一种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机高分子领域，具体涉及一种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，伴随经济飞速发展和工业持续开发，水源污染日趋严重；而水是人类生存 的基本需求。饮用水的安全保障工作早已引起国家高度重视。2007年7月1日，国家新修 订的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)正式施行，结束了延续21年之久的老标准（GB 5749-1985)。新标准规定的指标由原来的35项大幅增加到106项，部分指标的限值也更加 严格。此外，2008年到2011年，国家又相继发布了 18项包括制浆造纸、电镀、化肥、农药等 在内的新的更为严格的行业排放标准。有效治理污水对于保障人民的饮水安全、提升人民 生活质量具有重要现实意义。
[0003] 在常规水处理中，水处理剂的使用必不可少。水处理剂是一类重要的精细化工产 品，在实际水处理中主要可用于脱除水体中的悬浮物、除臭脱色、抑菌、杀菌、软化水质，降 低水垢形成，以及减少原水对设备的损伤等等。因此，根据其功能特征，水处理剂可划分为 混凝/絮凝剂、杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂等等。水处理剂的大规模使用，不仅为人类提供了大 量清洁的饮用水和工、农业用水，大大缓解了受污染水体对于环境的危害，同时还有效地维 护了生态系统的平衡。可以说在当前工业污水及生活废水的净化处理中水处理剂的应用具 有重要作用。然而，在多年的研宄实践中，面对情况复杂的各类水体，人们常常需要添加多 种水处理剂来满足净化要求。但是，同时投加多种药剂不仅提高了操作难度，增加了生产成 本，而且多种药剂之间还容易互相形成干扰，影响处理效果。因此，研发高效多功能型水处 理剂无疑是未来新型水处理剂材料发展的重要方向之一。
[0004] 所谓多功能水处理剂，是指具有絮凝、杀菌、阻垢等中的两种或多种功能的水处理 剂，这其中絮凝功能是根本。然而就目前而言，由于无机絮凝剂材料，以铝盐和铁盐为主，具 有絮凝效果好、价格相对低廉等优点，仍然是现行水处理最为常用的絮凝剂。但这类絮凝剂 功能单一，且在使用中必然会使得微量的铝离子或铁离子残留在水体中，引起水体金属离 子含量增高，如果人们长期饮用这种水，必定会损害健康，如：铝离子在人体中沉积会引起 老年痴呆症等。相对于老标准，在新标准中对铝离子和铁离子的残留量均已有了明确规定。
[0005] 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。尽管本发明的絮凝剂也具有丙烯酰胺链段，但在所 投加的丙烯酰胺所占最终絮凝剂的质量比例大幅减少，大大减小了这种风险。因此，现在普 遍认为，水处理工艺中应慎重使用铝盐和聚丙烯酰胺来净化水体。
[0006] 天然高分子是自然界中动、植物以及微生物资源中的大分子，如：淀粉、甲壳素、纤 维素以及海藻酸等，它们在被废弃后很容易分解成水、二氧化碳等，且来源广、无毒性，是环 境友好材料。此外，更为值得一提的是，天然高分子材料是完全脱离石油资源的一类可再生 资源，可以说是取之不尽用之不竭。正是由于天然高分子材料具有上述的优异性能，其目前 在生物、医药及食品加工等诸多领域中已有着广泛的应用。此外，天然高分子由于分子链上 分布着大量的游离的活性基团，具有良好的絮凝作用。事实上，天然高分子早在远古时代就 已被用作净水剂，近代由于无机絮凝剂和合成高分子絮凝剂的快速发展，天然高分子水处 理剂的研宄进入停滞期。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，并已被视为可作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，日本、美国、英国、法国等国家在废水处理中都 开始使用天然高分子水处理剂。我国天然高分子资源极为丰富，但相对而言，这方面的研宄 还较少，且多数停留在实验室研宄阶段，实际应用还不多，而涉及到多功能天然高分子水处 理剂的研发就少之更少。现今，我国政府对饮用水质量高度重视，并公布实施了新的饮用 水卫生标准和行业排放标准，这无疑为天然高分子水处理剂剂的进一步发展提供了良好契 机。
[0007] 其中，淀粉是性能优越的天然高分子材料之一，其广泛存在于多种植物体的种子 和块茎中，结构如式1所示。
[0008]
【主权项】
1. 一种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂，其特征在于：它是阴离子淀粉与丙烯酰 胺进行接枝共聚反应，再进行叔胺化反应，得到接枝型两性淀粉水处理剂，其分子式表示如 下：
其中，接枝型两性淀粉水处理剂中，阴离子基团取代度为1-50%，阳离子叔铵盐基团取 代度为5-70%，聚丙烯酰胺占接枝型两性淀粉水处理剂质量百分比的5-80%。
