一种阴离子型葡聚糖絮凝剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物絮凝剂领域，特别是涉及一种阴离子型葡聚糖絮凝剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的飞速发展及人口的增长，越来越多的地表水与地下水受到不同程度的污染，水质恶化、水资源短缺已经是当今社会迫切需要解决的巨大难题。在水处理领域，絮凝技术是应用最多也最关键的一步工序，而絮凝效率的高低主要取决于絮凝剂种类的选择。在过去几十年中，无机絮凝剂(铝盐与铁盐等)与合成的一些有机聚合物(如聚丙烯酰胺)在絮凝工序中得到了广泛的应用，但是也导致了严重的二次污染与新的环境问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种绿色环保无公害的阴离子型葡聚糖絮凝剂的制备方法。
[0004]为了解决上述问题，本发明公开了一种阴离子型葡聚糖絮凝剂的制备方法，所述方法包括:
[0005]步骤1、采用PH5.0的乙酸-乙酸钠缓冲溶液配制蔗糖溶液，在所述蔗糖溶液中添加葡聚糖蔗糖酶，在26?28°C下，进行酶催化反应24?28小时，直至反应液的动力粘度达到8000?10000CPS，终止所述酶催化反应，沉淀出高分子葡聚糖并洗涤后溶于水中，得到固含量为5?10%的高分子葡聚糖溶液；
[0006]步骤2、无氧条件下，向所述高分子葡聚糖溶液中添加摩尔浓度比例为(I:10)?(4:1)的过硫酸钾与亚硫酸氢钠作为引发剂，在50°C?70°C下保温15?20min后，添加丙烯酸钠溶液作为阴离子单体进行接枝共聚反应2?4小时，终止所述接枝共聚反应，采用乙醇沉淀出接枝粗产物，经乙醇洗涤后复溶于水中，即制得乳白色粘稠液体状的阴离子型葡聚糖絮凝剂。
[0007]优选地，所述的葡聚糖蔗糖酶是由肠膜状明串珠菌与棘孢青霉混菌发酵所得。
[0008]优选地，采用葡聚糖蔗糖酶催化蔗糖溶液时，所述蔗糖的摩尔浓度为0.2?1.0mol/L、所述葡聚糖蔗糖酶的浓度为0.5?3.0U/mL。
[0009]优选地，所述过硫酸钾的摩尔浓度为0.1?1.0mmol/L,所述亚硫酸氢钠的摩尔浓度为 0.25 ?1.0mmol /L
[0010]优选地，所述方法还包括:
[0011]将所述乳白色粘稠液体状的阴离子型葡聚糖絮凝剂制成冻干粉；
[0012]或，对所制备的阴离子型葡聚糖絮凝剂经45%乙醇反复洗涤后置于45?55°C烘箱中干燥过夜，得到白色干燥固体颗粒。
[0013]优选地，所述接枝共聚反应中，所述丙烯酸钠的摩尔浓度为0.05?0.20mol/L，所述生物高分子葡聚糖与所述丙烯酸钠的体积比为1:1。
[0014]优选地，采用所述pH5.0的乙酸-乙酸钠缓冲溶液配制成摩尔浓度为0.2?1.0mol/L的所述蔗糖溶液；
[0015]所述终止所述酶催化反应包括:
[0016]采用加热保温的方式终止酶催化反应；
[0017]所述沉淀出高分子葡聚糖并洗涤后溶于水中的步骤包括:
[0018]冷却后用95%的乙醇沉淀出高分子葡聚糖，将沉淀物用45%的乙醇洗涤，最后将其溶于蒸馏水中。
[0019]优选地，所述终止所述接枝共聚反应包括:
[0020]通过冷却终止所述接枝共聚反应；
[0021]所述采用乙醇沉淀出接枝粗产物，经乙醇洗涤后复溶于水中包括:
[0022]采用95%乙醇沉淀出接枝粗产物，经45%乙醇反复洗涤后，复溶于蒸馏水中。
[0023]与现有技术相比，本发明包括以下优点:
[0024]通过本发明实施例，首先采用葡聚糖蔗糖酶催化蔗糖溶液，制得高粘度的生物高分子葡聚糖溶液；然后在无氧条件下，在过硫酸钾与亚硫酸氢钠构成的氧化还原引发体系内，以所得生物高分子葡聚糖为底物，以丙烯酸钠为阴离子单体，进行接枝共聚反应，得到葡聚糖的阴离子型衍生物，即为阴离子型葡聚糖絮凝剂。
