CN104804139A - 一种絮凝灭菌双功能接枝型淀粉水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
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,在多年的研究实践中,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。
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。
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。
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,这方面的研究还较少,且多数停留在实验室研究阶段,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。
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。
淀粉分子链中含有大量反应性基团-OH,显示出良好的絮凝性能。但是淀粉在实际应用中也存在着许多不足之处,如:淀粉分子本身不带电荷、化学性质不活泼、溶解性差、分子量相对较低以及适用pH范围窄等等。
针对这些缺点,人们采用化学改性的方法进行性能改善。其中两性型淀粉,相较于其它改性淀粉材料(如:非接枝型、阴离子型、阳离子型等),不仅水溶性得到大幅提高,且由于兼有阴、阳离子基团的双重特点,适于处理带有不同电荷的水体,具有良好的抗盐性能;而且其适用范围也广,酸性介质、碱性介质中均可使用。另外,从高分子絮凝剂絮凝作用中黏结架桥机理出发,在淀粉分子主链上接枝引入其它高分子链,特别是水溶性高分子链,不仅可提高高分子分子量,增强黏结架桥絮凝作用,还能进一步提高淀粉的水溶性。
目前,缺乏一种既能杀菌又能絮凝的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂及其制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足之处,本发明的目的是提供一种既能杀菌又能絮凝的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂及其制备方法。
为了实现上述技术目的,本发明采用的技术方案的如下:本发明提供了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%。
进一步地,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。
进一步地,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。
更进一步地,所述淀粉的重均分子量大于5万。
本发明的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: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℃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℃,反应时间为0.5-4h;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℃下,反应时间为1-6h,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℃下进行反应,反应时间为1-5h,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。
进一步地,在步骤(1)中,所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
进一步地,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%。
更进一步地,在步骤(2)中,所述惰性气体为氦气或氖气或氩气。
有益效果:本发明的水处理剂是天然生物可降解材料,具有无毒性,无二次污染,絮凝效果优异,良好杀菌性能的优点。本发明方法操作简单、可通过连续加料方法一次制得,所用主要原料为来源丰富的天然高分子产品,适合大工业化生产,是一种经济的获得高品质的水处理剂的制备方法。
相对于现有技术,本发明具有以下优点:
(1)本发明的制备方法制备的接枝型两性淀粉水处理剂材料,兼具有阳、阳离子基团和聚丙烯酰胺的三重特点;并且三者间通过化学键链接,接枝型两性淀粉水处理剂材料,由于分子链上富含阴阳离子基团,提高了淀粉分子量,具有两性特征,改善了淀粉的水溶性,还增强了其黏结架桥絮凝作用,同时赋予了抑灭菌功能;
(2)此外,由于阳离子基团上带有正电荷,而羧酸基团又带有阴离子负电荷,可适于处理带有不同电荷的水体,具有良好的抗盐性能;适用范围也更广,酸性介质、碱性介质中均可使用,适应的pH值范围也较宽,大约在1-12内均可应用。
(3)高分子材料来源广泛价格低廉,接枝型两性淀粉水处理剂材料具有较高的性价比;淀粉为天然生物可降解材料,具有无毒性,不会对水体产生二次污染;无二次污染等特点。产品具有高效的特点,投放量低,一般为0.1-10mg/L。
(4)针对水体中细菌含量常常超标,造成杀菌剂用量提高,易引起水体中含卤消毒副产品含量增多等问题,在接枝链上引入具有杀菌性能的季铵盐基团,制得兼具有絮凝/灭菌多功能水处理剂,极具应用前景。