2. 根据权利要求1所述的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂，其特征在于：所 述阴离子淀粉是由淀粉与氯乙酸进行醚化反应后分离得到。
3. 根据权利要求1所述的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂，其特征在于：所 述淀粉可采用市售的谷类淀粉、豆类淀粉或薯类淀粉产品。
4. 根据权利要求1所述的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂，其特征在于：所 述淀粉的重均分子量大于5万。
5. -种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 制备阴离子淀粉：将淀粉分散在质量百分含量为1-30%强碱的乙醇溶液中，在温 度为20-50°C下，碱化0. 5-2h ;然后加入氯乙酸，淀粉与氯乙酸进行的醚化反应中，氯乙酸 与淀粉的质量比为：0.1:1-3:1，反应温度为30-80°〇，反应时间为0.5-411;反应完成后过 滤，分离得到阴离子淀粉； (2) 制备聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉：接枝共聚反应中，将步骤（1)中所得阴离子淀粉 溶解在水中，配制成阴离子淀粉的质量百分比浓度为1-3%的溶液；待溶液均匀后，在惰性 气体的氛围下，向溶液中加入引发剂，引发剂的摩尔数是淀粉单元摩尔数的1% -3% ; 然后加入丙烯酰胺进行反应，丙烯酰胺与阴离子淀粉的质量比为0.5:1-10:1，在 45-65°C下，反应时间为l_6h，反应完成后，以丙酮作为沉淀剂，沉淀分离产物，即得到聚丙 烯酰胺接枝阴离子淀粉； (3) 制备絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂：在叔胺化反应中，将步骤（2)中 所得聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉溶解在水中，配制成质量百分比浓度为1-3%的溶液；然 后加入甲醛与二甲胺混合物，甲醛、二甲胺与聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉的质量比为0. 1 : 0. 2:1-4:8:1，在温度为20-50°〇下进行反应，反应时间为1-511，反应完成后，以丙酮作为 沉淀剂，沉淀分离产物，制得絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂。
6. 根据权利要求5所述的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂的制备方法，其特 征在于：在步骤（1)中，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
7. 根据权利要求5所述的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂的制备方法，其特 征在于：在步骤（2)中，所述引发剂为硝酸铈铵或过硫酸铵或过硫酸钾，引发剂的摩尔数是 淀粉单元摩尔数的2%。
8. 根据权利要求5所述的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂的制备方法，其特 征在于：在步骤（2)中，所述惰性气体为氦气或氖气或氩气。
【专利摘要】本发明公开了一种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂及其制备方法，本发明的一种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂，它是阴离子淀粉与丙烯酰胺进行接枝共聚反应，再进行叔胺化反应，得到接枝型两性淀粉水处理剂，其分子式表示如下：其中，接枝型两性淀粉水处理剂中，阴离子基团取代度为1-50％，阳离子叔铵盐基团取代度为5-70％，聚丙烯酰胺占接枝型两性淀粉水处理剂质量百分比的5-80％。本发明一种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂的制备方法,包括如下步骤：(1)制备阴离子淀粉；(2)制备聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉；(3)制备絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂。本发明具有絮凝效果优异，良好杀菌性能的优点。
【IPC分类】C08B31-12, C08F220-56, C02F1-50, C02F1-56, C08F8-32, C08F251-00
【公开号】CN104804139
【申请号】CN201510263660
【发明人】杨琥, 黄牧, 李爱民
【申请人】南京大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月21日