专利名称：一种水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂及其制法。
背景技术：
水是地球上所有生命赖以生存的基础。然而，伴随近年来工业的迅猛发展，水污染问题变得越来越严峻，现已成为当今人类面临最大的环境问题之一。据联合国水资源世界评估报告显示，全世界每天约有数百万吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪；所有流经亚洲城市的河流均被污染。我国水资源形势更不容乐观。我国江河湖泊普遍遭受污染，七大水系、主要湖泊、近海岸海域及部分地区地下水污染严重，流经城市的水质90%不符合饮用水源标准。水污染降低了水体的使用功能，加剧了水资源短缺，这对我国可持续发展战略的实施带来了极大的负面影响，保护水资源已迫在眉睫。幸而，水源的安全保障工作早已引起党中央、国务院的高度重视，新修订的《中华人民共和国水污染防治法》于2008年6月I日正式实施，对防治水污染，保护和改善环境，保障饮用水安全起到巨大的促进作用。然而，就目前的水源污染形势、水净化处理手段等现实状况看，新标准的施行也同样面临着机遇和挑战。常见水处理工序繁多，包括:絮凝、吸附、氧化、过滤、消毒等。其中，絮凝一般是第一步，也是最为关键的一步工序。在此工序中，絮凝剂的选择直接决定了絮凝效果的好坏。就目前而言，无机絮凝剂材料(以铝盐和铁盐为主)，因具有效果好、价格相对低廉等优势，是现行水处理最常用的絮凝剂。但这类絮凝剂在使用时，必然会使得微量的金属离子残留在水体中，如果人们长期饮用这种水，必定会对健康造成损害。如:铝离子在人体中沉积会引起老年痴呆症等。因此，在2007年新颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中，对铝离子和铁离子的残留量均已有了明确的规定。此外，合成有机高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺等，其效果优于无机絮凝剂，且用量少，但售价较高，而且尽管高聚物本身没有毒性，但其所包含在高聚物内部没有参加反应的单体，如丙烯酰胺等却具有很大的毒性。因此，现在普遍认为，水处理工艺中应慎重使用无机和合成高分子絮凝剂来净化水体。近年来，由于天然高分子具有来源广、无毒性、可再生以及环境友好等特点，而备受关注。此外，天然高分子因其分子链上分布着大量的游离的活性基团，而具有良好的絮凝作用。事实上，在古代，人们已经开始使用天然高分子作净水剂。而在近代，由于无机絮凝剂和合成高分子絮凝剂的快速发展，天然高分子絮凝剂的研究进入停滞期。近年来，随着环境污染的日趋严重，天然高分子材料由于其环保特点，而重新成为当前水处理剂研发的热点之一，并已被视为现行使用无机絮凝剂的最佳替代材料之一。自20世纪70年代以来，发达国家在废水处理中都开始使用天然高分子絮凝剂。我国天然高分子资源极为丰富，但相对而言，这方面的研究还较少，实际应用更不多。现今，我国政府对饮用水质量高度重视，并公布实施了新的污染防治法、饮用水卫生标准和行业排放标准，这无疑为天然高分子絮凝剂的进一步发展提供了良好契机。纤维素作为植物细胞壁的主要成分，是由葡萄糖单元组成的大分子多糖。它的结构如式I所示，是自然界中含量最多的天然高分子化合物。由于纤维素分子间存在强的氢键作用，常温下，其不溶于水，这使得其应用范围大大受限。因此，作为经氯乙酸醚化改性的产物，拥有良好溶解性的羧甲基纤维素成为当今世界上使用范围最广、用量最大的纤维素衍生材料之一。由于羧甲基纤维素上存在大量带负电的羧酸基团，在水溶液中表现出阴离子聚电解质的特性，对水体中的阳离子污染物质表现出良好的絮凝性能。但是，羧甲基纤维素在实际应用中也存在着许多不足之处，如:分子量相对较低、絮凝效果对PH敏感等。针对这些缺点，人们常采用进一步化学改性的方法来提高其实际水处理能力。其中，从黏结架桥絮凝机理出发的接枝型改性方法，通过在羧甲基纤维素分子主链上引入其它高分子链(如聚丙烯酰胺接枝链)，可以极大的增强絮凝剂的黏结架桥作用，提高絮凝能力。且由于所引入的接枝链占最终絮凝剂的质量比例相比于纯合成高分子絮凝剂大幅减小，也可以大大减少残留单体的二次污染风险。另外，从电中和絮凝机理出发，对所得的接枝型絮凝剂的接枝链进行进一步的水解，有利于接枝链上产生更多的阴离子，将进一步增强絮凝剂对水体中的阳离子污染物质的电中和絮凝能力。
权利要求
1.一种水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，其特征是:它是由接枝型羧甲基纤维素在碱性条件下通过水解反应得到水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，它有如下结构:
2.根据权利要求1所述的水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，其特征是:所述的接枝型羧甲基纤维素是由羧甲基纤维素和丙烯酰胺反应得到的接枝型羧甲基纤维素，其中，羧甲基纤维素采用市售各类产品。
3.根据权利要求2所述的水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，其特征是:所述的羧甲基纤维素重均分子量不小于5万，阴离子取代度不小于50%。
4.根据权利要求2所述的水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，其特征是:所述的羧甲基纤维素重均分子量不小 于10万，阴离子取代度不小于80%。
5.一种制备权利要求1 - 4任一所述的水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂的方法，其特征是它包括如下步骤: 步骤1.羧甲基纤维素溶解在水中，配制成羧甲基纤维素的质量百分比浓度为0.1%-3%的溶液，加入过硫酸铵或过硫酸钾作为反应引发剂，加入量是:引发剂的摩尔数为羧甲基纤维素单元摩尔数的1% _5%，再加入丙烯酰胺，加入量为:丙烯酰胺与羧甲基纤维素的质量比为1:1 - 10:1，在35 — 65°C下反应0.5 - 5小时，然后以乙醇或丙酮作为沉淀剂，沉淀分离产物，制备得到接枝型羧甲基纤维素； 步骤2.将接枝型羧甲基纤维素分散在水和乙醇的混合溶剂中，水与乙醇的质量比为1:2 - 1:10，接枝型羧甲基纤维素占混合溶剂的质量百分比为0.1%- 10%，加入氢氧化钠，力口入的氢氧化钠为混合溶剂质量的1% - 10%，在35 - 65°C下反应0.1 - 5小时，反应结束后过滤、烘干，制备得到水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂。
全文摘要
一种水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，其特征是它是由接枝型羧甲基纤维素在碱性条件下通过水解反应得到水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，它有如下结构其中聚丙烯酰胺的质量为水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂质量的5%–65%，聚丙烯酸的质量为水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂质量的5%–70%。本发明的水解接枝型增强阴离子羧甲基纤维素絮凝剂，兼具有羧甲基阴离子基团、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的三重特点；并且三者间通过化学键链接，提高了羧甲基纤维素的分子量，增强了其黏结架桥絮凝作用，由于接枝链的存在，拓宽了其可溶解的pH范围，有效的抑制了羧甲基纤维素絮凝效果对pH的敏感性。
文档编号C08F8/12GK103172790SQ20131012501
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者杨琥, 杨朕, 蔡涛, 李海江, 李爱民 申请人:南京大学