木素基多用途肥料.pdf

描述了用于将来自木材制浆工业的废物流转化为高价值肥料的方法。例如，可将分离的木素和木素磺酸盐或包含木素和木素磺酸盐的废物流转化为羟甲基衍生物，并利用另外的试剂进行处理以产生控释肥料、水凝胶肥料和土壤稳定剂。

权利要求书
1.  制备控释肥料的方法，所述方法包括将木素基材料与包括氮基化合 物的羟甲基的至少一种试剂相接触以产生包括所述控释肥料的混合物。

2.  如权利要求1所述的方法，其中所述木素基材料是羟甲基木素或羟 甲基木素磺酸盐，或其组合。

3.  如权利要求1所述的方法，其中所述木素基材料具有每木素单元约 1个至约4个羟甲基基团。

4.  如权利要求1所述的方法，其中所述氮基化合物的羟甲基选自羟甲 基脲；线性脲甲醛的羟甲基；羟甲基缩二脲；聚脲的羟甲基；在来自二羟 基脲的羟甲基胺共反应物的存在下，聚脲甲醛的羟甲基；在来自二羟基脲 的羟甲基胺共反应物存在下，聚脲的羟甲基；聚氨基酸盐的羟甲基；硫酸 软骨素的羟甲基；软骨素的羟甲基；氨基酸盐的羟甲基；聚氨基酸的羟甲 基；二羟甲基聚脲；三羟甲基聚脲；四羟甲基聚脲；低聚羟甲基聚脲；二 羟甲基聚脲甲醛；三羟甲基聚脲甲醛；四羟甲基聚脲甲醛；低聚羟甲基聚 脲甲醛；二羟甲基脲；三羟甲基脲；四羟甲基脲；低聚羟甲基脲；二羟甲 基聚丙烯酰胺；三羟甲基聚丙烯酰胺；四羟甲基聚丙烯酰胺；低聚羟甲基 聚丙烯酰胺；聚氨基酸盐缩合物的二羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的三羟甲 基；聚氨基酸盐缩合物的三羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的四羟甲基；聚氨 基酸盐缩合物的低聚羟甲基；氨基酸的二羟甲基；氨基酸的三羟甲基；氨 基酸的四羟甲基；氨基酸的低聚羟甲基；硫酸软骨素的二羟甲基；硫酸软 骨素的三羟甲基；硫酸软骨素的四羟甲基；硫酸软骨素的低聚羟甲基；软 骨素的二羟甲基；软骨素的三羟甲基；软骨素的四羟甲基；软骨素的低聚 羟甲基；二羟甲基缩二脲；三羟甲基缩二脲；四羟甲基缩二脲；低聚羟甲 基缩二脲；二羟甲基丙烯酰胺；或其组合。

5.  如权利要求1所述的方法，其中所述至少一种试剂还包括交联剂， 所述交联剂选自异氰酸盐封端的多元醇；聚羟基羧酸；聚氨基酸；软骨素； 硫酸软骨素，或其组合。

6.  如权利要求1所述的方法，其中所述木素基材料与所述至少一种试 剂的摩尔比率基于所述木素基材料中的羟甲基基团的数目与所述至少一 种试剂中的羟甲基基团的数目为约1:1至约1:1.2。

7.  如权利要求1所述的方法，其中所述木素基材料与所述至少一种试 剂的摩尔比率基于所述木素基材料中的羟甲基基团的数目与所述至少一 种试剂中的羟甲基基团的数目为约1:1。

8.  如权利要求1所述的方法，其中所述木素基材料与所述至少一种试 剂的接触在约50℃至约70℃下发生，持续约60分钟至约90分钟。

9.  如权利要求1所述的方法，其中所述木素基材料与所述至少一种试 剂的接触在约60℃下发生，持续约1小时。

10.  如权利要求1所述的方法，还包括：
冷却包括所述控释肥料的所述混合物；
过滤所述冷却的混合物；
干燥所述过滤的混合物以产生固体；和
研磨所述固化的混合物。

11.  如权利要求10所述的方法，还包括筛选所述研磨的固化的混合物。

12.  如权利要求1所述的方法，其中所述氮基化合物的羟甲基通过将 至少一种前体化合物羟甲基化来制备，所述至少一种前体化合物包括脲、 缩二脲、聚脲、聚脲甲醛、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、软骨素、硫酸软骨素、 氨基酸、氨基酸盐、或其任意组合。

13.  如权利要求12所述的方法，包括：
使所述至少一种前体化合物与甲醛，在约1:2.5的比率，在约9至约 10的pH下和在约60℃至约65℃的温度下，接触约2至约3小时，以产生 包括所述氮基化合物的羟甲基的混合物。

14.  如权利要求13所述的方法，进一步包括：
使包括所述氮基化合物的羟甲基的混合物冷却至约0℃至约5℃的温 度；
在约0℃至约10℃的温度下，用预冷却的磷酸、氨基羧酸、羟基羧酸 中和所述冷却的混合物；和
在减压下干燥所述中和的混合物，以产生所述氮基化合物的羟甲基。

15.  如权利要求1所述的方法，进一步包括将一定量的表面活性剂加 入至所述包括控释肥料的混合物中。

16.  如权利要求15所述的方法，其中所述表面活性剂是木素基表面活 性剂。

17.  如权利要求16所述的方法，其中所述木素基表面活性剂是木素羧 酸盐、木素磺化羧酸盐、木素乙醇胺、木素磺酸盐乙醇胺、木素葡糖苷、 木素磺酸盐葡糖苷、木素氨基酸或木素磺酸盐氨基酸。

18.  如权利要求15所述的方法，其中所述表面活性剂的量为约2至约 5重量百分比。

19.  制备水凝胶控释肥料的方法，所述方法包括使木素基材料与至少 一种试剂接触，以产生包括水凝胶控释肥料的混合物，其中所述至少一种 试剂包括氮基化合物的羟甲基、交联剂、水凝胶形成物质，或其组合。

20.  如权利要求19所述的方法，其中所述木素基材料是羟甲基木素或 羟甲基木素磺酸盐，或其组合。

21.  如权利要求19所述的方法，其中所述木素基材料具有每木素单元 约1个至约4个羟甲基基团。

22.  如权利要求19所述的方法，其中所述氮基化合物的羟甲基选自羟 甲基脲；线性脲甲醛的羟甲基；羟甲基缩二脲；聚脲的羟甲基；在来自二 羟基脲的羟甲基胺共反应物的存在下，聚脲甲醛的羟甲基；在来自二羟基 脲的羟甲基胺共反应物的存在下，聚脲的羟甲基；聚氨基酸盐的羟甲基； 硫酸软骨素的羟甲基；软骨素的羟甲基；氨基酸盐的羟甲基；聚氨基酸的 羟甲基；二羟甲基聚脲；三羟甲基聚脲；四羟甲基聚脲；低聚羟甲基聚脲； 二羟甲基聚脲甲醛；三羟甲基聚脲甲醛；四羟甲基聚脲甲醛；低聚羟甲基 聚脲甲醛；二羟甲基脲；三羟甲基脲；四羟甲基脲；低聚羟甲基脲；二羟 甲基聚丙烯酰胺；三羟甲基聚丙烯酰胺；四羟甲基聚丙烯酰胺；低聚羟甲 基聚丙烯酰胺；聚氨基酸盐缩合物的二羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的三羟 甲基；聚氨基酸盐缩合物的四羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的低聚羟甲基； 氨基酸的二羟甲基；氨基酸的三羟甲基；氨基酸的四羟甲基；氨基酸的低 聚羟甲基；硫酸软骨素的二羟甲基；硫酸软骨素的三羟甲基；硫酸软骨素 的四羟甲基；硫酸软骨素的低聚羟甲基；软骨素的二羟甲基；软骨素的三 羟甲基；软骨素的四羟甲基；软骨素的低聚羟甲基；二羟甲基缩二脲；三 羟甲基缩二脲；四羟甲基缩二脲；低聚羟甲基缩二脲；二羟甲基丙烯酰胺， 或其组合。

23.  如权利要求19所述的方法，其中所述交联剂选自二羟甲基聚脲； 三羟甲基聚脲；四羟甲基聚脲；低聚羟甲基聚脲；二羟甲基聚脲甲醛；三 羟甲基聚脲甲醛；四羟甲基聚脲甲醛；低聚羟甲基聚脲甲醛；二羟甲基脲； 三羟甲基脲；四羟甲基脲；低聚羟甲基脲；二羟甲基聚丙烯酰胺；三羟甲 基聚丙烯酰胺；四羟甲基聚丙烯酰胺；低聚羟甲基聚丙烯酰胺；聚氨基酸 盐缩合物的二羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的三羟甲基；聚氨基酸盐缩合物 的四羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的低聚羟甲基；氨基酸的二羟甲基；氨基 酸的三羟甲基；氨基酸的四羟甲基；氨基酸的低聚羟甲基；硫酸软骨素的 二羟甲基；硫酸软骨素的三羟甲基；硫酸软骨素的四羟甲基；硫酸软骨素 的低聚羟甲基；软骨素的二羟甲基；软骨素的三羟甲基；软骨素的四羟甲 基；软骨素的低聚羟甲基；二羟甲基缩二脲；三羟甲基缩二脲；四羟甲基 缩二脲；低聚羟甲基缩二脲；二羟甲基丙烯酰胺；异氰酸盐封端的多元醇； 聚羟基羧酸；聚氨基酸；软骨素；硫酸软骨素；或其组合。

24.  如权利要求19所述的方法，其中所述水凝胶形成物质选自羟甲基 聚丙烯酰胺；聚氨基酸；羟甲基聚氨基酸；软骨素；硫酸软骨素；羟甲基 软骨素；羟甲基硫酸软骨素；聚羟基羧酸；及其组合。

25.  如权利要求19所述的方法，其中所述交联剂占包括所述水凝胶控 释肥料的所述混合物的约0.5至约1.5重量百分比。

26.  如权利要求19所述的方法，其中所述水凝胶物质占包括所述水凝 胶控释肥料的所述混合物的约5至约15重量百分比。

27.  如权利要求19所述的方法，其中使所述木素基材料与所述至少一 种试剂接触在约60℃至约65℃下发生约60分钟至约90分钟。

28.  如权利要求19所述的方法，其中使所述木素基材料与所述至少一 种试剂接触在约60℃下发生约1小时。

29.  如权利要求19所述的方法，进一步包括：
冷却包括所述水凝胶控释肥料的所述混合物，以产生包括所述水凝胶 控释肥料的悬浮液。

30.  如权利要求19所述的方法，进一步包括：
冷却包括所述水凝胶控释肥料的所述混合物，以产生固体；和
碾磨所述固化的混合物。

31.  如权利要求19所述的方法，进一步包括筛选所述碾磨的固化的混 合物。

32.  如权利要求19所述的方法，进一步包括将一定量的表面活性剂加 入至所述包括水凝胶控释肥料的混合物中。

33.  如权利要求32所述的方法，其中所述表面活性剂是木素基表面活 性剂。

34.  如权利要求33所述的方法，其中所述木素基表面活性剂是木素氨 基酸盐化合物、木素磺化氨基酸盐化合物、木素硅氧烷化合物、木素磺酸 盐硅氧烷化合物、木素官能化的聚合物化合物、木素磺酸盐官能化的聚合 物化合物、木素糖化合物、木素磺酸盐糖化合物、木素乙二胺衍生物化合 物、木素磺酸盐乙二胺衍生物化合物、木素乙醇胺衍生物化合物、木素磺 酸盐乙醇胺衍生物化合物、木素糖苷、木素磺酸盐糖苷，或其组合。

