CN1792854A - 一种复合式改性淀粉絮凝剂及其制备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式改性淀粉絮凝剂及其制备方法，其特征在于：由淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酸盐酸盐按照质量比2∶1复配而成。以过硫酸钾/亚硫酸氢钠为引发剂，使玉米淀粉分别与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐发生接枝反应，获得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐；按照质量比1∶2进行复配，即获得复合式改性淀粉絮凝剂。本发明接枝率高，获得的复合性絮凝剂具有高效、用量少、成本低、无二次污染、可生物降解、使用方便等特点；可用于去除水中的悬浮物和重金属离子。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子絮凝剂，具体涉及一种分别利用两种聚合单体接枝的改性淀粉进行复配获得的复合式絮凝剂。
背景技术
改性淀粉絮凝剂是一类天然改性高分子絮凝剂，由于其具有原料来源广，成本低，可进行生物降解等特点而受到人们的关注。特别是随着人们环保意识的不断提高，对其研究也日益重视。
目前开发的改性淀粉絮凝剂种类很多。淀粉分子通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联等反应与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等人工合成高分子单体起接枝共聚反应，生产出非离子型改性淀粉絮凝剂(如糊精、丙烯酰胺接枝淀粉)、阴离子型改性淀粉絮凝剂(如淀粉磷酸酯、淀粉黄原酸酯、羧甲基淀粉)、阳离子型改性淀粉絮凝剂(阳离子淀粉、接枝淀粉)等。这些改性淀粉絮凝剂均属于无毒(低毒)、低成本、易降解而又具有良好絮凝效果的高分子絮凝剂。
淀粉接枝方法主要为按自由基机理进行的接枝聚合，可以分为化学法和辐射法两种，化学法又分为铈盐、锰盐和其它氧化还原引发体系；辐射法分为预辐射法和共辐射法。
现有化学法合成淀粉接枝聚合物的工艺流程为：
玉米淀粉→糊化→加入聚合单体→加入引发剂→恒温反应→粗淀粉接枝聚合物→精制淀粉接枝聚合物。
其中，化学法所用引发体系存在引发效率不高且具有一定毒性的缺点。
然而，上述的改性淀粉絮凝剂都是与一种高分子单体接枝共聚形成的，由于受pH值或其它杂离子浓度的影响很大，有适应范围窄的不足。
絮凝剂的发展趋势将是由单一型到复合型。复合型化学絮凝剂可以使不同絮凝特性协同发挥作用，以达到提高应用效果的目的。如，在中国发明专利申请CN1667007A中公开了新的淀粉基高分子环保絮凝剂及其制备，所述絮凝剂以玉米淀粉、羧甲基淀粉中的一种为原料，丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵中的2种为单体，采用三元共聚方法获得复合型的絮凝剂。然而，三元共聚的方法会造成工艺控制上的困难；另外，提供多种不同的复合型絮凝剂可以满足应用的多样化需求。因此，本发明试图提供另外的复合型絮凝剂，以及制备方法。
发明内容
本发明目的是提供一种具有高效、用量少、成本低、无二次污染、可生物降解、使用方便等特点的复合式改性淀粉絮凝剂，同时提供一种采用高效、无毒的引发体系，合成上述复合式改性淀粉絮凝剂的新工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合式改性淀粉絮凝剂，由淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酸盐酸盐按照质量比1∶2复配而成。
上述复合式改性淀粉絮凝剂的制备方法，包括下列步骤：
(1)以过硫酸钾/亚硫酸氢钠为引发剂，使玉米淀粉与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯发生接枝反应，获得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；
(2)以过硫酸钾/亚硫酸氢钠为引发剂，使玉米淀粉与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐发生接枝反应，获得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐；
(3)按照质量比2∶1将上述获得的淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐进行复配，获得复合式改性淀粉絮凝剂。
上述技术方案中，所述步骤(1)和(2)中，单体浓度为0.35～0.55mol/L，过硫酸钾/亚硫酸氢钠浓度为4.5～6.5mmol/L，接枝反应时反应温度为55～65℃。
优选的技术方案为，所述步骤(1)和(2)中，单体浓度为0.40mol/L，过硫酸钾/亚硫酸氢钠浓度为6.0mmol/L，接枝反应时反应温度为65℃。该优选的技术方案，是申请人从高效、简便、降低生产成本和易工业化实施的角度出发，研究了工艺条件对淀粉接枝共聚物产率、接枝率、接枝效率的影响而获得的。通常，接枝反应时的保温时间以3小时为宜。
上述技术方案中，应当先对玉米淀粉先进行预处理，所述的预处理通常包括，在带有搅拌器与回流冷凝管的反应装置中加入玉米淀粉、去离子水，通氮气，加热到85℃并保温1小时糊化，后冷却到室温。