[0025]本发明实施例创新地将葡聚糖应用于环保领域，将生物高分子的接枝共聚应用到葡聚糖的衍生化，得到的葡聚糖接枝产物，可以作为一种优良的生物高分子絮凝剂，用于处理各类水污染问题。
[0026]与市售有机絮凝剂相比，本发明实施例的絮凝剂安全无毒无公害，无任何对环境有危害的成分，实现了绿色生物絮凝剂的工业化生产与应用。并且，基于生物高分子的基本骨架结构，接枝后的衍生物仍然可以再生，并可以生物降解，符合可持续发展的生态观。因此，这种高的亲和性结合本身的低毒性使得葡聚糖衍生物絮凝剂在重金属环境污染方面有非常大的应用前景。
[0027]此外，本发明实施例的方案工艺步骤简单、制备工艺周期短，并且原料价格低廉。
[0028]经具体应用，采用本发明实施例的方案制备出的阴离子型葡聚糖絮凝剂絮凝活性高，用量少，尤其对高岭土悬浊液的浊度去除率高达99%，并可与其他絮凝剂配合使用，处理各类水污染问题。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的一种阴离子型葡聚糖絮凝剂的制备方法流程图；
[0030]图2是本发明实施例的示例I中阴离子型葡聚糖絮凝剂的红外光谱图；
[0031]图3是本发明实施例的示例I中阴离子型葡聚糖絮凝剂冻干粉的X射线晶体衍射图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0033]下述实施例中所述的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0034]无机絮凝剂和有机絮凝剂均存在污染环境的问题，而天然高分子聚合物属于可再生资源，具备使用方便、容易降解、无二次污染等这些得天独厚的优势，然而，大多数天然高分子物质表面电荷弱、分子量不够高、水溶性差，因此需要对生物高分子进行化学修饰，本发明提出了一种阴离子型葡聚糖絮凝剂的制备方法。
[0035]参照图1，其示出了本发明实施例所述一种阴离子型葡聚糖絮凝剂的制备方法的流程图，所述方法具体可以包括:
[0036]步骤101、采用pH5.0的乙酸-乙酸钠缓冲溶液配制蔗糖溶液，在所述蔗糖溶液中添加葡聚糖蔗糖酶，在26?28°C下，进行酶催化反应24?28小时，直至反应液的动力粘度达到8000?10000CPS，终止所述酶催化反应，沉淀出高分子葡聚糖并洗涤后溶于水中，得到固含量为5?10%的高分子葡聚糖溶液。
[0037]本发明实施例的方案中，首先采用葡聚糖蔗糖酶催化蔗糖溶液，制得动力粘度为8000?10000CPS的生物高分子葡聚糖溶液。酶催化反应条件温和、能耗低，采用乙酸-乙酸钠严格控制反应液的PH为5.0，并为了保证高分子葡聚糖的纯度，需要控制反应时间，使得反应液的动力粘度在8000?10000CPS。
[0038]步骤102、无氧条件下，向所述高分子葡聚糖溶液中添加摩尔浓度比例为(I:10)?(4:1)的过硫酸钾与亚硫酸氢钠作为引发剂，在50°C?70°C下保温15?20min后，添加丙烯酸钠溶液作为阴离子单体进行接枝共聚反应2?4小时，终止所述接枝共聚反应，采用乙醇沉淀出接枝粗产物，经乙醇洗涤后复溶于水中，即制得乳白色粘稠液体状的阴离子型葡聚糖絮凝剂。
[0039]本发明实施例在制得生物高分子葡聚糖溶液后，进一步，在过硫酸钾与亚硫酸氢钠构成的氧化还原引发体系内，以上述所得生物高分子葡聚糖为底物，以丙烯酸钠为阴离子单体，进行接枝共聚反应，得到葡聚糖的阴离子型衍生物，即为阴离子型葡聚糖絮凝剂。
[0040]葡聚糖是世界上第一个工业化生产的多糖，由葡萄糖单元通过α -1, 6-糖苷键与α -1, 3-糖苷键连接而成，是一类具有重要商业价值的生物高分子，被广泛应用于医药、食品及化工领域。本发明创新将葡聚糖应用于环保领域，将生物高分子的接枝共聚应用到葡聚糖的衍生化，得到的