35.  如权利要求32所述的方法，其中所述表面活性剂的量为约2至约 5重量百分比。

36.  肥料，包括木素尿素加合物、木素磺酸盐尿素加合物、木素聚脲 加合物、木素磺酸盐聚脲加合物、木素缩二脲加合物、木素磺酸盐缩二脲 加合物、木素聚脲甲醛加合物、木素磺酸盐聚脲甲醛加合物、木素氨基酸 加合物、木素磺酸盐氨基酸加合物、木素硫酸软骨素加合物、木素磺酸盐 硫酸软骨素加合物、木素聚脲聚丙烯酸盐加合物、木素磺化聚脲聚丙烯酸 盐加合物、木素-脲-氨基酸加合物、木素磺酸盐-脲-氨基酸加合物、木素- 脲-硫酸软骨素加合物、木素磺酸盐-脲-硫酸软骨素加合物、木素-脲-聚羟 基羧酸盐加合物、木素磺酸盐-脲-聚羟基羧酸盐加合物，或其组合。

37.  权利要求36所述的肥料，其形式为控释氮肥料、控释氮/磷/钾 (NPK)肥料、控释水凝胶肥料，或其组合。

38.  权利要求36所述的肥料，其是高氮或高氮/磷/钾(NPK)肥料。

39.  权利要求36所述的肥料，其形式为用于斥水土壤的土壤稳定剂或 土壤改良剂。

说明书木素基多用途肥料
发明背景
木素占木材的15-35％，是地球上最丰富的可更新有机物质。制 浆工业从木材成分中分离纤维素，得到木素和半纤维素废物副产物， 称作黑液和废浆液。在亚硫酸盐法中，废浆液中包含的主要副产物是 木素磺酸盐。在每吨制浆产物产生330-540Kg的木素磺酸盐的情况 下，木素磺酸盐的全球年生产能力为约180-200万吨。制浆工业中产 生的大部分木素磺酸盐(66％)作为燃料被燃烧，和34％被处理和处 置掉。利用该废物流作为燃料源是低效的，且释放大量的污染物诸如 SO2。另外，对木素的简单处理为制浆工业带来巨大成本。
用于人类和农业用途的水源渐渐不能满足由于人口增长而渐增 的需求。因此，存在较强的国际化趋势：通过研发新型的经济的、可 持续的、天然来源的控释控释水凝胶肥料，最小化对于农业灌溉和水 供给的需求。该领域中的进展将对农业食品生产效率、以及环境和经 济利益具有显著影响。
发明概述
本公开内容不限于所描述的特定系统、设备和方法，因为这些均 可以变化。本说明书中所用的术语仅用于描述特定的形式或实施方案 的用途，且不意在限制范围。虽然关于“包括”多种成分或步骤(解释 为意为“包括，但不限于”)描述了多种组合物和方法，但组合物和方 法还可由多种成分和步骤“基本上组成”或“组成”，这样的术语应被解 释为实质上定义了封闭的成员组(closed-member group)。
方法描述了新颖而简单的工艺，其中包括木素基多用途肥料的生 产。本文所描述的方法可允许从来自制浆工业的废物流进行高价值产 品的简易产生。
在实施方案中，制备羟甲基木素磺酸盐的方法可包括将木素磺酸 盐与醛化合物相接触以产生羟甲基木素磺酸盐。在这样的实施方案 中，木素磺酸盐的来源可以是磺化的黑液或废浆液。
在实施方案中，制备羟甲基木素的方法可包括在约9至约10的 pH下将木素与醛化合物相接触以产生羟甲基木素。在这样的实施方 案中，木素的来源可以是黑液。
在实施方案中，从固体木素或固体木素磺酸盐制备羟甲基木素或 羟甲基木素磺酸盐的方法可包括将木素或木素磺酸盐与醛化合物相 接触以产生羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐。在这样的实施方案中， 木素磺酸盐的来源可以是干燥的或脱水的黑液或废浆液。
在实施方案中，制备表面活性剂的方法可包括将羟甲基木素或羟 甲基木素磺酸盐与试剂相接触以产生表面活性剂。在一些实施方案 中，试剂可包括羧酸化合物且表面活性剂可以是木素羧酸盐化合物或 木素磺化羧酸盐(lignosulphonate carboxylate)化合物。
在实施方案中，制备表面活性剂的方法可包括将木素与试剂相接 触以产生表面活性剂。在一些实施方案中，试剂可包括羧酸化合物和 表面活性剂可以是木素羧酸盐化合物或木素磺化羧酸盐化合物。
在实施方案中，制备木素羧酸盐或木素磺化羧酸盐的方法可包括 将木素或木素磺酸盐与二氧化碳相接触以产生木素羧酸盐或木素磺 化羧酸盐。
在实施方案中，表面活性剂可包括木素磷酸盐化合物、木素磺化 磷酸盐化合物、木素乙醇胺化合物、木素磺酸盐乙醇胺(lingo  sulphonate ethanolamine)化合物、木素聚羟基羧酸盐化合物、木素磺 化聚羟基羧酸盐化合物、木素聚羧酸盐化合物、木素磺化聚羧酸盐化 合物、木素聚羟基羧酸盐化合物，或木素磺化聚羟基羧酸盐化合物。
在一些实施方案中，水基树脂可包括木素环氧化物化合物或木素 磺酸盐环氧化物化合物。在另外的实施方案中，聚氨基甲酸酯产物可 包括木素氨基甲酸乙酯化合物或木素磺酸盐氨基甲酸乙酯化合物。在 另外的实施方案中，腐蚀抑制剂、环氧固化剂或用于水凝胶的基料 (base)可包括木素胺化合物或木素磺酸盐胺(lignosulphonate amine) 化合物。
在实施方案中，制备表面活性剂的方法可包括在催化剂的存在下 将木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍生物相接触以产生表面 活性剂。在一些实施方案中，碳水化合物可以是右旋糖糖浆、葡萄糖 糖浆或蔗糖糖浆。在另外的实施方案中，碳水化合物衍生物可以是聚 羟基羧酸、羟基聚羧酸、氨基羧酸、其锂盐、钠盐、钾盐、铵盐或钙 盐，或其他天然的羧酸或其通过碳水化合物的氧化或发酵而衍生的 盐。
在实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括在溶剂中将 木素基材料与氨基酸相接触以产生表面活性剂。在一些实施方案中， 氨基酸是精氨酸的钠盐、亮氨酸的钠盐、赖氨酸的钠盐、甘氨酸的钠 盐、谷氨酸的钠盐、天冬氨酸的钠盐、硫酸软骨素(contrition sulfate) 的钠盐或其组合。
在实施方案中，制备木素基Gemini表面活性剂的方法可包括在 溶剂中将木素基材料与氨基酸相接触以产生Gemini表面活性剂，其 中与氨基酸起反应的羟甲基基团的数目可以为两个或多个。在一些实 施方案中，氨基酸可以是精氨酸的钠盐、亮氨酸的钠盐、赖氨酸的钠 盐、甘氨酸的钠盐、谷氨酸的钠盐、天冬氨酸的钠盐、硫酸软骨素的 钠盐，或其组合。在实施方案中，制备Gemini表面活性剂的方法可 包括将木素基材料与乙二胺衍生反应物相接触以产生Gemini表面活 性剂，其中与乙二胺衍生物起反应的羟甲基基团的数目可以是两个或 多个。在一些实施方案中，乙二胺衍生反应物可以是乙二胺、二亚乙 基三胺、三亚乙基四胺或四亚乙基五胺或聚乙二胺。
在实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括在催化剂的 存在下将木素基材料与环氧化物基团封端的聚乙烯氧化物相接触以 产生表面活性剂，其中与乙二胺衍生物起反应的羟甲基基团的数目可 以是两个或多个。在一些实施方案中，环氧化物基团封端的聚乙烯氧 化物具有约Mn＝200至约600的分子量。
在实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括将木素基材 料与硅化合物相接触以产生表面活性剂。在一些实施方案中，硅化合 物可以是活性硅氧烷基团封端的硅油。
在实施方案中，木素基表面活性剂可包括木素氨基酸盐化合物、 木素磺化氨基酸盐化合物、木素硅氧烷化合物、木素磺酸盐硅氧烷 (lignosulphonate silicone)化合物、木素官能化的聚合物化合物、木 素磺酸盐官能化的聚合物化合物、木素糖化合物、木素磺酸盐糖 (lignosulphonate saccharide)化合物、木素乙二胺衍生物化合物、木 素磺酸盐乙醇胺衍生物化合物、木素苷、木素磺酸盐苷，或其组合。
在一个实施方案中，制备控释控释肥料的方法包括将木素基材料 与包括氮基化合物的羟甲基的至少一种试剂相接触以产生包括控释 控释肥料的混合物。在一些实施方案中，至少一种试剂还可包括至少 一种交联剂。在一些实施方案中，可将一定量的木素基表面活性剂添 加到包括控释控释肥料的混合物中。
在一个实施方案中，制备水凝胶控释肥料的方法包括将木素基材 料与至少一种试剂相接触以产生包括水凝胶控释肥料的混合物，其中 至少一种试剂可包括氮基化合物的羟甲基、交联剂、水凝胶形成物质， 或其组合。在一些实施方案中，可将一定量的木素基表面活性剂添加 到包括水凝胶控释肥料的混合物中。
在一些实施方案中，肥料可包括木素脲加合物、木素磺酸盐脲加 合物、木素聚脲加合物、木素磺酸盐聚脲加合物、木素缩二脲加合物、 木素磺酸盐缩二脲加合物、木素聚脲甲醛加合物、木素磺酸盐聚脲甲 醛加合物、木素氨基酸加合物、木素磺酸盐氨基酸加合物、木素硫酸 软骨素加合物、木素磺酸盐硫酸软骨素加合物、木素聚脲聚丙烯酸酯 加合物、木素磺酸盐聚脲聚丙烯酸酯加合物、木素-脲-氨基酸加合物、 木素磺酸盐-脲-氨基酸加合物、木素-脲-硫酸软骨素加合物、木素磺 酸盐-脲-硫酸软骨素加合物、木素-脲-聚羟基羧酸盐加合物、木素磺 酸盐-脲-聚羟基羧酸盐加合物，或其组合。
在一些实施方案中，肥料可以是控释氮肥料的形式，控释氮/磷/ 钾(NPK)肥料的形式、控释水凝胶肥料的形式，或其组合。在一些 实施方案中，肥料可以是高氮或高氮/磷/钾(NPK)肥料。在一些实 施方案中，肥料可以是用于斥水土壤的土壤稳定剂或土壤改良剂的形 式。
发明详述
本文描述的是用于产生木素基多用途肥料的方法。在一些实施方 案中，木素基起始材料可来源于废浆流，包括黑液和废浆液。在一些 实施方案中，木素基起始材料可转化为羟甲基。
