理參見圖1，且電解過程的電極反應(yīng)式如下：

陽極區(qū)：

2H₂O-4e^-→O₂↑+4H⁺

nH⁺+nRONa→nNa⁺+nROH(木質(zhì)素析出)

mH⁺+mRCOONa→mNa⁺+mRCOOH(有機(jī)酸)

陰極區(qū)：

2H₂O+2e^-→H₂↑+OH^-

OH^-+Na⁺(陽極遷入)→NaOH(回收)

綜上所述，黑液中的木質(zhì)素被分離提取，部分水被電解而得到氧氣和氫氣，NaOH溶液在陰極區(qū)被濃縮回收。與此同時，陽極區(qū)由于陽極的氧化作用和陽極反應(yīng)所生成的初生態(tài)氧的氧化作用，可氧化分解陽極區(qū)的部分有機(jī)物(即黑液中可被氧化降解的污染物)，同時因木質(zhì)素的析出及有機(jī)物的氧化分解，使陽極區(qū)流出的廢液的COD值、色度等均有一定程度的降低，減輕了環(huán)境污染。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下有益效果：

1、本發(fā)明在提取的過程中無需添加酸或其他化學(xué)試劑，沒有二次污染，在降低成本的同時，也利于對電解廢液的后期處理和木質(zhì)素的提純；

2、本發(fā)明使用木材陶瓷作為陽極，其原材料來源廣泛、制作工藝簡單、且價格低廉，同時因為不會產(chǎn)生陽極消耗，在降低成本的同時，還避免了消耗陽極所帶來的二次污染，也減少了膜孔堵塞的問題，即使是木材陶瓷電極板在使用過程中有所損壞，拆裝下來的電極板還可作為鍋爐燃料處理；

3、由于所使用的木材陶瓷材料具有多孔性，擁有巨大的比表面積，且孔隙結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，這極大地提高了電解的效率和木質(zhì)素的提取效率；

4、由于使用了多孔陶瓷過濾板并用超聲波進(jìn)行清洗，不僅在使用壽命上比聚合物膜長，還可減少和降低堵塞的情況，即使被堵塞，換下來的陶瓷過濾板還可以在馬弗爐中燒結(jié)后重復(fù)使用，可極大地降低成本；

5、提取過程全程無污染，黑液能得到充分利用，除了需要的木質(zhì)素之外，陽極產(chǎn)生的氧氣、陰極生產(chǎn)的氫氣和NaOH都被充分回收。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1是本發(fā)明中提取方法的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明中提取裝置的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1容置黑液的陽極室，2容置清水和NaOH溶液的陰極室，3緩沖室，4多孔陶瓷過濾板，5陽離子交換膜，6密封蓋，7氣體導(dǎo)出管，8超聲波換能器；11多孔木材陶瓷片，12黑液注入管道與閥門，13稀黑液導(dǎo)出管道與閥門，14鈦合金電極夾，21石墨片，22清水注入管道與閥門，23NaOH回收管道與閥門，24不銹鋼電極夾，31緩沖室廢液導(dǎo)出管道與閥門。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1和圖2，一種基于木材陶瓷電極的造紙黑液粗木質(zhì)素的提取裝置，包括用于容置黑液的陽極室1以及用于容置清水和NaOH溶液的陰極室2，所述陽極室1和陰極室2均設(shè)有密封蓋6和氣體導(dǎo)出管7，且在所述陽極室1內(nèi)設(shè)置有作為陽極的多孔木材陶瓷片11、在所述陰極室2內(nèi)設(shè)置有作為陰極的石墨片21，所述陽極室1還包括與其連通的黑液注入管道與閥門12和稀黑液導(dǎo)出管道與閥門13，所述陰極室2還包括與其連通的清水注入管道與閥門22和NaOH回收管道與閥門23。