附图说明
为了易于说明,本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述;
图1为本发明中各物质的红外光谱图;
图2为本发明中的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂对高岭土悬浊液的絮凝效果示意图;
图3为本发明中的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂对大肠杆菌的杀菌去除效果示意图;
其中,(1)淀粉,(2)阴离子淀粉,(3)聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉,(4)絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是,这些实施例是本发明的阐释和举例,并不以任何形式限制本发明的范围。
本发明提供了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%。
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。
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。
所述淀粉的重均分子量大于5万。
本发明的反应原理如式2所示:
本发明的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:
本发明的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: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℃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℃,反应时间为0.5-4h;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℃下,反应时间为1-6h,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℃下进行反应,反应时间为1-5h,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。
在步骤(1)中,所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
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%。
在步骤(2)中,所述惰性气体为氦气或氖气或氩气。
以下实施例中,所用原料淀粉为山东滨州金汇玉米开发有限公司生产的玉米淀粉,重均分子量为15万。
实施例1
本发明的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)将淀粉分散在5%氢氧化钠乙醇溶液中,50℃下碱化1h;之后,加入氯乙酸,氯乙酸与淀粉质量比0.5:1,在50℃下反应4h;反应完成后过滤,得到阴离子淀粉;
(2)将阴离子淀粉溶解在水中,配制阴离子淀粉的质量百分比浓度为1%的溶液,待溶液均匀后,在氖气的氛围下,加入过硫酸铵作为引发剂,加入量为淀粉单元摩尔数的2%,再加入丙烯酰胺,所述丙烯酰胺与阴离子淀粉质量比为5:1,45℃下反应4h,然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)将聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉溶解在水中,配制质量百分比浓度为1%的溶液,待溶液均匀后,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质量比为1:4:2,50℃下反应3h,然后以丙酮作为沉淀剂,沉淀分离产物,即得到接枝型两性淀粉水处理剂。
本发明的水处理剂是天然生物可降解材料,具有无毒性,无二次污染,絮凝效果优异,良好杀菌性能的优点。本发明方法操作简单、可通过连续加料方法一次制得,所用主要原料为来源丰富的天然高分子产品,适合大工业化生产,是一种经济的获得高品质的水处理剂的制备方法。
相对于现有技术,本发明具有以下优点:
(1)本发明的制备方法制备的接枝型两性淀粉水处理剂材料,兼具有阳、阳离子基团和聚丙烯酰胺的三重特点;并且三者间通过化学键链接,接枝型两性淀粉水处理剂材料,由于分子链上富含阴阳离子基团,提高了淀粉分子量,具有两性特征,改善了淀粉的水溶性,还增强了其黏结架桥絮凝作用,同时赋予了抑灭菌功能;
(2)此外,由于阳离子基团上带有正电荷,而羧酸基团又带有阴离子负电荷,可适于处理带有不同电荷的水体,具有良好的抗盐性能;适用范围也更广,酸性介质、碱性介质中均可使用,适应的pH值范围也较宽,大约在1-12内均可应用。
(3)高分子材料来源广泛价格低廉,接枝型两性淀粉水处理剂材料具有较高的性价比;淀粉为天然生物可降解材料,具有无毒性,不会对水体产生二次污染;无二次污染等特点。产品具有高效的特点,投放量低,一般为0.1-10mg/L。
(4)针对水体中细菌含量常常超标,造成杀菌剂用量提高,易引起水体中含卤消毒副产品含量增多等问题,在接枝链上引入具有杀菌性能的季铵盐基团,制得兼具有絮凝/灭菌多功能水处理剂,极具应用前景。