在一个实施方案中，制备羟甲基木素磺酸盐的方法可包括将木素 磺酸盐与醛化合物相接触以产生羟甲基木素磺酸盐。木素磺酸盐可包 括废浆液、磺化的黑液，或其组合。在将木素磺酸盐与醛化合物相接 触之前可将废浆液或磺化的黑液的固体含量调整到以重量计约30％ 至约60％、调整到以重量计约35％至约55％、或调整到以重量计约 40％至约50％，或以重量计约45％至约50％。固体含量的具体的例子 包括约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％ 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约30％至约40％)。黑 液中的木素的净有效重量可由总有机质含量来确定，所述总有机质含 量如通过对在约100℃下干燥约3小时的黑液的样品的热分析所测 量。木素磺酸盐与醛化合物的净有效含量比率可以为约1:1至约20:1、 约1:1至约15:1、约2:1至约15:1、约2:1至约10:1、约2:1至约7.5:1 或约2.5:1至约5:1。比率的具体的例子包括约1:1、约2:1、约2.5:1、 约5:1、约7.5:1、约10:1、约12.5:1、约15:1、约17.5:1、约20:1、 以及这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约10:1至约17.5:1)。 在一些实施方案中，醛化合物可以为甲醛、低聚甲醛或三烷。
在一些实施方案中，可在pH约8至约12、pH约9至约11，或 pH约9.5至约10.5下将木素磺酸盐与醛化合物相接触。在一些实施 方案中，可在pH约9至约10下将木素磺酸盐与醛化合物相接触。 pH的具体的例子包括约8、约8.5、约9、约9.5、约10、约10.5、 约11、约11.5、约12，和这些值中的任何两个之间的范围(例如， 从约9至约11)。可在约50℃至约85℃、约55℃至约80℃、约60℃ 至约75℃或约65℃至约70℃的温度下将木素磺酸盐与醛化合物相接 触。在一些实施方案中，可在65℃至约70℃的温度下将木素磺酸盐 与醛化合物相接触。温度的具体的例子包括约50℃、约55℃、约60℃、 约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约85℃，和这些值的任何两 个之间的范围(例如，从约65℃至约80℃)。可将木素磺酸盐与醛化 合物接触达约2至约5小时、约2.5至约4.5小时或约3至约4小时。 在一些实施方案中，可将木素磺酸盐与醛化合物接触达约3至约4小 时。在一些实施方案中，可将木素磺酸盐与醛化合物接触达约3小时。 接触时间的具体的例子包括约2小时、约2.5小时、约3小时、约3.5 小时、约4小时、约4.5小时、约5小时，和这些值的任何两个之间 的范围(例如，从约3.5小时至约4.5小时)。在一些实施方案中，较 高的温度可与较少的反应时间联合。在一些实施方案中，多于约3小 时的加热可与低于约60℃的反应温度同时发生。在较高的温度和较 长的反应时间下，羟甲基树脂可能缩合并形成大量的高度交联的热固 性树脂。
在一些实施方案中，羟甲基木素磺酸盐可包括单羟甲基木素磺酸 盐、二羟甲基木素磺酸盐、三羟甲基木素磺酸盐或低聚羟甲基木素磺 酸盐。在另外的实施方案中，可将羟甲基木素磺酸盐冷却至约0℃至 约10℃或至约0℃至约5℃。在另外的实施方案中，可将羟甲基木素 磺酸盐冷却至约0℃至约10℃。在一些实施方案中，可将羟甲基木素 磺酸盐冷却至约0℃至约5℃。冷却的温度的具体的例子包括约0℃、 约5℃、约10℃，和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约5℃ 至约10℃)。
可利用预冷却的酸中和冷却的羟甲基木素磺酸盐，所述预冷却的 酸可以处于约0℃至约10℃，且可以为以重量计约2％至约15％或约 5％至约10％的酸。在一些实施方案中，预冷却的酸可以处于约0℃ 至约5℃。具体的冷却的温度包括约0℃、约5℃、约10℃，和这些 值的任何两个之间的范围(例如，从约0℃至约5℃)。具体的浓度例 子包括以重量计约2％、以重量计约5％、以重量计约7％、以重量计 约10％，和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约5％至约 10％)。在一些实施方案中，可将冷却的羟甲基木素磺酸盐中和至pH 约6.8至约7.2、至pH约6.9至约7.1，或至pH约7。在一些实施方 案中，可将冷却的羟甲基木素磺酸盐中和至pH约7。在一些实施方 案中，预冷却的酸可以为磷酸、对甲苯磺酸、羟基乙酸、葡糖酸、羟 基聚羧酸，或其组合。
在一些实施方案中，可分离中和的、冷却的羟甲基木素磺酸盐， 且可将分离的羟甲基木素磺酸盐溶于至少一种醇中。在一些实施方案 中，醇可选自乙醇、甲基化酒精和异丁醇。在另外的实施方案中，可 将羟甲基木素磺酸盐干燥。在一些实施方案中，可在减压下蒸发醇以 产生作为固体残渣或半固体粘性产物或粘性产物的羟甲基木素磺酸 盐。在一些实施方案中，可在蒸发溶剂之前利用分子筛将羟甲基木素 磺酸盐干燥。
在另一实施方案中，制备羟甲基木素的方法可包括在pH约9至 约10下将木素与醛化合物相接触以产生羟甲基木素。木素可包括黑 液，和可在将木素与醛化合物相接触之前将黑液的固体含量调整到以 重量计约40％至约70％，调整到以重量计约45％至约65％，或调整 到约以重量计约50％至约60％。固体含量的具体的例子包括约40％、 约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％，和这些值的 任何两个之间的范围(例如，从约45％至约60％)。在一些实施方案 中，黑液的固体含量可取决于木素的分子量和其来源。木素与醛化合 物的净重有效含量比可以为约1:1至约20:1。在一些实施方案中，木 素与醛化合物的净有效含量比可以为约1:1至约20:1、约1:1至约 15:1、约2:1至约15:1、约2:1至约10:1、约2:1至约7.5:1或约2.5:1 至约5:1。比率的具体的例子包括约1:1、约2:1、约2.5:1、约5:1、 约7.5:1、约10:1、约12.5:1、约15:1、约17.5:1、约20:1、和这些值 中的任何两个之间的范围。在一些实施方案中，醛化合物可以为甲醛、 低聚甲醛或三烷。
在一些实施方案中，可在约50℃至约85℃、约55℃至约80℃、 约60℃至约75℃或约65℃至约70℃的温度下将木素与醛化合物相接 触。在一些实施方案中，可在约65℃至约70℃的温度下将木素与醛 化合物相接触。温度的具体的例子包括约50℃、约55℃、约60℃、 约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约85℃，和这些值中的任何 两个之间的范围(例如，从约55℃至约70℃)。可将木素与醛化合物 接触达约2至约5小时、约2.5至约4.5小时或约3至约4小时。在 一些实施方案中，可将木素与醛化合物接触达约3至约4小时。在一 些实施方案中，可将木素与醛化合物接触达约3小时。接触时间的具 体例子包括约2小时、约2.5小时、约3小时、约3.5小时、约4小 时、约4.5小时、约5小时，和这些值中的任何两个之间的范围(例 如，从约3.5小时至约4.5小时)。在一些实施方案中，较高的温度可 与较少的反应时间联合。在一些实施方案中，多于约3小时的加热可 与低于约60℃的反应温度同时发生。在较高的温度和较长的反应时 间下，羟甲基树脂可能缩合并形成大量的高度交联的热固性树脂。在 一些实施方案中，可在pH约10下将木素与醛化合物相接触。pH的 具体例子包括约8、约8.5、约9、约9.5、约10、约10.5，和这些值 中的任何两个之间的范围(例如，从约9至约10)。
在一些实施方案中，羟甲基木素可包括单羟甲基木素、二羟甲基 木素、三羟甲基木素或低聚羟甲基木素。在另外的实施方案中，可将 羟甲基木素冷却至约0℃至约10℃，或至约0℃至约5℃。在另外的 实施方案中，可将羟甲基木素冷却至约0℃至约10℃。在一些实施方 案中，可将羟甲基木素冷却至约0℃至约5℃。冷却的温度的具体的 例子包括约0℃、约5℃、约10℃、约15℃，和这些值中的任何两个 之间的范围(例如，从约5℃至约10℃)。可利用预冷却的酸中和冷 却的羟甲基木素，所述预冷却的酸可以处于约0℃至约10℃，且可以 为以重量计约2％至约10％或约5％至约10％的酸。在一些实施方案 中，预冷却的酸可以处于约0℃至约5℃。具体的预冷却的温度包括 约0℃、约0℃、约5℃、约10℃，和这些值中的任何两个之间的范 围(例如，从约0℃至约5℃)。具体的浓度例子包括以重量计约2％、 以重量计约5％、以重量计约7％、以重量计约10％，和这些值中的 任何两个之间的范围(例如，从约5％至约7％)。在一些实施方案中， 可将冷却的羟甲基木素中和至pH约6.8至约7.2，至pH约6.9至约 7.1，或至pH约7。在一些实施方案中，可将冷却的羟甲基木素中和 至pH约7。在一些实施方案中，预冷却的酸可以为磷酸。
在一些实施方案中，可分离中和的、冷却的羟甲基木素，并可将 分离的羟甲基木素溶于至少一种醇中。在一些实施方案中，醇可选自 乙醇、甲基化酒精和异丁醇。在另外的实施方案中，可干燥羟甲基木 素。在一些实施方案中，可在减压下蒸发醇以产生作为固体残渣或半 固体粘性产物或粘性产物的羟甲基木素。在一些实施方案中，可利用 分子筛干燥羟甲基木素磺酸盐。
在另一实施方案中，从固体木素或固体木素磺酸盐制备羟甲基木 素或羟甲基木素磺酸盐的方法可包括溶解木素或木素磺酸盐并将所 容的木素或木素磺酸盐与醛化合物相接触以产生羟甲基木素或羟甲 基木素磺酸盐。木素或木素磺酸盐可包括废浆液、磺化的黑液、黑液、 或其组合。在一些实施方案中，可将木素或木素磺酸盐溶于碱溶液中。 在这些实施方案中，碱溶液可以为以重量计约10％至约20％，以重 量计约12.5％至约15％的氢氧化钠。可在将木素磺酸盐与醛化合物接 触之前将废浆液或磺化的黑液的固体含量调整至以重量计约40％至 约70％，至以重量计约45％至约65％或至以重量计约50％至约60％。 固体含量的具体的例子包括约40％、约45％、约50％、约55％、约 60％、约65％、约70％、和这些值中的任何两个之间的范围(例如， 从约55％至约65％)。在一些实施方案中，木素或木素磺酸盐与醛化 合物的净重有效含量比率可以为约1:1至约20:1。在一些实施方案中， 木素或木素磺酸盐与醛化合物的净有效含量比率可以为约1:1至约 20:1、约1:1至约15:1、约2:1至约15:1、约2:1至约10:1、约2:1至 约7.5:1或约2.5:1至约5:1。比率的具体的例子包括约1:1、约2:1、 约2.5:1、约5:1、约7.5:1、约10:1、约12.5:1、约15:1、约17.5:1、 约20:1、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约2:1至约 7.5:1)。在一些实施方案中，醛化合物可以是甲醛。