申请人同时研究了对淀粉接枝共聚物絮凝、吸附性能的影响因素，获得了絮凝剂的最佳絮凝条件为：搅拌速度为40～60转/分钟，温度控制在20～40℃左右，共聚物颗粒直径为0.22～0.25毫米，溶液pH为4～10。絮凝剂吸附Cu2+离子的最佳pH条件为：pH为5～7。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.由于本发明采用过硫酸钾/亚硫酸氢钠氧化还原体系引发聚合淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐，接枝率比单独使用过硫酸钾高12％，提高了反应收率。实验表明，淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐的接枝率分别达到67％和73％。
2.由于本发明的絮凝剂由两种改性淀粉聚合物复配而成，具有高效、用量少、成本低、无二次污染、可生物降解、使用方便等特点；可用于去除水中的悬浮物和重金属离子(如Cu2+)。
附图说明
附图1为本发明实施例一复合式改性淀粉絮凝剂制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1所示，主要包括下列步骤：
(1)取在105℃下烘干过的玉米淀粉5克，100毫升去离子水，加入250毫升三口瓶中，搅拌，氮气保护，水浴加热到85℃，保温1小时，糊化后冷却到室温。
(2)往三口瓶中滴加0.04摩尔甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，搅拌10分钟后滴加0.1摩尔/升过硫酸钾/亚硫酸氢钠混合溶液6毫升。调节溶液pH＝8，然后升温到65℃，保温反应3小时。反应结束后，降至室温，水洗，干燥，得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。
(3)按与步骤(2)相同的方法滴加甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐，最后获得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐。
(4)将淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐按照质量比1∶2混配，得到复合式改性淀粉絮凝剂。
实施例二：取玉米淀粉10克，200毫升去离子水，加入500毫升三口瓶中，搅拌，氮气保护，水浴加热到85℃，保温1小时，糊化后冷却到室温。接着往三口瓶中滴加0.08摩尔甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐)，搅拌10分钟后滴加0.1摩尔/升过硫酸钾/亚硫酸氢钠混合溶液12毫升。调节溶液pH＝8，然后升温到65℃，保温反应3小时。反应结束后，降至室温，水洗，干燥，得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐)。将淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐按照质量比1∶2混配，得到复合式改性淀粉絮凝剂。
Claims (5)
1.一种复合式改性淀粉絮凝剂，其特征在于：由淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酸盐酸盐按照质量比1∶2复配而成。
2.一种复合式改性淀粉絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)以过硫酸钾/亚硫酸氢钠为引发剂，使玉米淀粉与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯发生接枝反应，获得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；
(2)以过硫酸钾/亚硫酸氢钠为引发剂，使玉米淀粉与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐发生接枝反应，获得淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐；
(3)按照质量比2∶1将上述获得的淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与淀粉接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯盐酸盐进行复配，获得复合式改性淀粉絮凝剂。
3.根据权利要求2所述的复合式改性淀粉絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)中，单体浓度为0.35～0.55mol/L，过硫酸钾/亚硫酸氢钠浓度为4.4～6.5mmol/L，接枝反应时反应温度为55～65℃。
4.根据权利要求3所述的复合式改性淀粉絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)中，单体浓度为0.40mol/L，过硫酸钾/亚硫酸氢钠浓度为6.0mmol/L，接枝反应时反应温度为65℃。
5.根据权利要求2所述的复合式改性淀粉絮凝剂的制备方法，其特征在于：对玉米淀粉先进行预处理，所述的预处理包括，在带有搅拌器与回流冷凝管的反应装置中加入玉米淀粉、去离子水，通氮气，加热到85℃并保温1小时糊化，后冷却到室温。
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