在所述陽極室1和陰極室2之間設(shè)置有一個緩沖室3，且所述緩沖室3通過多孔陶瓷過濾板4和陽離子交換膜5分別與陽極室1和陰極室2隔開，所述緩沖室3包括與其連通的緩沖室廢液導(dǎo)出管道與閥門31，在所述緩沖室3內(nèi)還設(shè)置有超聲波換能器8。

所述多孔陶瓷過濾板4的孔徑為0.2μm，所述陽離子交換膜5的孔徑為0.05μm。

所述多孔木材陶瓷片11通過鈦合金電極夾14與外接電路連接，所述石墨片21通過不銹鋼電極夾24與外接電路連接。由于黑液中含有大量的堿性物質(zhì)，用于連接陽極的電極夾很容易發(fā)生氧化反應(yīng)而腐蝕，所以選用鈦合金材料，而用于連接陰極的電極夾不易發(fā)生氧化反應(yīng)，故采用價格低廉的不銹鋼即可。

一般來說，在高電壓和大電流的狀態(tài)下木質(zhì)素集聚的速度更快些，這樣收集木質(zhì)素所花費(fèi)的時間相對較短，但電極的發(fā)熱量增大，不僅浪費(fèi)大量的電能，還會導(dǎo)致陽極更容易出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，加之考慮到要經(jīng)常暴露陽極以收集木質(zhì)素，所以所述提取裝置使用的是36V以下的低壓電源，且優(yōu)選為12-24V。

當(dāng)木材陶瓷本身的密度降低時，其比表面積增加，在電解過程中的電子傳輸能力提升，即對木質(zhì)素的吸附能力增加，因此也要增加陰極室中石墨片的數(shù)量以適應(yīng)木材陶瓷電極的電子傳輸能力的增加；但也不是密度越低越好，太低的密度會影響到電極本身的強(qiáng)度，進(jìn)而影響其使用壽命，故而應(yīng)選取合適密度的多孔木材陶瓷片作為陽極。

實(shí)施例1

(1)選用孔徑為0.2μm的多孔陶瓷過濾板4和孔徑為0.05μm的陽離子交換膜5，用螺栓和硅膠密封圈密封以防止液體滲漏；

(2)將陽極室1和陰極室2的頂部均用密封蓋6進(jìn)行密封，且在密封蓋上分別鉆有Φ30mm的導(dǎo)氣孔和電極插入孔，將外徑為Φ30mm的氣體導(dǎo)出管7插入密封蓋6的導(dǎo)氣孔中，用生料帶或密封膠密封，且使得兩個氣體導(dǎo)出管7分別與兩個氣體收集器連通；

(3)將1片規(guī)格為300mm×150mm×20mm、密度為0.7g/cm³的多孔木材陶瓷片11與1片規(guī)格為300mm×150mm×20mm的石墨片21分別用鈦合金夾具14和不銹鋼夾具24夾緊，并穿過電極插入孔分別設(shè)置于陽極室1和陰極室2中，用生料帶或密封膠密封；

(4)在緩沖室3的底部安裝功率為300W、頻率為24kHz的超聲波換能器8；

(5)黑液經(jīng)由黑液注入管道與閥門12注入到陽極室1中，保持黑液液面與鈦合金夾具14間的豎直距離為3cm(確保二者不接觸)，清水經(jīng)由清水注入管道與閥門22注入陰極室2中，通過液體的滲透作用確保陽極室1、陰極室2和緩沖室3內(nèi)的液面平齊，在陰極室2中加入NaOH，使得陰極室2中NaOH溶液的濃度達(dá)0.1mol/L；

(6)將連接多孔木材陶瓷片11的導(dǎo)線與低壓直流電源的正極連接，將連接石墨片21的導(dǎo)線與低壓直流電源的負(fù)極連接；

(7)接通電源，開始電解，電解電壓為24V，電流為2A，在電解過程中每隔20min開啟一次超聲波換能器8，時間為5min，清洗中間的多孔陶瓷過濾板4和陽離子交換膜5以防止堵塞，每隔40min將多孔木材陶瓷片11取出，以收集附著在其表面的木質(zhì)素；

