【文献解读】Renew. Sust. Energ. Rev.: 木质素基絮凝剂的研究进展

水资源短缺是困扰世界的最普遍的问题之一。废水再利用是一种解决水资源短缺的有效途径。絮凝技术作为废水处理的前端步骤，因为低成本，操作简单，效率高而得到广泛地应用。如何高效，安全地制备和应用絮凝剂是废水资源再利用关键问题。近些年来，天然高分子基絮凝剂被大量研究。其中，利用工业副产物木质素作为原料制备絮凝剂，对废水再利用和木质素高值化利用均具有重大意义。

近期，北京林业大学高精尖创新中心袁同琦教授研究团队在Renew. Sust. Energ. Rev.上发文，详细地阐述了近些年来木质素基絮凝剂的研究进展，包括木质素基絮凝剂的制备方法，应用时的絮凝机理及其影响因素，以及当前阶段木质素基絮凝剂商业化所面临的机遇与挑战，并展望了木质素基絮凝剂未来的发展方向。

图文导读

作者首先概述了无机絮凝剂，合成有机高分子絮凝剂和天然高分子基絮凝剂的优缺点（Table 1），其中天然高分子基絮凝剂，因为原料可再生，来源广泛，可生物降解和成本低等优点极具研究价值与应用前景。同时，还介绍了一些常见废水的概况（Table 2），这促使絮凝剂的制备和应用更加具有针对性。

木质素是由三种醇单体（对香豆醇、松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物，Fig. 1和Fig. 2分别展示了木质素的结构单元和连接键。复杂的结构使得木质素的絮凝性能难以掌控，同时大多数工业木质素溶解性差，电荷密度低和分子量小，使得它们难以成为高效的絮凝剂。

幸运的是木质素含有丰富的酚羟基，甲氧基和羧基等官能团，这为化学改性提高木质素絮凝能力提供了理论基础。作者系统地总结了可提高木质素絮凝能力的化学改性方法，包括曼尼希反应，磺化反应，羧基化反应，交联反应和接枝共聚反应等。根据废水的类型，可以对木质素进行特定的化学改性，从而更加精准，高效的处理废水。

木质素基絮凝剂处理废水时涉及到的絮凝机制是十分复杂的，通常是由几种絮凝机理协同作用的结果，包括电荷中和，静电补和，架桥和卷扫（Fig.7）。简而言之，废水中的治污颗粒首先在木质素基絮凝剂表面电荷的作用下失稳。然后依靠木质素基絮凝剂的高分子特性，通过桥接作用或卷扫作用将不稳定颗粒聚集成大絮凝体，从而达到固液分离的目的。因此可得知，电荷密度，分子量，水溶性以及分子构象是影响木质素基絮凝剂絮凝能力的关键因素。

此外，作者还分别从制备和应用两个角度探讨了pH值，投剂量，温度，废水初始浓度，处理时间和共存无机离子等因素对木质素基絮凝剂的影响（Fig.8）。尤其是在应用方面，废水的性质和木质素基絮凝剂的絮凝能力都受到这些外部因素的极大影响。充分地了解絮凝机理及其影响因素可高效地引导木质素基絮凝剂的制备和应用。

最后，作者从絮体形态，成本，保质期，毒性和后期污泥处理等方面对木质素基絮凝剂的商业化应用进行了深度剖析，批判性地指出了木质素基絮凝剂当前阶段存在的不足，并对如何改善这些不足之处提出了适当的解决途径。

总结与展望

用制浆和生物炼制的副产物木质素为原料制备絮凝剂，不仅缓解了石化资源日益枯竭，还可以有效地解决了水资源的问题，对可持续性发展具有双重意义。但是，目前木质素基絮凝剂还处于实验室研究阶段，距离商业化应用还有很大的差距。今后关于木质素基絮凝剂的研究应更加注重实际性，动态性和普遍性，并加强对结构-絮凝效果关系的研究。面对日益复杂的污水状况，多功能型木质素基絮凝剂的制备和多种废水处理工艺的协同使用是今后的发展方向。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032120306729?via%3Dihub

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