在一些实施方案中，可在pH约9至约10下将木素或木素磺酸 盐与醛化合物相接触。在一些实施方案中，可在pH约10下将木素 或木素磺酸盐与醛化合物相接触。pH的具体的例子包括约8、约8.5、 约9、约9.5、约10、约10.5，和这些值中的任何两个之间的范围(例 如，从约9至约10)。可在约50℃至约85℃、约55℃至约80℃、约 60℃至约75℃或约65℃至约70℃的温度下将木素或木素磺酸盐与醛 化合物相接触。在一些实施方案中，可在约65℃至约70℃的温度下 将木素或木素磺酸盐与醛化合物相接触。温度的具体的例子包括约 50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约 85℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约55℃至约 80℃)。可将木素或木素磺酸盐与醛化合物接触达约2至约5小时、 约2.5至约4.5小时或约3至约4小时。在一些实施方案中，可将木 素或木素磺酸盐与醛化合物接触达约3至约4小时。在一些实施方案 中，可将木素或木素磺酸盐与醛化合物接触达约3小时。接触时间的 具体的例子包括约2小时、约2.5小时、约3小时、约3.5小时、约 4小时、约4.5小时、约5小时、和这些值中的任何两个之间的范围 (例如，从约3.5小时至约4.5小时)。在实施方案中，较高的温度可 与较少的反应时间联合。在一些实施方案中，多于约3小时的加热可 与低于约60℃的反应温度同时发生。在较高的温度和较长的反应时 间下，羟甲基树脂可能缩合并形成大量的高度交联的热固性树脂。
在一些实施方案中，羟甲基木素磺酸盐可包括单羟甲基木素磺酸 盐、二羟甲基木素磺酸盐、三羟甲基木素磺酸盐或低聚羟甲基木素磺 酸盐，和羟甲基木素可以是单羟甲基木素、二羟甲基木素、三羟甲基 木素或低聚羟甲基木素。在另外的实施方案中，可将羟甲基木素或羟 甲基木素磺酸盐冷却至约0℃至约10℃。在另外的实施方案中，可将 羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐冷却至约0℃至约10℃，或至约0℃ 至约5℃。在一些实施方案中，可将羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐 冷却至约0℃至约5℃。冷却的温度的具体的例子包括约0℃、约5℃、 约10℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约5℃至约 10℃)。可利用预冷却的酸中和冷却的羟甲基木素或羟甲基木素磺酸 盐，所述预冷却的酸可以处于约0℃至约10℃，且可以为以重量计约 2％至约7.5％的酸。在一些实施方案中，预冷却的酸可以处于约0℃ 至约5℃。具体的预冷却的温度包括约0℃、约5℃、约10℃、和这 些值中的任何两个之间的范围(例如，从约5℃至约10℃)。具体的 浓度例子包括以重量计约2％，以重量计约5％、以重量计约7％、以 重量计约10％、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约5％ 至约10％)。在一些实施方案中，可将冷却的羟甲基木素或羟甲基木 素磺酸盐中和至pH约6.8至约7.0，至pH约6.9至约7.0，或至pH 约7。在一些实施方案中，可将冷却的羟甲基木素或羟甲基木素磺酸 盐中和至pH约7。在一些实施方案中，预冷却的酸可以是磷酸。
在一些实施方案中，可分离中和的、冷却的羟甲基木素或羟甲基 木素磺酸盐，并可将分离的羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐溶于醇 中。在一些实施方案中，醇可选自乙醇、甲基化酒精和异丁醇。在另 外的实施方案中，可将羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐干燥。在一些 实施方案中，可在减压下蒸发醇以产生作为固体残渣或半固体粘性产 物或粘性产物的羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐。在一些实施方案 中，可在蒸发溶剂之前利用分子筛将羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐 干燥。
在一个实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括将羟甲 基木素或羟甲基木素磺酸盐与试剂相接触以产生木素基表面活性剂。 在一些实施方案中，试剂可包括羟基羧酸化合物、聚羟基羧酸、羟胺 化合物、异氰酸盐封端的聚合物、胺化合物、磷酸盐化合物、表氯醇， 或亚硫酸氢钠。
在一些实施方案中，可在约20℃至约60℃，在约25℃至约45℃ 或在约30℃至约35℃下将羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐与试剂相 接触。在一些实施方案中，可在约30℃至约35℃下将羟甲基木素或 羟甲基木素磺酸盐与试剂相接触。在一些实施方案中，可在约30℃ 下将羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐与试剂相接触。温度的具体的例 子包括约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约45℃、约 50℃、约60℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约25℃ 至约35℃)。在一些实施方案中，可将羟甲基木素或羟甲基木素磺酸 盐与试剂接触达约1小时至约4小时、约1.5小时至约3小时或约2 小时。在一些实施方案中，可在约30℃下将羟甲基木素或羟甲基木 素磺酸盐与试剂接触达约两小时。接触时间的具体的例子包括约1小 时、约1.5小时、约2小时、约2.5小时、约3小时、约4小时、约 5小时、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约1.5小时至 约2.5小时)。接触时间可通过常规测验来确定以指示反应完成，这 可能取决于反应温度和试剂。
在另外的实施方案中，可将羟甲基木素或羟甲基木素磺酸盐和试 剂回流达约30分钟至约120分钟、约40分钟至约100分钟或约60 分钟至约80分钟。在一些实施方案中，可将羟甲基木素或羟甲基木 素磺酸盐和试剂回流达约1小时。回流时间的具体的例子包括约1小 时、约1.5小时、约2小时、约2.5小时、约3小时、约4小时、约 5小时、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约3小时至约 5小时)。在一些实施方案中，可利用碱性溶液中和反应产物。在一 些实施方案中，碱性溶液可以是以重量计约2％至约20％、以重量计 约5％至约20％或以重量计约10％至约20％的氢氧化钠或氢氧化钙。
在试剂包括至少一种羧酸化合物的一些实施方案中，木素基表面 活性剂可以是木素羧酸盐化合物或木素磺化羧酸盐化合物。在一些实 施方案中，羧酸化合物可包括聚羧酸、羟基羧酸、羟基二羧酸、或聚 羟基羧酸。在另外的实施方案中，羧酸化合物可包括葡糖酸、柠檬酸、 酒石酸、羟丁酸、羟乙酸、羟丙二酸、羟琥珀酸，羟谷氨酸。在试剂 包括羟氨基化合物的一些实施方案中，木素基表面活性剂可包括木素 乙醇胺化合物或木素磺酸盐乙醇胺化合物。在一些实施方案中，羟胺 化合物可包括单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或羟胺。
在试剂包括异氰酸盐封端的聚合物的一些实施方案中，木素基表 面活性剂可包括作为泡沫水凝胶防水产物的木素氨基甲酸乙酯化合 物或木素磺酸盐氨基甲酸乙酯化合物。在试剂包括胺化合物的一些实 施方案中，木素基表面活性剂可包括木素胺化合物或木素磺酸盐胺化 合物。在试剂包括磷酸盐化合物的一些实施方案中，木素基表面活性 剂可包括木素磷酸盐化合物或木素磺化磷酸盐化合物。在试剂包括表 氯醇的一些实施方案中，木素基表面活性剂可包括水基木素环氧化合 物或木素磺酸盐环氧化合物。在试剂包括亚硫酸氢钠的一些实施方案 中，木素基表面活性剂可包括木素磺酸盐化合物。
在另一实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括将木素 与试剂在木素/试剂反应混合物中相接触以产生木素基表面活性剂。 在一些实施方案中，试剂可包括羧酸化合物、羟氨基化合物、异氰酸 盐封端的聚合物、胺化合物、磷酸盐化合物、表氯醇或亚硫酸氢钠。 在一些实施方案中，木素可以是黑液的形式。在这些实施方案中，可 在将木素与试剂接触之前将黑液的固体含量调整到以重量计约40％ 至约70％、以重量计至约45％至约65％或以重量计至约50％至约 60％。固体含量的具体的例子包括约40％、约45％、约50％、约55％、 约60％、约65％、约70％、和这些值中的任何两个之间的范围(例 如，从约55％至约65％)。