经用核磁方法分析,其中阴离子基团取代度为20%,阳离子叔胺基团取代度为30%,聚丙烯酰胺的质量百分含量为62%。淀粉,阴离子淀粉、聚丙烯酰胺接枝阴淀粉,以及两性接枝型淀粉水处理剂材料红外光谱图见图1,从图1看到波数约3300cm-1为O-H特征吸收峰;1600cm-1左右的酰胺伸缩振动峰;且1555cm-1为阳离子叔胺基团特征吸收峰,从而证明絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂制备成功。
图2为本发明中的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂对高岭土悬浊液的絮凝效果示意图;图3为本发明中的絮凝灭菌双功能接枝型两性淀粉水处理剂对大肠杆菌的杀菌去除效果示意图。将该水处理剂,分别以高岭土悬浊液(1.0g/L)和大肠杆菌悬浊液(108CFU/mL)为模拟水样,pH为4时,通过分光光度计(波长630nm),观察其实际絮凝及灭菌效果。从图中2可知,对高岭土悬浊液,当水处理剂用量在1.2mg/L时,絮凝效果最佳,水样的去除率为98%以上;从图中3可知,对大肠杆菌悬浊液,当水处理剂用量在50mg/L时,灭菌效果最佳,水样的去除率为95%以上。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于:本发明的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)将淀粉分散在1%氢氧化钾乙醇溶液中,20℃下碱化2h;之后,加入氯乙酸,氯乙酸与淀粉质量比0.1:1,在30℃下反应4h;反应完成后过滤,得到阴离子淀粉;
(2)将阴离子淀粉溶解在水中,配制阴离子淀粉的质量百分比浓度为3%的溶液,待溶液均匀后,在氩气的氛围下,加入过硫酸钾作为引发剂,所述过硫酸钾加入量为淀粉单元摩尔数的1%,再加入丙烯酰胺,所述丙烯酰胺与阴离子淀粉质量比为0.5:1,65℃下反应1h,然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)将聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉溶解在水中,配制质量百分比浓度为3%的溶液,待溶液均匀后,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质量比为0.1:0.2:1,20℃下反应5h,然后以丙酮作为沉淀剂,沉淀分离产物,即得到接枝型两性淀粉水处理剂。
经用核磁方法分析,其中阴离子基团取代度为1%,阳离子叔胺基团取代度为5%,聚丙烯酰胺的质量百分含量为5%。将该水处理剂,分别以高岭土悬浊液(1.0g/L)和大肠杆菌悬浊液(108CFU/mL)为模拟水样,pH为4时,通过分光光度计(波长630nm),观察其实际絮凝及灭菌效果。对高岭土悬浊液,当水处理剂用量在2.4mg/L时,水样的去除率为98%以上;对大肠杆菌悬浊液,当水处理剂用量在80mg/L时,水样的去除率为95%以上。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于:本发明的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)将淀粉分散在15%氢氧化钠水溶液中,40℃下碱化2h;之后,加入氯乙酸,氯乙酸与淀粉质量比3:1,在80℃下反应0.5h;反应完成后过滤,得到阴离子淀粉;
(2)将阴离子淀粉溶解在水中,配制阴离子淀粉的质量百分比浓度为2%的溶液,待溶液均匀后,在氮气的氛围下,加入过硫酸钾作为引发剂,所述过硫酸钾加入量为淀粉单元摩尔数的3%,再加入丙烯酰胺,所述丙烯酰胺与阴离子淀粉质量比为10:1,55℃下反应6h,然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)将聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉溶解在水中,配制质量百分比浓度为2%的溶液,待溶液均匀后,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质量比为4:8:1,50℃下反应1h,然后以丙酮作为沉淀剂,沉淀分离产物,即得到接枝型两性淀粉水处理剂。
经用核磁方法分析,其中阴离子基团取代度为50%,阳离子叔胺基团取代度为70%,聚丙烯酰胺的质量百分含量为80%。将该水处理剂,分别以高岭土悬浊液(1.0g/L)和大肠杆菌悬浊液(108CFU/mL)为模拟水样,pH为4时,通过分光光度计(波长630nm),观察其实际絮凝及灭菌效果。对高岭土悬浊液,当水处理剂用量在1.3mg/L时,水样的去除率为98%以上;对大肠杆菌悬浊液,当水处理剂用量在55mg/L时,水样的去除率为95%以上。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于:本发明的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)将淀粉分散在20%氢氧化钠水溶液中,40℃下碱化1h;之后,加入氯乙酸,氯乙酸与淀粉质量比1:1,在65℃下反应1.5h;反应完成后过滤,得到阴离子淀粉;
