专利名称：一种植物杂多糖磺酸盐及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及植物杂多糖的磺化改性及其在水处理中的应用性能的研究，具体地说是一种磺化改性植物杂多糖阻垢剂的制备及其磺酸盐类改性的阻垢剂的应用方法。
背景技术：
植物杂多糖是广泛存在于植物的秸杆、根、果实和种子中的一种杂糖环多聚大分子化合物，资源丰富、分布广泛。题为“中国农作物秸杆资源及其利用现状”(韩鲁佳等，农业工程学报，2002，18 (3)87"89)报道了，世界每年秸杆产量约为40X IO8吨，分布在亚、非、美洲等区域；其分子结构是由一系列的葡萄糖、鼠李糖、树胶醛糖等五元或六元糖单元聚合而成，具有一定的分子量分布；分子内含有大量的羟基、醛基、胺基、羧基、醚键等官能团，这些官能团具有一定的螯合和配位能力，同时也具有很强的反应活性，易于实现进一步功能基的引入。然而，天然植物多糖资源的开发利用还非常有限，据联合国粮农组织统计，世界作物秸杆有66%直接还田或作为生活能源而被烧掉，19%做房屋建筑材料或蔬菜生产覆盖材料等，12%作为草食家畜的饲料，另有3%左右作为手工艺业的原料。形成工业化规模生产的秸杆资源化利用技术项目更是凤毛麟角。目前研究较为成熟的技术，其一，秸杆发电技术，自丹麦率先推广以后，西班牙、英国、瑞典、芬兰、法国、日本、美国以及印度等相继推广了该技术，其中，题为“秸杆生物质能源的应用现状与前景”(娄玥芸等，化学与生物工程，2010，27 (9)73-76)报道了 2010年美国生物质能发电总量达到13000MW装机容量。其二，开发基本化工原料，题为“Energy and Environmental Aspects ofUsing Corn Stover for FuelEthanol，， (Sheehan John et al,Journal ofIndustrial Ecology,2004,7(3-4) :117 146)中论证了玉米杆转变为能源物质的可行性和必要性，阐述了由多糖类化合物制备乙醇、乙酸等的工艺和经济价值，为寻找传统能源物质的替代产品开僻了一条新道路。尽管如此，这些仅仅是对秸杆的初级利用，而寻找更高经济附加值和探索传统化学品的替代品的开发才是更高的目标。无固相杂多糖苷水基钻井液便是这样一种新型的多功能绿色钻井液，具有优良的降滤失能力、防漏、防塌陷、增粘、抗盐、抗高温等优点，同时可生物降解，不产生二次污染。另外，也有文献报道利用动物贝壳中的壳聚糖和纤维素、淀粉等多聚糖，进行改性水处理剂的研究；但对植物杂多糖进行磺化改性，并将其用做水处理阻垢剂未见文献报道。目前，工业上运用的阻硫酸钙垢的水处理药剂主要是有机膦酸盐类水处理剂。它们具有如下缺点1.当pH>7. 5或pH〈6. 5时，水解速度会加快，生成的正磷酸盐易于与Ca2+生成磷酸钙垢；2.为藻类提供了丰富的营养物，导致菌藻大量繁殖，给系统带来新的杀菌灭藻问题；3.水解速度随着浓度和温度的升高而加快，在温度超过90°C时会发生象无机聚磷酸盐那样的水解现象，其水解产物与二价金属阳离子反应而结垢4.许多性质与磷酸盐类似，用量不宜过高，否则易生成垢；5.易粘附于设备表面，与油类易发生乳化，在油田中使用需要加入防乳化剂；6.药剂不可降解，会造成二次污染。因此，以来源广泛、可再生的杂多糖类化合物为基体，探索传统水处理化学品的替代品，具有重要实际意义。本专利就是在此思想的指导下，以植物杂多糖作为改性基体，对其进行了磺化改性，制备了新型的无磷、无氮、高效阻硫酸钙垢的阻垢剂，并参照水处理药剂的相关国标评价了其应用性能。