在一些实施方案中，可在约20℃至约60℃下，约25℃至约45℃ 下或约30℃至约35℃下将木素与试剂相接触。在一些实施方案中， 可在约30℃至约35℃下将木素与试剂相接触。在一些实施方案中， 可在约30℃下将木素与试剂相接触。温度的具体的例子包括约20℃、 约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约45℃、约50℃、约60℃、 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约25℃至约35℃)。在 一些实施方案中，可将木素与试剂接触达约1小时至约4小时、约 1.5小时至约3小时或约2小时。在一些实施方案中，可在30℃下将 木素与试剂接触达约2小时。接触时间的具体的例子包括约1小时、 约1.5小时、约2小时、约2.5小时、约3小时、约4小时、约5小 时、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约2.5小时至约4 小时)。
在另外的实施方案中，可将木素/试剂反应混合物回流达约30分 钟至约120分钟、约40分钟至约100分钟或约60分钟至约80分钟。 在一些实施方案中，可将木素/试剂反应混合物回流达约1小时。回 流时间的具体例子包括约1小时、约1.5小时、约2小时、和这些值 中的任何两个之间的范围(例如，从约1.5小时至约2小时)。在一 些实施方案中，可利用碱性溶液中和木素/试剂反应混合物。在一些 实施方案中，碱性溶液可以是以重量计约2％至约20％、以重量计约 5％至约20％、或以重量计约10％至约20％的氢氧化钠或氢氧化钙。
在试剂包括至少一种羧酸化合物的一些实施方案中，木素基表面 活性剂可以是木素羧酸盐化合物。在一些实施方案中，羧酸化合物可 包括至少一种聚羧酸、羟基羧酸、羟基二羧酸、聚羟基羧酸、或其组 合。在另外的实施方案中，羧酸化合物可包括葡糖酸、柠檬酸、酒石 酸、羟基丁酸、羟基乙酸、羟基丙二酸、羟基琥珀酸、羟基谷氨酸、 或其组合。在试剂包括羟氨基化合物的一些实施方案中，木素基表面 活性剂可包括木素乙醇胺化合物。在一些实施方案中，羟氨基化合物 可包括单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺，羟基胺、或其组合。在试剂 包括异氰酸盐封端的聚合物的一些实施方案中，木素基表面活性剂可 包括作为泡沫水凝胶防水产物的木素氨基甲酸乙酯化合物。在试剂包 括胺化合物的一些实施方案中，木素基表面活性剂可包括木素胺化合 物。在试剂包括磷酸盐化合物的一些实施方案中，木素基表面活性剂 可包括木素磷酸盐化合物。在试剂包括表氯醇的一些实施方案中，木 素基表面活性剂可包括水基木素环氧化合物。在试剂包括亚硫酸氢钠 的一些实施方案中，木素基表面活性剂可包括高度磺化的木素磺酸盐 化合物。
在另一实施方案中，制备木素羧酸盐或木素磺化羧酸盐的方法可 包括将木素或木素磺酸盐与二氧化碳相接触以产生木素羧酸盐或木 素磺化羧酸盐。在一些实施方案中，二氧化碳可以是气体或干冰形式。 在另外的实施方案中，二氧化碳可以是通过二氧化碳吸收器 (absorber)形成的二氧化碳加合物，其形成于从大气或从工业来源 回收二氧化碳的过程中。在一些实施方案中，木素可包括黑液，和木 素磺酸盐可以是废浆液、磺化的黑液或其组合的形式。在一些实施方 案中，可在将木素或木素磺酸盐与二氧化碳相接触之前将黑液、废浆 液或磺化的黑液的固体含量调整到以重量计约40％至约70％、以重 量计约45％至约65％或以重量计约50％至约60％。固体含量的具体 的例子包括约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、 约70％、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约55％至约 65％)。
在一些实施方案中，可在压力约90atm至约150atm下、约100 atm至约130atm下或约100atm至约120atm下将木素或木素磺酸盐 与二氧化碳相接触。在一些实施方案中，可在压力约100atm下将木 素或木素磺酸盐与二氧化碳相接触。在一些实施方案中，可在约100℃ 至约160℃、约110℃至约140℃或约120℃至约130℃的温度下将木 素或木素磺酸盐与二氧化碳相接触。在一些实施方案中，可在约125℃ 的温度下将木素或木素磺酸盐与二氧化碳相接触。温度的具体的例子 包括约100℃、约115℃、约120℃、约125℃、约130℃、约140℃、 约150℃、约160℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从 约120℃至约140℃)。在一些实施方案中，可将木素或木素磺酸盐与 二氧化碳相接触达约2小时至约8小时、约3小时至约7小时或约4 小时至约6小时。在一些实施方案中，可将木素或木素磺酸盐与二氧 化碳接触达约5小时。接触时间的具体的例子包括约2小时、约3小 时、约4小时、约4.5小时、约5小时、约5.5小时、约6小时、约 7小时、约8小时、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约 4.5小时至约5.5小时)。在一些实施方案中，接触可在高压灭菌器中 伴随旋转混合发生。
在一个实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括在催化 剂存在下将木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍生物相接触以 产生木素基表面活性剂。在一些实施方案中，木素基材料可以是羟甲 基木素、羟甲基木素磺酸盐、木素、木素磺酸盐、或其任意组合。在 一些实施方案中，碳水化合物可以是右旋糖糖浆、葡萄糖糖浆或蔗糖 糖浆。在一些实施方案中，碳水化合物的来源可包括、但不限于枣 (date)、山梨醇、麦芽糖，或其组合。在一些实施方案中，碳水化 合物衍生物可以是：聚羟基羧酸；羟基聚羧酸，包括但不限于羟基单 羧酸、羟基二羧酸、羟基四羧酸和羟基聚羧酸；氨基羧酸，包括但不 限于氨基单羧酸、氨基二羧酸、氨基三羧酸、氨基四羧酸；其锂盐、 钠盐、钾盐、铵盐或钙盐；或其他天然的羧酸或其通过碳水化合物的 氧化或发酵而衍生的盐。碳水化合物和碳水化合物衍生物的具体的例 子包括葡糖酸钠、谷氨酸钠、羟基乙酸钠、柠檬酸、酒石酸、羟基乙 酸、葡糖酸和谷氨酸。碳水化合物和碳水化合物衍生物可获自或来源 于天然的来源，包括，例如，枣、甘蔗废料、橄榄油废料和其他含糖 和油的废料。
在一些实施方案中，木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍生 物的比率基于木素基材料中的羟甲基基团摩尔数与碳水化合物或碳 水化合物衍生物的摩尔数可以为约1:1至约1:1.2。在一些实施方案 中，木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍生物的比率可以为约 1:1。比率的具体的例子包括约1:1.1、约1:1.2、约1:1.3摩尔比率、 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约1:1至约1:1.1)。在 一些实施方案中，催化剂可以是磷酸或对甲苯磺酸。
在一些实施方案中，木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍生 物的接触可伴随通过微波或在水浴中加热而发生。在一些实施方案 中，微波可以是厨房类型的微波，输出为约1100瓦特至约1500瓦特。 在一些实施方案中，可在约40℃至约60℃下，在约45℃至约55℃下 将木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍生物相接触。在一些实施 方案中，可在约50℃下将木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍 生物相接触。温度的具体的例子包括约40℃、约45℃、约50℃、约 55℃、约60℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约40℃ 至约60℃)。在一些实施方案中，可将木素基材料与碳水化合物或碳 水化合物相接触达约0.5小时至约2小时、约1小时至约1.5小时。 在一些实施方案中，可将木素基材料与碳水化合物或碳水化合物衍生 物相接触达约0.5小时。接触时间的具体的例子包括约0.5小时、约 1小时、约1.0小时、约1.5小时、约4小时、约5小时、和这些值 中的任何两个之间的范围(例如，从约0.5小时至约2小时)。
在一个实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括将木素 基材料与氨基酸在溶剂中接触以产生木素基表面活性剂。在一些实施 方案中，木素基材料可以是羟甲基木素、羟甲基木素磺酸盐，或其任 意组合。在一些实施方案中，氨基酸可以是精氨酸的钠盐、亮氨酸的 钠盐、赖氨酸的钠盐、甘氨酸的钠盐、谷氨酸的钠盐、天冬氨酸的钠 盐、硫酸软骨素的钠盐或其组合。在一些实施方案中，木素基材料与 氨基酸的比率基于木素基材料中的羟甲基基团的摩尔数与氨基酸的 摩尔数可以为约1:1至约1:1.3。在一些实施方案中，木素基材料与氨 基酸的比率可以为约1:1.1。比率的具体的例子包括约1:1、约1:1.2、 约1:1.3、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约1:1至约 1:1.2)。在一些实施方案中，溶剂可以为约三乙胺或三乙胺和正丁醇 的混合物。