(8)重復(fù)步驟(7)三次，同時注意控制黑液液面，在液面降低時補(bǔ)充黑液和清水；

(9)當(dāng)木質(zhì)素提取結(jié)束后，打開陽極室1底部的稀黑液導(dǎo)出管道與閥門13將廢液放出，再通過黑液注入管道與閥門12重新注入黑液，并重復(fù)上述步驟(7)和步驟(8)，同時通過陰極室2底部的NaOH回收管道與閥門23回收NaOH溶液；

(10)經(jīng)過大約10次的提取后，緩沖室中的溶液變稠，可由緩沖室廢液導(dǎo)出管道與閥門31導(dǎo)出。

實(shí)施例2

(1)選用孔徑為0.2μm的多孔陶瓷過濾板4和孔徑為0.05μm的陽離子交換膜5，用螺栓和硅膠密封圈密封以防止液體滲漏；

(2)將陽極室1和陰極室2的頂部均用密封蓋6進(jìn)行密封，且在密封蓋上分別鉆有Φ30mm的導(dǎo)氣孔和電極插入孔，將外徑為Φ30mm的氣體導(dǎo)出管7插入密封蓋6的導(dǎo)氣孔中，用生料帶或密封膠密封，且使得兩個氣體導(dǎo)出管7分別與兩個氣體收集器連通；

(3)將1片規(guī)格為300mm×150mm×20mm、密度為0.6g/cm³的多孔木材陶瓷片11與2片規(guī)格為300mm×150mm×20mm的石墨片21分別用鈦合金夾具14和不銹鋼夾具24夾緊，并穿過電極插入孔分別設(shè)置于陽極室1和陰極室2中，用生料帶或密封膠密封；

(4)在緩沖室3的底部安裝功率為500W、頻率為26kHz的超聲波換能器8；

(5)黑液經(jīng)由黑液注入管道與閥門12注入到陽極室1中，保持黑液液面與鈦合金夾具14間的豎直距離為3cm(確保二者不接觸)，清水經(jīng)由清水注入管道與閥門22注入陰極室2中，通過液體的滲透作用確保陽極室1、陰極室2和緩沖室3內(nèi)的液面平齊，在陰極室2中加入NaOH，使得陰極室2中NaOH溶液的濃度達(dá)0.2mol/L；

(6)將連接多孔木材陶瓷片11的導(dǎo)線與低壓直流電源的正極連接，將連接石墨片21的導(dǎo)線與低壓直流電源的負(fù)極連接；

(7)接通電源，開始電解，電解電壓為20V，電流為1.5A，在電解過程中每隔25min開啟一次超聲波換能器8，時間為5min，清洗中間的多孔陶瓷過濾板4和陽離子交換膜5以防止堵塞，每隔50min將多孔木材陶瓷片11取出，以收集附著在其表面的木質(zhì)素；

(8)重復(fù)步驟(7)三次，同時注意控制黑液液面，在液面降低時補(bǔ)充黑液和清水；

(9)當(dāng)木質(zhì)素提取結(jié)束后，打開陽極室1底部的稀黑液導(dǎo)出管道與閥門13將廢液放出，再通過黑液注入管道與閥門12重新注入黑液，并重復(fù)上述步驟(7)和步驟(8)，同時通過陰極室2底部的NaOH回收管道與閥門23回收NaOH溶液；

(10)經(jīng)過大約10次的提取后，緩沖室中的溶液變稠，可由緩沖室廢液導(dǎo)出管道與閥門31導(dǎo)出。

實(shí)施例3

(1)選用孔徑為0.2μm的多孔陶瓷過濾板4和孔徑為0.05μm的陽離子交換膜5，用螺栓和硅膠密封圈密封以防止液體滲漏；

(2)將陽極室1和陰極室2的頂部均用密封蓋6進(jìn)行密封，且在密封蓋上分別鉆有Φ30mm的導(dǎo)氣孔和電極插入孔，將外徑為Φ30mm的氣體導(dǎo)出管7插入密封蓋6的導(dǎo)氣孔中，用生料帶或密封膠密封，且使得兩個氣體導(dǎo)出管7分別與兩個氣體收集器連通；

