[發(fā)明專利]一種具有快速溶脹吸附性能的大孔羧甲基纖維素鈉接枝共聚物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110104959.6
• 申請日: 2011-04-20
• 公開（公告）號: CN102225985A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林松柏;李云龍;歐陽娜;柯愛茹
• 申請（專利權(quán)）人: 黎明職業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08F251/02
• 分類號: C08F251/02;C08F4/40;C08J9/08;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有快速溶脹吸附性能的大孔羧甲基纖維素鈉接枝共聚物的制備方法。

背景技術(shù)

廢水處理作為國家治理環(huán)境污染的重要環(huán)節(jié)，也是長期以來很多學(xué)者關(guān)注的課題。吸附法以其能夠選擇性的富集某些化合物的特性在廢水處理領(lǐng)域有著特殊的地位。常用的吸附劑如活性炭、稻草、硅藻土、粉煤灰、膨潤土等等，雖然可以實現(xiàn)良好的吸附脫除效果，但是存在后處理困難，容易造成二次污染的不足，使其工業(yè)化仍存在一定的難度。隨著科學(xué)研究的不斷發(fā)展，大量具有高吸附量、高選擇性的吸附性高分子材料涌現(xiàn)了出來。以天然高分子為原料的高分子吸附材料因其來源廣泛、無毒易降解、價廉易回收、性能穩(wěn)定、工藝簡便等優(yōu)勢，在廢水處理領(lǐng)域得到越來越多的重視和關(guān)注。

纖維素具有儲量豐富，可不斷再生，成本低，無毒且能微生物分解，可避免產(chǎn)生環(huán)境污染等優(yōu)點。羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)是由纖維素經(jīng)改性而帶有羧基的一種水溶性纖維素醚。CMC-Na不但具備纖維素基吸水性材料的特點，還具有良好的生物降解性能，在96h內(nèi)，其可達(dá)到完全降解，可歸為環(huán)境友好材料。且由于大分子中給電子基團(tuán)羧基的引入，從而能與許多金屬離子交聯(lián)形成橋聯(lián)絡(luò)合物，可與多價金屬離子發(fā)生鰲合、吸附或者離子交換作用，將其作為吸附劑可以有效的去除廢水中的多價有毒重金屬離子，其吸附主要通過非共價鍵的形式，因此可實現(xiàn)洗脫再生，從而實現(xiàn)廢水中有機物的富集、分離和回收及吸附材料的循環(huán)使用。

對CMC-Na進(jìn)行接枝共聚改性，不會破壞CMC-Na的性能，還可以賦予其某些新的性能。通過與不同單體的接枝共聚，可實現(xiàn)在處理紡織廢水、造紙廢水、涂料廢水、日用化工廢水、皮革廢水等等方面的應(yīng)用。聚丙烯酰胺是最具有代表性的高分子絮凝劑，CMC-Na接枝聚丙烯酰胺一方面可以降低聚丙烯酰胺的高成本，另一方面，接枝物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于對聚丙烯酰胺進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，如可通過季銨化改性成陽離子型產(chǎn)品，通過天然高分子改性產(chǎn)品與合成的有機高分子相比，具有工藝簡單和成本較低的優(yōu)點。

而如何制備具有高接枝率的羧甲基纖維素系高聚物，以實現(xiàn)其對各種廢水的高吸附脫除率，成為了第一個要考慮的問題。從成本、效率的角度考慮，實現(xiàn)快速吸附也是考核一種吸附材料應(yīng)用性能的重要因素。往材料中引入多孔結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)這一目的的極佳途徑。常見的制備多孔材料的方法包括冷凍干燥法、相分離法、模板法、致孔劑法。對于冷凍干燥法，必須先制得羧甲基纖維素系接枝共聚物，再通過冷凍干燥致孔，材料的制備周期較長。模板法由于孔的大小和形狀由模板決定，只有制得合適的模板才能控制孔的大小和形狀。但由于其特定的尺度范圍，模板法適用于制備孔徑在2-50nm及以上的無機和有機多孔材料。相分離法一般只適于制備有溫敏特性的PNIPAM凝膠或其它聚丙烯酰胺衍生物凝膠。而致孔劑法溶解、水洗、浸泡以及去除致孔劑等過程需耗費時間，延長了材料制備周期；產(chǎn)物中易殘留少量未被洗脫的致孔劑，使得孔結(jié)構(gòu)的開孔性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種具有快速溶脹吸附性能的大孔羧甲基纖維素鈉接枝共聚物的制備方法。本發(fā)明產(chǎn)物具有超大孔結(jié)構(gòu)，蓬松、多孔，凝膠溶脹后比表面積大，從而實現(xiàn)快速溶脹吸附的目的，提高了對廢水中有機物的吸附容量，而互相貫穿的超大孔結(jié)構(gòu)使得凝膠可以在較短時間內(nèi)達(dá)到吸附平衡。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種具有快速溶脹吸附性能的大孔羧甲基纖維素鈉接枝共聚物的制備方法，采用羧甲基纖維素鈉的粘稠液體系，在其中加入N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)作為交聯(lián)劑，過硫酸銨(APS)(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)和N，N，N’，N’-四甲基乙二胺(TMEDA)(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)氧化還原引發(fā)體系作為引發(fā)劑，聚氧化乙烯-氧化丙稀(PF127)(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)作為泡沫穩(wěn)定劑，以及丙烯酰胺(AM)單體(廣東西隴化工廠)；然后通過碳酸鈉或碳酸氫鈉與酸的加入使體系內(nèi)部產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，形成充分發(fā)泡的體系，聚合迅速發(fā)生，從而制備得到具有快速溶脹吸附性能的大孔羧甲基纖維素鈉接枝共聚物。聚合前期用二氧化碳?xì)怏w隔離單體及氣體受熱膨脹等作用控制體系溫度，使得接枝聚合反應(yīng)在恒定或緩慢升溫的條件下進(jìn)行，從而有利于骨架自由基引發(fā)的接枝聚合，控制單體的非接枝共聚。聚合后期利用氣體的脫出散發(fā)聚合熱，帶走水分，使得接枝聚合物得以純化和干燥，同時形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)，整個反應(yīng)過程5分鐘內(nèi)就可以完成。