在一些实施方案中，木素基材料和氨基酸的接触在约50℃至约 70℃下伴随有效的混合发生，持续约3小时至约4.0小时。在一些实 施方案中，木素基材料与氨基酸的接触在约60℃下伴随有效的混合 发生，持续约3小时。温度的具体的例子包括约50℃、约55℃、约 60℃、约65℃、约70℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如， 从约60℃至约65℃)。接触时间的具体的例子包括约3小时、约3.2 小时、约3.4小时、约3.5小时、约4小时、和这些值中的任何两个 之间的范围(例如，从约3.0小时至约4.0小时)。
Gemini表面活性剂代表一类由两个相同的或不同的两亲性部分 组成的表面活性剂，所述两亲性部分具有由间隔基团连接的常规表面 活性剂的结构。间隔基可以是疏水性的(脂族的或芳族的)或亲水性 (聚醚)、短的(两个亚甲基基团)或长的(长达20个和更多个亚甲 基基团)、刚性的(均二苯代乙烯)或柔性的(聚亚甲基链)。在一个 实施方案中，制备木素基Gemini表面活性剂的方法可包括将木素基 材料与氨基酸在溶剂中相接触以产生木素基Gemini表面活性剂，其 中木素分子中与氨基酸起反应的羟甲基基团的数目可以是两个或更 多个。在一些实施方案中，木素基材料可以是羟甲基木素、羟甲基木 素磺酸盐、或其任何组合。在一些实施方案中，氨基酸可以是如下的 钠盐：精氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、硫酸 软骨素、或其组合。在一些实施方案中，木素基材料与氨基酸的比率 基于木素基材料中的羟甲基基团的摩尔数与氨基酸的摩尔数可以为 约1:1至约1:1.3。在一些实施方案中，木素基材料与氨基酸的比率可 以为约1:1。比率的具体的例子包括约1:1、约1:1.1、约1:1.2、约1:1.3、 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约1:1至约1:1.2)。在 一些实施方案中，溶剂可以是三乙胺或三乙胺与正丁醇的混合物。
在一些实施方案中，木素基材料与氨基酸的接触在50℃至约 70℃下发生，持续约3小时至约4.0小时。在一些实施方案中，木素 基材料与氨基酸的接触在约60℃下发生，持续约3小时。温度的具 体的例子包括约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、和这 些值中的任何两个之间的范围(例如，从约60℃至约65℃)。接触时 间的具体的例子包括约3小时、约3.2小时、约3.4小时、约3.5小 时、约4小时、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约3.0 小时至约4.0小时)。
在一个实施方案中，制备木素基Gemini表面活性剂的方法可包 括将木素基材料与乙二胺衍生反应物相接触以产生木素基Gemini表 面活性剂，其中木素分子中与乙二胺衍生物起反应的羟甲基基团的数 目可以是两个或多个。在一些实施方案中，木素基材料可以是羟甲基 木素、羟甲基木素磺酸盐、或其任何组合。在一些实施方案中，乙二 胺衍生反应物可以是乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺，或四亚 乙基五胺或聚乙二胺。在一些实施方案中，木素基材料与乙二胺反应 物的比率基于木素基材料中的羟甲基基团的摩尔数与乙二胺衍生物 的摩尔数为约1:1至约1:1.3。在一些实施方案中，木素基材料与乙二 胺衍生反应物的比率可以为约1:1。比率的具体的例子包括约1:1、约 1:1.1、约1:1.2、约1:1.2、和这些值中的任何两个之间的范围(例如， 从约1:1至约1:1.2)。
在一些实施方案中，木素基材料与乙二胺衍生物的接触在约50℃ 至约70℃下发生，持续约3小时至约4.0小时。在一些实施方案中， 木素基材料与乙二胺衍生物的接触在约60℃至约70℃下发生，持续 约3小时。温度的具体的例子包括约50℃、约60℃、约65℃、约70℃、 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约60℃至约65℃)。接 触时间的具体的例子包括约3小时、约3.2小时、约3.4小时、约3.5 小时、约4小时、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约 3.0小时至约4.0小时)。
在一个实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括在催化 剂存在下将木素基材料与环氧基封端的聚乙烯氧化物相接触以产生 木素基表面活性剂，其中与乙二胺衍生物起反应的羟甲基基团的数目 可以是两个或多个。在一些实施方案中，木素基材料可以羟甲基木素、 羟甲基木素磺酸盐、或其任何组合。在一些实施方案中，环氧基封端 的聚乙烯氧化物具有约200至约600的分子量(Mn)。在一些实施方 案中，木素基材料与聚乙烯氧化物的比率基于木素基材料中的羟甲基 基团的摩尔数与聚乙烯氧化物的摩尔数可以为约1:1至约1:1.3。在一 些实施方案中，木素基材料与聚乙烯氧化物的比率可以为约1:1。比 率的具体的例子包括约1:1、约1:1.1、约1:1.2、约1:1.2、和这些值 中的任何两个之间的范围(例如，从约1:1至约1:1.2)。在一些实施 方案中，催化剂可以是磷酸、对甲苯磺酸，或二氨基化合物诸如乙二 胺和其衍生物。
在一些实施方案中，木素基材料与聚乙烯氧化物的接触在约50℃ 至约70℃下发生，持续约3至约4小时。温度的具体的例子包括约 50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、和这些值中的任何两个 之间的范围(例如，从约55℃至约65℃)。接触时间的具体的例子包 括约3小时、约3.2小时、约3.4小时、约3.5小时、和这些值中的 任何两个之间的范围(例如，从约3.0小时至约4.0小时)。
在一个实施方案中，制备木素基表面活性剂的方法可包括将木素 基材料与硅化合物相接触以产生木素基表面活性剂。在一些实施方案 中，木素基材料可以是羟甲基木素、羟甲基木素磺酸盐，或其任何组 合。在一些实施方案中，硅化合物可以是活性硅氧烷基团封端的硅油。 活性硅氧烷的具体的例子可以是、但不限于，环氧硅氧烷和氮丙啶硅 氧烷。在一些实施方案中，木素基材料与硅化合物的比率基于木素基 材料中的羟甲基基团的摩尔数与硅氧烷化剂(siloxanating agent)的 摩尔数可以为约1:1至约1:1.3。在一些实施方案中，木素基材料与硅 化合物的比率可以为约1:1。比率的具体的例子包括约1:1、约1:1.2、 约1:1.3、和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约1:1至约 1:1.2)。
在一些实施方案中，木素基材料与硅化合物的接触在约室温下发 生，持续约6小时至约12小时。温度的具体的例子包括约20℃、约 23℃、约25℃、约30℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如， 从约23℃至约25℃)。接触时间的具体的例子包括约6小时、约8小 时、约10小时、约12小时、和这些值中的任何两个之间的范围(例 如，从约8小时至约10小时)。
在一个实施方案中，木素基表面活性剂可包括木素氨基酸盐化合 物、木素磺化氨基酸盐化合物、木素硅氧烷化合物、木素磺酸盐硅氧 烷化合物、木素官能化的聚合物化合物、木素磺酸盐官能化的聚合物 化合物、木素糖化合物、木素磺酸盐糖化合物、木素乙二胺衍生物化 合物、木素磺酸盐乙二胺衍生物化合物、木素乙醇胺衍生物化合物、 木素磺酸盐乙醇胺衍生物化合物、木素苷、木素磺酸盐苷，或其组合。
在一个实施方案中，制备控释肥料的方法包括将木素基材料与至 少一种包括氮基化合物的羟甲基的试剂相接触以产生包括控释废料 的混合物。在一些实施方案中，木素基材料是羟甲基木素或羟甲基木 素磺酸盐，或其组合我。在一些实施方案中，所述至少一种试剂还可 包括至少一种交联剂。
在一些实施方案中，木素基材料可具有每木素单元(unit)约1 至约4个羟甲基基团。在一些实施方案中，木素基材料与至少一种试 剂的摩尔比率基于木素基材料中的羟甲基的数目和至少一种试剂中 的羟甲基的数目可以为约1:1至约1:1.3。在一些实施方案中，木素基 材料与至少一种试剂的比率可以为约1:1。比率的具体的例子包括约 1:1、约1:1.2、约1:1.3、和这些值中的任何两个之间的范围(例如， 从约1:1至约1:1.2)。
在一些实施方案中，木素基材料与至少一种试剂的接触发生在约 50℃至约70℃下，持续约60分钟至约90分钟。在一些实施方案中， 木素基材料与至少一种试剂的接触在约60℃下发生，持续约1小时。 温度的具体的例子包括约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约55℃至约65℃)。接 触时间的具体的例子包括约1小时、约1.25小时、约1.5小时、和这 些值中的任何两个之间的范围(例如，从约1小时至约1.5小时)。
在一些实施方案中，可一定量的将表面活性剂添加到包括控释废 料的混合物中。在一些实施方案中，表面活性剂是木素基表面活性剂。 在一些实施方案中，木素基表面活性剂是木素羧酸盐、木素磺化羧酸 盐、木素乙醇胺、木素磺酸盐乙醇胺、木素葡糖苷、木素磺酸盐葡糖 苷、木素氨基酸或木素磺酸盐氨基酸。在一些实施方案中，根据所需 的土壤湿润度，表面活性剂的量为约2重量百分比至约5重量百分比。
在一些实施方案中，可冷却包括控释肥料的混合物。在这些实施 方案中，可随后将包括控释肥料的冷却的混合物过滤，然后进行干燥 以产生固体。在一些实施方案中，随后可碾磨固化的混合物。在另外 的实施方案中，可筛滤碾磨的混合物。
在一个实施方案中，制备水凝胶控释肥料的方法包括将木素基材 料与至少一种试剂相接触以产生包括水凝胶控释肥料的混合物，其中 至少一种试剂可包括氮基化合物的羟甲基、交联剂、水凝胶形成物质， 或其组合。在一些实施方案中，木素基材料是羟甲基木素或羟甲基木 素磺酸盐，或其组合。