(3)將1片規(guī)格為300mm×150mm×20mm、密度為0.5g/cm³的多孔木材陶瓷片11與3片規(guī)格為300mm×150mm×20mm的石墨片21分別用鈦合金夾具14和不銹鋼夾具24夾緊，并穿過電極插入孔分別設(shè)置于陽極室1和陰極室2中，用生料帶或密封膠密封；

(4)在緩沖室3的底部安裝功率為500W、頻率為28kHz的超聲波換能器8；

(5)黑液經(jīng)由黑液注入管道與閥門12注入到陽極室1中，保持黑液液面與鈦合金夾具14間的豎直距離為3cm(確保二者不接觸)，清水經(jīng)由清水注入管道與閥門22注入陰極室2中，通過液體的滲透作用確保陰極室2的液面比陽極室1的液面低3-5cm，在陰極室2中加入NaOH，使得陰極室2中NaOH溶液的濃度達(dá)0.1mol/L；

(6)將連接多孔木材陶瓷片11的導(dǎo)線與低壓直流電源的正極連接，將連接石墨片21的導(dǎo)線與低壓直流電源的負(fù)極連接；

(7)接通電源，開始電解，電解電壓為16V，電流為1A，在電解過程中每隔30min開啟一次超聲波換能器8，時間為5min，清洗中間的多孔陶瓷過濾板4和陽離子交換膜5以防止堵塞，每隔60min將多孔木材陶瓷片11取出，以收集附著在其表面的木質(zhì)素；

(8)重復(fù)步驟(7)兩次，同時注意控制黑液液面，在液面降低時補(bǔ)充黑液和清水；

(9)當(dāng)木質(zhì)素提取結(jié)束后，打開陽極室1底部的稀黑液導(dǎo)出管道與閥門13將廢液放出，再通過黑液注入管道與閥門12重新注入黑液，并重復(fù)上述步驟(7)和步驟(8)，同時通過陰極室2底部的NaOH回收管道與閥門23回收NaOH溶液；

(10)經(jīng)過大約10次的提取后，緩沖室中的溶液變稠，可由緩沖室廢液導(dǎo)出管道與閥門31導(dǎo)出。

上述三個實(shí)施例中的相關(guān)參數(shù)以及電解完成后的具體數(shù)據(jù)，見下表1。

表1

從表1中可以看出，采用本發(fā)明提供的提取方法和裝置，不僅可以有效地對黑液中的木質(zhì)素進(jìn)行提取，而且還能回收大部分的NaOH、降低COD值，在實(shí)現(xiàn)對黑液再利用的同時減輕了環(huán)境污染。另外，在考慮安全和成本的條件下，電解時的電流與電壓越大，木質(zhì)素的提取速度就越快，最終提取出的木質(zhì)素的量也越大，下降的COD值和堿回收率也相應(yīng)增大。

實(shí)施例4

將2套實(shí)施例1中的提取裝置串聯(lián)，即將前一套提取裝置中的稀黑液導(dǎo)出管道與閥門13和后一套提取裝置中的黑液注入管道與閥門12相連接，使得陽極室1中電解后的殘液被輸入到第2套相同的裝置中，同時在該套裝置的陰極室1內(nèi)加入相當(dāng)于殘液質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的清水，再次進(jìn)行電解。通過上述操作，能夠最大程度的提取木質(zhì)素以及回收NaOH，且能使COD值大幅度下降，具體數(shù)據(jù)如下：