发明内容
本发明针对上述不足，主要目的是制备2，3-环氧丙磺酸钠磺化改性的植物杂多糖阻垢剂。这种磺化改性的水处理药剂具有非常好的阻垢分散性能，具有较宽的PH适用范围，不受严格的用量限制，不会由于用量过大造成负面影响，不会对环境造成二次污染，生物可降解，作为一种传统水处理化学品的替代品，是一种绿色、高效、具有良好应用前景的水处理药剂。本发明的技术方案为一种植物杂多糖磺酸盐，其分子结构式如下
权利要求
1.ー种植物杂多糖磺酸盐，其特征为该物质分子结构式如下
2.如权利要求1所述的植物杂多糖磺酸盐的制备方法，其特征包括以下步骤 将植物杂多糖溶于去离子水中，先用5%的NaOH调节至pH=8. 0，再先后加入磺化试剂和单质碘，5(T80°C保温反应6 10h，冷却至室温，用无水こ醇沉淀析出产物，再经离心分离，甲醇洗涤后，40°C真空干燥，最后得到磺化改性的植物杂多糖磺酸盐，产品为黄色或橙黄色固体粉末； 其中，物料配比为质量比，植物杂多糖磺化试剂=1:广4 ;碘为植物杂多糖质量的1%。
3.如权利要求2所述的植物杂多糖磺酸盐的制备方法，其特征为所述的磺化试剂为こ烯磺酸钠、2，3-环氧丙磺酸钠、环氧丁磺酸钠或不超过10个碳的环氧磺酸盐。
4.如权利要求2所述的植物杂多糖磺酸盐的制备方法，其特征为所述的植物杂多糖系由溶剂从植物秸杆中提取的水溶性杂多糖，包括以下步骤(1)，浸堤每克植物秸杆需30毫升溶剂，浸提温度为90°C，连续浸提时间为2. 5h，收集滤除了植物秸杆残渣的提取液；(2)，将过滤出的秸杆残渣在上述同等条件下重复浸提2 3次；合并所有提取液并旋蒸浓缩至原有体积的10% 20%，先加入sevag溶液除去浓缩液中的蛋白组分，每毫升浓缩液需sevag溶液0. 2^0. 25毫升；再用2飞倍于浓缩液体积的无水こ醇进行沉淀分级分离，过滤并收集沉淀；最后将收集到的沉淀真空干燥，得到植物杂多糖； 其中，所述的溶剂为水，或者水和こ醇混合液；植物秸杆为玉米杆、高粱杆、麦秸杆或他植物秸杆；所述的sevag溶液为体积比正丁醇氯仿=5:1的混合溶液。
5.如权利要求1所述的植物杂多糖磺酸盐的应用，其特征为用于水的阻硫酸钙垢处理。
全文摘要
本发明为一种植物杂多糖磺酸盐，其制备方法包括以下步骤将植物杂多糖溶于去离子水中，先用5%的NaOH调节至pH=8.0，再先后加入磺化试剂和单质碘，50~80℃保温反应6~10h，冷却至室温，用无水乙醇沉淀析出产物，再经离心分离，甲醇洗涤后，40℃真空干燥，最后得到磺化改性的植物杂多糖磺酸盐，产品为黄色或橙黄色固体粉末。本发明的植物杂多糖磺酸盐以植物杂多糖为原料，具有原料来源广泛，属于可再生资源，取之不竭，不产生二次污染，用于水的阻硫酸钙垢处理，阻垢效果十分明显。在初始钙离子浓度为1600mg/L，硫酸根浓度为3820mg/L，pH=9.0，80℃恒温水浴，阻垢10小时条件下，添加250mg/L的该阻垢剂，其阻垢率高达100% 。
文档编号C08B37/00GK103044568SQ20131001024
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者张惠欣, 王枫, 朱玉超, 窦倩, 孙冬雪 申请人:河北工业大学