在一些实施方案中，木素基材料可具有每木素单元约1至约4个 羟甲基基团。在一些实施方案中，木素基材料与氮基化合物的羟甲基 的摩尔比率基于木素基材料中的羟甲基基团的数目与氮基化合物的 羟甲基中的羟甲基基团的数目可以为约1:1至约1:1.3。在一些实施方 案中，木素基材料与氮基化合物的羟甲基的摩尔比率可以为约1:1。 比率的具体的例子包括约1:1、约1:1.2、约1:1.3、和这些值中的任何 两个之间的范围(例如，从约1:1至约1:1.2)。
在一些实施方案中，交联剂可以是约0.5重量百分比至约1.5重 量百分比的包括水凝胶控释肥料的混合物。交联剂的量的具体的例子 包括约0.5重量百分比、约0.75重量百分比、约1重量百分比、约 1.25重量百分比、约1.5重量百分比、和这些值中的任何两个之间的 范围(例如，从约1重量百分比至约1.5重量百分比)。
在一些实施方案中，具有水凝胶的材料可以为约5重量百分比至 约15重量百分比的包括水凝胶控释肥料的混合物。交联剂的具体的 例子包括约5重量百分比、约7重量百分比、约10重量百分比、约 12重量百分比、约15重量百分比、和这些值中的任何两个之间的范 围(例如，从约10重量百分比至约15重量百分比)。
在一些实施方案中，木素基材料与至少一种试剂的接触在约50℃ 至约70℃下发生，持续约60分钟至约90分钟。在一些实施方案中， 木素基材料与至少一种试剂的接触发生在约60℃下，持续约1小时。 温度的具体的例子包括约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃ 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约60℃至约65℃)。接 触时间的具体的例子包括约1小时、约1.25小时、约1.5小时、和这 些值中的任何两个之间的范围(例如，从约1小时至约1.5小时)。
在一些实施方案中，可将一定量的表面活性剂添加到包括水凝胶 控释肥料的混合物中。在一些实施方案中，表面活性剂是木素基表面 活性剂。在一些实施方案中，木素基表面活性剂是木素羧酸盐、木素 磺化羧酸盐、木素乙醇胺、木素磺酸盐乙醇胺、木素葡糖苷、木素磺 酸盐葡糖苷、木素氨基酸或木素磺酸盐氨基酸。在一些实施方案中， 表面活性剂的量为约2重量百分比至约5重量百分比。
在一些实施方案中，可将包括控释肥料的混合物冷却以产生包括 水凝胶控释肥料的悬浮液。在这些实施方案中，可将水凝胶控释肥料 用作液体肥料。在另外的实施方案中，冷却包括水凝胶控释肥料的混 合物可产生固体。在这些实施方案中，可碾磨固化的混合物。在另外 的实施方案中，可筛滤碾磨的混合物。
在实施方案中，氮基化合物的羟甲基、交联剂和水凝胶形成物质 可包括单个化合物、两个不同的化合物或三个不同的化合物。例如， 氮基化合物的一些羟甲基还可以是交联剂、水凝胶形成物质，或二者， 且一些交联剂还可以是水凝胶形成物质。
在实施方案中，氮基化合物的羟甲基可选自羟甲基脲；线性脲甲 醛的羟甲基；羟甲基缩二脲；聚脲的羟甲基；在来自二羟基脲的羟甲 基胺共反应物的存在下聚脲甲醛的羟甲基；在来自二羟基脲的羟甲基 胺共反应物的存在下聚脲的羟甲基；聚氨基酸盐的羟甲基；硫酸软骨 素的羟甲基；软骨素的羟甲基；氨基酸盐的羟甲基；聚氨基酸的羟甲 基；二羟甲基聚脲；三羟甲基聚脲；四羟甲基聚脲；低聚羟甲基聚脲； 二羟甲基聚脲甲醛；三羟甲基聚脲甲醛；四羟甲基聚脲甲醛；低聚羟 甲基聚脲甲醛；二羟甲基脲；三羟甲基脲；四羟甲基脲；低聚羟甲基 脲；二羟甲基聚丙烯酰胺；三羟甲基聚丙烯酰胺；四羟甲基聚丙烯酰 胺；低聚羟甲基聚丙烯酰胺；聚氨基酸盐缩合物的二羟甲基；聚氨基 酸盐缩合物的三羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的四羟甲基；聚氨基酸盐 缩合物的低聚羟甲基；氨基酸的二羟甲基；氨基酸的三羟甲基；氨基 酸的四羟甲基；氨基酸的低聚羟甲基；硫酸软骨素的二羟甲基；硫酸 软骨素的三羟甲基；硫酸软骨素的四羟甲基；硫酸软骨素的低聚羟甲 基；软骨素的二羟甲基；软骨素的三羟甲基；软骨素的四羟甲基；软 骨素的低聚羟甲基；二羟甲基缩二脲；三羟甲基缩二脲；四羟甲基缩 二脲；低聚羟甲基缩二脲；二羟甲基丙烯酰胺，及其组合。
在一些实施方案中，氮基化合物的羟甲基可通过羟甲基化前体化 合物来制备，所述前体化合物包括脲、缩二脲、聚脲、聚脲甲醛、丙 烯酰胺、聚丙烯酰胺、软骨素、硫酸软骨素、氨基酸、氨基酸盐，或 其任意组合。在一些实施方案中，可将前体化合物与甲醛以约1:2.5 的摩尔比率相接触以产生包括氮基化合物的羟甲基的混合物。前体化 合物与甲醛的摩尔比率可以为约1:1至约1:3、约1:1至约1:2.5、约 1:1至约1:2或约1:1至约1:1.5。比率的具体的例子包括约1:1、约 1:1.5、约1:2、约1:2.5、约1:3、和这些值中的任何两个之间的范围 (例如，从约1:2至约1:2.5)。
在一些实施方案中，可将前体化合物与甲醛在pH约8至约11、 pH约9至约11或pH约9.5至约10.5下相接触。pH的具体的例子包 括约8、约8.5、约9、约9.5、约10、约10.5、约11、和这些值中的 任何两个之间的范围(例如，从约9至约11)。在一些实施方案中， 可将前体化合物与甲醛在pH约9至约10下相接触。
在一些实施方案中，前体化合物与甲醛的接触在约50℃至约 70℃下发生，持续约1至约4小时。在一些实施方案中，前体化合物 与甲醛的接触在约60℃至约65℃下发生，持续约2至约3小时。温 度的具体的例子包括约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约55℃至约65℃)。接 触时间的具体的例子包括约1小时、约2小时、约3小时、约4小时 和这些值中的任何两个之间的范围(例如，从约3小时至约4小时)。
在一些实施方案中，可将包括氮基化合物的羟甲基的混合物冷却 到约0℃至约5℃的温度。温度的具体的例子包括约0℃、约1℃、约 2℃、约3℃、约4℃、约5℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例 如，从约3℃至约5℃)。在这些实施方案中，可利用预冷却的磷酸、 氨基羧酸或羟基羧酸中和冷却的混合物，其中预冷却的磷酸在约0℃ 至约10℃的温度下。温度的具体的例子包括约0℃、约2℃、约4℃、 约6℃、约8℃、约10℃、和这些值中的任何两个之间的范围(例如， 从约6℃至约10℃)。在一些实施方案中，可在减压下干燥中和的混 合物以产生氮基化合物的羟甲基。
在实施方案中，交联剂可选自二羟甲基聚脲；三羟甲基聚脲；四 羟甲基聚脲；低聚羟甲基聚脲；二羟甲基聚脲甲醛；三羟甲基聚脲甲 醛、四羟甲基聚脲甲醛；低聚羟甲基聚脲甲醛；二羟甲基脲；三羟甲 基脲；四羟甲基脲；低聚羟甲基脲；二羟甲基聚丙烯酰胺；三羟甲基 聚丙烯酰胺；四羟甲基聚丙烯酰胺；低聚羟甲基聚丙烯酰胺；聚氨基 酸盐缩合物的二羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的三羟甲基；聚氨基酸盐 缩合物的四羟甲基；聚氨基酸盐缩合物的低聚羟甲基；氨基酸的二羟 甲基；氨基酸的三羟甲基；氨基酸的四羟甲基；氨基酸的低聚羟甲基； 硫酸软骨素的二羟甲基；硫酸软骨素的三羟甲基；硫酸软骨素的四羟 甲基；硫酸软骨素的低聚羟甲基；软骨素的二羟甲基；软骨素的三羟 甲基、软骨素的四羟甲基、软骨素的四羟甲基；软骨素的低聚羟甲基； 二羟甲基缩二脲；三羟甲基缩二脲；四羟甲基缩二脲；低聚羟甲基缩 二脲；二羟甲基丙烯酰胺；异氰酸盐封端的多元醇；聚羟基羧酸；聚 氨基酸；软骨素；硫酸软骨素；及其组合。
在实施方案中，水凝胶形成物质可选自羟甲基聚丙烯酰胺；聚氨 基酸；羟甲基聚氨基酸；软骨素；硫酸软骨素；羟甲基软骨素；羟甲 基硫酸软骨素；聚羟基羧酸；及其组合。
在实施方案中，肥料可包括木素脲加合物、木素磺酸盐脲加合物、 木素聚脲加合物、木素磺酸盐聚脲加合物、木素缩二脲加合物、木素 磺酸盐缩二脲加合物、木素聚脲甲醛加合物、木素磺酸盐聚脲甲醛加 合物、木素氨基酸加合物、木素磺酸盐氨基酸加合物、木素硫酸软骨 素加合物、木素磺酸盐硫酸软骨素加合物、木素聚脲聚丙烯酸盐加合 物、木素磺酸盐聚脲聚丙烯酸盐加合物、木素-脲-氨基酸加合物、木 素磺酸盐-脲-氨基酸加合物、木素-脲-硫酸软骨素加合物、木素磺酸 盐-脲-硫酸软骨素加合物、木素-脲-聚羟基羧酸盐加合物、木素磺酸 盐-脲-聚羟基羧酸盐加合物、或其组合。在一些实施方案中，肥料的 形式可以是控释氮肥料、控释氮/磷/钾(NPK)肥料、控释水凝胶肥 料、或其组合。在一些实施方案中，肥料可以是高氮或高氮/磷/钾 (NPK)肥料。在一些实施方案中，肥料可以是用于斥水土壤的土壤 稳定剂的形式或土壤改良剂的形式。
实施例
实施例1：黑液来源的木素转化为羟甲基木素
将具有50％至60％固体含量和pH范围在9至13的黑液(1L) 用不同量(100、200、400、600和800mL)的甲醛溶液(36％至38％ 甲醛含量[重量/体积])处理以获得20:1、10:1、5:1、3.6:1和2.5:1的 木素:甲醛净比率。每个反应在装配有有效机械搅拌器的五颈法兰 (flanged)顶端反应容器中进行，所述机械搅拌器浸入到热状态(stated) 的水浴中。研究反应pH、温度、时间和反应物比率对形成的羟甲基 的浓度的影响。利用硝酸高铈铵和差示扫描量热法通过比色技术确定 反应混合物中的羟甲基木素的浓度。在被测试的参数中，反应时间3 小时、pH 10、温度65-70℃，和木素:甲醛净净有效含量比率5:1得到 最高浓度的羟甲基木素衍生物。获得的羟甲基木素衍生物可原位使用 或从溶液中分离和稳定。
表1-1：木素:醛的重量比率对每结构单元木素的羟甲基基团数目 的影响，通过比色法和DSC所测定