(1)黑液中粗木質(zhì)素的提取率可達(dá)93.2％左右，其中含純木質(zhì)素達(dá)88.9％；

(2)體積為1m³的黑液中能提取出12～16kg粗木質(zhì)素，能耗為8.7kwh/kg；

(3)COD下降83.9％；

(4)堿回收率達(dá)86.7％；

經(jīng)過2次電解后的殘液經(jīng)加壓超濾處理后可滿足直接排放的標(biāo)準(zhǔn)，減少了后續(xù)排放處理的環(huán)節(jié)，既環(huán)保又降低了成本。

對比實(shí)施例1——用鈦金屬網(wǎng)板代替多孔木材陶瓷片作為陽極

(1)選用孔徑為0.2μm的多孔陶瓷過濾板4和孔徑為0.05μm的陽離子交換膜5，用螺栓和硅膠密封圈密封以防止液體滲漏；

(2)將陽極室1和陰極室2的頂部均用密封蓋6進(jìn)行密封，且在密封蓋上分別鉆有Φ30mm的導(dǎo)氣孔和電極插入孔，將外徑為Φ30mm的氣體導(dǎo)出管7插入密封蓋6的導(dǎo)氣孔中，用生料帶或密封膠密封，且使得兩個氣體導(dǎo)出管7分別與兩個氣體收集器連通；

(3)將1片規(guī)格為300mm×150mm×1.5mm、網(wǎng)格規(guī)格為2mm×3mm的鈦金屬網(wǎng)板與1片規(guī)格為300mm×150mm×20mm的石墨片21分別用鈦合金夾具14和不銹鋼夾具24夾緊，并穿過電極插入孔分別設(shè)置于陽極室1和陰極室2中，用生料帶或密封膠密封；

(4)在緩沖室3的底部安裝功率為300W、頻率為24kHz的超聲波換能器8；

(5)黑液經(jīng)由黑液注入管道與閥門12注入到陽極室1中，保持黑液液面與鈦合金夾具14間的豎直距離為3cm(確保二者不接觸)，清水經(jīng)由清水注入管道與閥門22注入陰極室2中，通過液體的滲透作用確保陽極室1、陰極室2和緩沖室3內(nèi)的液面平齊，在陰極室2中加入NaOH，使得陰極室2中NaOH溶液的濃度達(dá)0.1mol/L；

(6)將連接鈦金屬網(wǎng)板的導(dǎo)線與低壓直流電源的正極連接，將連接石墨片21的導(dǎo)線與低壓直流電源的負(fù)極連接；

(7)接通電源，開始電解，電解電壓為24V，電流為2A，每間隔20min開啟一次超聲波換能器8，時間為5min，清洗中間的多孔陶瓷過濾板4和陽離子交換膜5以防止堵塞，每間隔120min將鈦金屬網(wǎng)板取出，以收集附著在其表面的木質(zhì)素；

(8)重復(fù)步驟(7)三次，同時注意控制黑液液面，在液面降低時補(bǔ)充黑液和清水；

(9)當(dāng)木質(zhì)素提取結(jié)束后，打開陽極室1底部的稀黑液導(dǎo)出管道與閥門13將廢液放出，再通過黑液注入管道與閥門12重新注入黑液，并重復(fù)上述步驟(7)和步驟(8)，同時通過陰極室2底部的NaOH回收管道與閥門23回收NaOH溶液；

(10)經(jīng)過大約10次的提取后，緩沖室中的溶液變稠，可由緩沖室廢液導(dǎo)出管道與閥門31導(dǎo)出。

將對比實(shí)施例1和實(shí)施例1中的相關(guān)參數(shù)以及電解完成后的具體數(shù)據(jù)填入表2。

表2

從表2中可以看出，在提取相同質(zhì)量木質(zhì)素的情況下，對比實(shí)施例1所消耗的時間以及平均能耗均遠(yuǎn)大于實(shí)施例1；因此，用鈦金屬網(wǎng)板作為陽極來進(jìn)行木質(zhì)素電解提取的方法實(shí)用性差，存在提取效率低、平均能耗大的缺陷。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的任何改進(jìn)或等同替換，直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均應(yīng)包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。