(2)将阴离子淀粉溶解在水中,配制阴离子淀粉的质量百分比浓度为1.5%的溶液,待溶液均匀后,在氩气的氛围下,加入过硫酸铵作为引发剂,所述过硫酸铵加入量为淀粉单元摩尔数的1.5%,再加入丙烯酰胺,所述丙烯酰胺与阴离子淀粉质量比为3:1,60℃下反应3h,然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)将聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉溶解在水中,配制质量百分比浓度为1.5%的溶液,待溶液均匀后,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质量比为2:4:1,40℃下反应3h,然后以丙酮作为沉淀剂,沉淀分离产物,即得到接枝型两性淀粉水处理剂。
经用核磁方法分析,其中阴离子基团取代度为26%,阳离子叔胺基团取代度为43%,聚丙烯酰胺的质量百分含量为40%。将该水处理剂,分别以高岭土悬浊液(1.0g/L)和大肠杆菌悬浊液(108CFU/mL)为模拟水样,pH为4时,通过分光光度计(波长630nm),观察其实际絮凝及灭菌效果。对高岭土悬浊液,当水处理剂用量在1.5mg/L时,水样的去除率为98%以上;对大肠杆菌悬浊液,当水处理剂用量在54mg/L时,水样的去除率为95%以上。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于:本发明的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)将淀粉分散在30%氢氧化钾水溶液中,50℃下碱化0.5h;之后,加入氯乙酸,氯乙酸与淀粉质量比2:1,在70℃下反应3h;反应完成后过滤,得到阴离子淀粉;
(2)将阴离子淀粉溶解在水中,配制阴离子淀粉的质量百分比浓度为2.5%的溶液,待溶液均匀后,在氮气的氛围下,加入过硫酸铵作为引发剂,所述过硫酸铵的加入量为淀粉单元摩尔数的2.5%,再加入丙烯酰胺,所述丙烯酰胺与阴离子淀粉质量比为8:1,50℃下反应4h,然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)将聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉溶解在水中,配制质量百分比浓度为2.5%的溶液,待溶液均匀后,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质量比为3:6:1,45℃下反应2h,然后以丙酮作为沉淀剂,沉淀分离产物,即得到接枝型两性淀粉水处理剂。
经用核磁方法分析,其中阴离子基团取代度为38%,阳离子叔胺基团取代度为58%,聚丙烯酰胺的质量百分含量为62%。将该水处理剂,分别以高岭土悬浊液(1.0g/L)和大肠杆菌悬浊液(108CFU/mL)为模拟水样,pH为4时,通过分光光度计(波长630nm),观察其实际絮凝及灭菌效果。对高岭土悬浊液,当水处理剂用量在1.2mg/L时,水样的去除率为98%以上;对大肠杆菌悬浊液,当水处理剂用量在60mg/L时,水样的去除率为95%以上。
实施例6
本发明的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)将淀粉分散在25%氢氧化钠水溶液中,30℃下碱化1.5h;之后,加入氯乙酸,氯乙酸与淀粉质量比0.3:1,在40℃下反应1.5h;反应完成后过滤,得到阴离子淀粉;
(2)将阴离子淀粉溶解在水中,配制阴离子淀粉的质量百分比浓度为2%的溶液,待溶液均匀后,在氖气的氛围下,加入过硫酸钾作为引发剂,所述过硫酸钾加入量为淀粉单元摩尔数的2%,再加入丙烯酰胺,所述丙烯酰胺与阴离子淀粉质量比为2:1,50℃下反应2h,然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)将聚丙烯酰胺接枝阴离子淀粉溶解在水中,配制质量百分比浓度为2%的溶液,待溶液均匀后,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质量比为1:2:1,30℃下反应2.5h,然后以丙酮作为沉淀剂,沉淀分离产物,即得到接枝型两性淀粉水处理剂。
经用核磁方法分析,其中阴离子基团取代度为16%,阳离子叔胺基团取代度为21%,聚丙烯酰胺的质量百分含量为26%。将该水处理剂,分别以高岭土悬浊液(1.0g/L)和大肠杆菌悬浊液(108CFU/mL)为模拟水样,pH为4时,通过分光光度计(波长630nm),观察其实际絮凝及灭菌效果。对高岭土悬浊液,当水处理剂用量在1.6mg/L时,水样的去除率为98%以上;对大肠杆菌悬浊液,当水处理剂用量在58mg/L时,水样的去除率为95%以上。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (8)
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。
5.一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℃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℃,反应时间为0.5-4h;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℃下,反应时间为1-6h,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℃下进行反应,反应时间为1-5h,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。
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