*在反应混合物中发现过量的未反应的甲醛
表1-2：在木素:醛的重量比率＝5:1时，反应温度对每结构单元木 素的羟甲基基团数目的影响

*高于80℃的温度即使在较少的反应时间中也产生交联产物
表1-3：在木素:醛＝5:1的重量比率和反应温度＝65-70℃下，pH 对每结构单元的木素的羟甲基基团数目的影响

*pH 13及以上即使在较少的反应时间中也产生凝胶交联产物。
表1-4：在木素:醛的重量比率＝5:1，pH＝9-10，和反应温度＝65-70℃ 下，反应时间对每结构单元木素的羟甲基基团数目的影响

*反应时间大于5小时得到交联的凝胶产物
实施例2：羟甲基木素的纯化和稳定
将来自实施例1的每种情况中的羟甲基木素反应产物冷却至 0-5℃并通过添加预冷却的10％磷酸(5℃下)中和至pH 7。将粘性的 半固体羟甲基木素产物从含水溶液中分离，溶于乙醇中，利用分子筛 干燥，且在减压下蒸发乙醇后直接使用或通过醇稳定以贮藏在冷藏室 内以用于以后应用。
实施例3：从固体木素废物中制备和分离羟甲基木素
将来自制浆废物的固体木素(500g)溶于10-20％的氢氧化钠溶 液中，将pH调整到9-10，且具有50％至60％的固体含量，并以木素: 甲醛的净比率为20:1、10:1、5:1、3.6:1和2.5:1用甲醛处理溶液。在 反应时间3小时，pH 10，温度60-75℃和木素:甲醛净有效含量比率 5:1下得到每木素结构单元2.8个羟甲基基团(典型的值示于表1-1 至1-4中)。
实施例4：羟甲基木素磺酸盐衍生物的制备
将木素磺酸盐制浆副产物调整到pH 10，具有50％至60％固体含 量，并利用不同量的甲醛溶液处理以获得20:1、10:1、5:1、3.6:1和 2.5:1的木素:甲醛净比率。
实施例5：木素羧酸钠的制备
在30℃下将实施例1或2中制备的1摩尔的羟甲基木素溶液用 与羟甲基基团等摩尔的柠檬酸处理，混合2小时。然后将反应混合物 回流1小时，冷却，并用20％的氢氧化钠溶液中和以获得木素羧酸钠。
实施例6：木素羧化磺酸钠(sodium lignocarboxylatesulphonate)的 制备
在30℃下将实施例4中制备的1摩尔的羟甲基木素磺酸盐用与 羟甲基基团等摩尔的柠檬酸处理，混合2小时，然后将反应混合物回 流1小时，冷却，并利用20％的氢氧化钠溶液中和以获得木素羧化磺 酸钠双官能性表面活性剂。
实施例7：木素葡萄糖酸钠的制备
在30℃下将实施例1或2中制备的1摩尔羟甲基木素溶液用与 羟甲基基团等摩尔的葡萄糖酸钠或葡糖酸处理。当使用葡萄糖酸钠作 为反应物时，将10％的葡糖酸作为催化剂和将共反应物添加到反应混 合物中。混合反应混合物两小时，然后回流1小时、冷却、并利用 20％的氢氧化钠溶液中和以获得木素葡萄糖酸钠表面活性剂。
实施例8：木素磺化葡萄糖酸钠的制备
在30℃下将实施例4中制备的1摩尔羟甲基木素磺酸盐溶液用 与羟甲基基团等摩尔的葡萄糖酸钠或葡糖酸处理。当使用葡萄糖酸钠 作为反应物时，将10％的葡糖酸作为催化剂和将共反应物添加到反应 混合物中。混合反应混合物两小时，然后回流1小时、冷却、并利用 20％的氢氧化钠溶液中和以获得木素磺化葡萄糖酸钠作为木素基表 面活性剂。
实施例9：从黑液和二氧化碳中制备木素羧酸盐
将高压灭菌反应器装入黑液和固体二氧化碳(干冰)，然后关紧 并在100atm压力下加热到125℃，同时搅拌5小时。冷却反应混合 物，然后通过对纯化的样品进行FTIR光谱学分析来确定羧化的程度。 定量分析基于与羧基基团相关的1750cm-1处的峰高度。产物经历了 羧化，如通过羧化反应之后固体含量的2-5％增长所证明，这与FTIR 结果相当一致。
实施例10：羟甲基木素与碳水化合物的反应
在作为催化剂的磷酸存在下将来自实施例1的等摩尔量的半粘 性的羟甲基木素与以下的每种碳水化合物来源(来自大枣的右旋糖糖 浆、葡萄糖糖浆和蔗糖糖浆、山梨醇和麦芽糖)混合在一起，并在 1500W微波炉中加热30分钟。获得均质的粘性产物，其根据羟甲基 木素的来源和每木素分子的羟甲基基团的数目而部分溶于水。分离可 溶的部分并确定其表面活性剂性质，包括：动态和静态表面张力、粘 度和浊点。高摩尔量羟甲基木素产生几乎不可溶的产物(95％)且具 有优良的乳化和湿润性质。
实施例11：羟甲基木素和羟甲基木素磺酸盐与氨基酸的反应
在作为溶剂的三乙胺存在下，利用与羟甲基基团等摩尔的氨基酸 钠盐，使等摩尔量的来自实施例1的羟甲基木素和羟甲基木素磺酸盐 衍生物与、精氨酸的钠盐、亮氨酸的钠盐、赖氨酸的钠盐、甘氨酸的 钠盐、谷氨酸的钠盐、天冬氨酸的钠盐和硫酸软骨素的钠盐起反应。 在水浴上于60℃下将反应混合物加热3小时。分离获得的木素氨基 酸盐表面活性剂、将其纯化，并测定表面活性剂的总效率，包括：含 不同浓度的每种表面活性剂的水的表面张力测量，粘度和浊点。
实施例12：从木素基材料和氨基酸制备Gemini表面活性剂
在作为溶剂的三乙胺存在下，将来自实施例1的每分子具有两个 或多个羟甲基基团的羟甲基木素和羟甲基木素磺酸盐衍生物与等摩 尔量的精氨酸的钠盐、亮氨酸的钠盐、赖氨酸的钠盐、甘氨酸的钠盐、 谷氨酸的钠盐、天冬氨酸的钠盐和硫酸软骨素的钠盐起反应，所述等 摩尔量基于氨基酸盐的摩尔数与羟甲基基团的摩尔数。分离获得的木 素基Gemini表面活性剂、将其纯化、并测定表面活性剂的总效率， 包括：含不同浓度的每种表面活性剂的水的表面张力测量，粘度和浊 点。这些表面活性剂的表面活性剂效率优于来自实施例11的那些。
实施例13：从木素基材料和乙二胺制备Gemini表面活性剂
将来自实施例1的具有每分子两个或多个羟甲基基团的羟甲基 木素和羟甲基木素磺酸盐衍生物与一系列的乙二胺(乙二胺、二乙三 胺、三乙四胺和四乙五胺)起反应，反应通过基于氨基酸钠盐的摩尔 数与羟甲基基团的摩尔数将等摩尔量的每种组分混合并在60-70℃下 加热混合物3小时来进行。分离获得的木素基Gemini表面活性剂、 将其纯化并测定表面活性剂的总效率，包括：含不同浓度的每种表面 活性剂的水的表面张力测量，粘度和浊点。
实施例14：羟甲基木素与环氧化物封端的聚乙烯氧化物的反应
在作为催化剂的磷酸存在下，将来自实施例1的羟甲基木素和环 氧基封端的聚乙烯氧化物(Mn＝200-600)以基于聚乙烯氧化物的摩 尔数与羟甲基基团的摩尔数的等摩尔比率相组合，并加热至50-60℃， 同时持续混合3小时。分离获得的木素基表面活性剂、将其纯化并测 定表面活性剂的总效率，包括：含不同浓度的每种表面活性剂的水的 表面张力测量，粘度和浊点。
实施例14：羟甲基木素与硅油的反应
，利用基于硅氧烷的摩尔数与羟甲基基团的摩尔数的相等的摩尔 比率将来自实施例1的羟甲基木素和活性硅氧烷基团封端的硅油相 组合，同时持续在室温下混合并在干燥条件下过夜。分离获得的木素 基表面活性剂、将其纯化、并测定表面活性剂的总效率，包括：含不 同浓度的每种表面活性剂的水的表面张力测量，粘度和浊点。
实施例15：羟甲基木素与羟甲基脲的反应
将来自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)与100g羟甲基脲在 装有机械搅拌器的反应容器中组合。加热混合物至60℃，反应1小 时，且然后冷却至凝固。碾磨木素脲反应产物并筛选成不同尺寸的颗 粒。利用浸柱(leaching column)和标准的静态浸出实验(standard static  leaching test)评估作为控释肥料的产物。
实施例16：羟甲基木素与线性脲甲醛的羟甲基的反应
将来自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)与线性脲甲醛树脂 (100g)在装有机械搅拌器的反应容器中组合。加热混合物至60℃， 反应1小时，且然后冷却至凝固。碾磨木素脲反应产物并筛选成不同 尺寸的颗粒。利用浸柱和标准的静态浸出实验评估作为控释肥料的产 物。
实施例17：羟甲基木素与羟甲基缩二脲的反应
将来自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)与羟甲基缩二脲(100 g)在装有机械搅拌器的反应容器中组合。加热混合物至60℃，反应 1小时，且然后冷却至凝固。碾磨木素缩二脲反应产物并筛选成不同 尺寸的颗粒。利用浸柱和标准的静态浸出实验评估作为控释肥料的产 物。
实施例18：羟甲基木素与羟甲基聚脲甲醛和交联剂的反应
在0.05、0.1、0.2和0.3重量百分比的来自二羟基脲的羟甲基胺 共反应物存在下，将来自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)与羟 甲基聚脲甲醛(100g)在装有机械搅拌器的反应容器中组合。加热 混合物至60℃，反应1小时，且然后冷却至凝固。碾磨木素聚脲甲 醛反应产物并筛选成不同尺寸的颗粒。利用浸柱和标准的静态浸出实 验评估作为控释肥料的产物。将吸收的水的重量百分比作为时间、温 度和pH的函数评估水凝胶性质。
实施例19：羟甲基木素与硫酸软骨素的反应
将来自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)与硫酸软骨素(100 g)在装有机械搅拌器的反应容器中组合。加热混合物至60℃，反应 1小时，且然后冷却至凝固。碾磨木素硫酸软骨素水凝胶反应产物并 筛选成不同尺寸的颗粒。利用浸柱和标准的静态浸出实验评估作为水 凝胶控释肥料的产物。将吸收的水的重量百分比作为时间、温度和 pH的函数评估水凝胶性质。
实施例20：羟甲基木素与羟甲基聚丙烯酰胺和二羟甲基脲的反 应
在0.05、0.1、0.2和0.3重量百分比的二羟甲基脲存在下，将来 自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)与羟甲基聚丙烯酰胺(100g) 在装有机械搅拌器的反应容器中组合。加热混合物至60℃，反应1 小时，且然后冷却至凝固。碾磨木素聚脲聚丙烯酸水凝胶反应产物并 筛选成不同尺寸的颗粒。利用浸柱和标准的静态浸出实验评估作为水 凝胶控释肥料的产物。将吸收的水的重量百分比作为时间、温度和 pH的函数评估水凝胶性质。
实施例21：羟甲基木素与羟甲基脲和异氰酸盐封端的聚氨基甲 酸酯的反应
将来自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)与羟甲基脲(100g) 和作为水凝胶和交联剂的0.05、0.1、0.15和0.2重量百分比的活性异 氰酸盐封端的聚氨基甲酸酯相组合。反应立即发生而获得木素基水凝 胶控释肥料。碾磨产物并筛选成不同尺寸的颗粒。利用浸柱和标准的 静态浸出实验评估作为水凝胶控释肥料的产物。将吸收的水的重量百 分比作为时间、温度和pH的函数评估水凝胶性质。
实施例25：羟甲基木素与木素磺化羧酸盐表面活性剂和羟甲基 脲的反应
将来自实施例1的羟甲基木素树脂(200g)悬浮于10升的水中 并与2至5重量百分比的木素磺化羧酸盐表面活性剂和羟甲基脲(100 g)相组合。充分混合混合物5分钟，获得均质的乳液。在热固化之 后，将羟甲基木素乳液喷雾到土壤(尘土，dusted soil)上并利用隧道式 腐蚀(tunnel erosion)方法将其作为土壤稳定剂来评估。同样利用浸 柱和标准的静态浸出实验评估作为水凝胶控释肥料的产物。将吸收的 水的重量百分比作为时间、温度和pH的函数评估水凝胶性质。
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如本领域技术人员所理解的，出于任何和所有目的，比如提供书 面说明书，本文所公开的所有范围还包括任何和全部可能的亚范围和 其亚范围的组合。任何所列的范围均可容易地被认为足以描述和使相 同的范围被分解为至少相等的两份、三份、四份、五份、十份等。作 为非限制性例子，本文所讨论的每个范围均可易于分为下三分之一 (lower third)、中三分之一和上三分之一等。如由本领域技术人员所理 解的，所有语言诸如“上至”、“至少”和类似语言均包括所述的数目， 并指可随后被分为如上所讨论的亚范围的范围。最后，如将被本领域 技术人员所理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有 1-3个取代基的基团指具有1、2或3个取代基的基团。相似地，具有 1-5个取代基的基团指具有1、2、3、4或5个取代基的基团等等。