[發(fā)明專利]一種植物雜多糖磺酸鹽及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310010244.3
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN103044568A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張惠欣;王楓;朱玉超;竇倩;孫冬雪
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B37/00
• 分類號(hào): C08B37/00;C02F5/10
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及植物雜多糖的磺化改性及其在水處理中的應(yīng)用性能的研究，具體地說是一種磺化改性植物雜多糖阻垢劑的制備及其磺酸鹽類改性的阻垢劑的應(yīng)用方法。

技術(shù)背景

植物雜多糖是廣泛存在于植物的秸稈、根、果實(shí)和種子中的一種雜糖環(huán)多聚大分子化合物，資源豐富、分布廣泛。題為:“中國農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀”(韓魯佳等，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（3）：87~89)報(bào)道了，世界每年秸稈產(chǎn)量約為40×10⁸噸，分布在亞、非、美洲等區(qū)域；其分子結(jié)構(gòu)是由一系列的葡萄糖、鼠李糖、樹膠醛糖等五元或六元糖單元聚合而成，具有一定的分子量分布；分子內(nèi)含有大量的羥基、醛基、胺基、羧基、醚鍵等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)具有一定的螯合和配位能力，同時(shí)也具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，易于實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步功能基的引入。

然而，天然植物多糖資源的開發(fā)利用還非常有限，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，世界作物秸稈有66%直接還田或作為生活能源而被燒掉，19%做房屋建筑材料或蔬菜生產(chǎn)覆蓋材料等，12%作為草食家畜的飼料，另有3%左右作為手工藝業(yè)的原料。形成工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的秸稈資源化利用技術(shù)項(xiàng)目更是鳳毛麟角。目前研究較為成熟的技術(shù)，其一，秸稈發(fā)電技術(shù)，自丹麥率先推廣以后，西班牙、英國、瑞典、芬蘭、法國、日本、美國以及印度等相繼推廣了該技術(shù)，其中，題為“秸稈生物質(zhì)能源的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景”(婁玥蕓等，化學(xué)與生物工程，2010，27（9）：73-76)報(bào)道了2010年美國生物質(zhì)能發(fā)電總量達(dá)到13000MW裝機(jī)容量。其二，開發(fā)基本化工原料，題為“Energy?and?Environmental?Aspects?ofUsing?Corn?Stover?for?Fuel?Ethanol”?（Sheehan?John?et?al，Journal?ofIndustrial?Ecology，2004，7(3-4)：117~146）中論證了玉米稈轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉次镔|(zhì)的可行性和必要性，闡述了由多糖類化合物制備乙醇、乙酸等的工藝和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為尋找傳統(tǒng)能源物質(zhì)的替代產(chǎn)品開僻了一條新道路。盡管如此，這些僅僅是對秸稈的初級(jí)利用，而尋找更高經(jīng)濟(jì)附加值和探索傳統(tǒng)化學(xué)品的替代品的開發(fā)才是更高的目標(biāo)。無固相雜多糖苷水基鉆井液便是這樣一種新型的多功能綠色鉆井液，具有優(yōu)良的降濾失能力、防漏、防塌陷、增粘、抗鹽、抗高溫等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可生物降解，不產(chǎn)生二次污染。另外，也有文獻(xiàn)報(bào)道利用動(dòng)物貝殼中的殼聚糖和纖維素、淀粉等多聚糖，進(jìn)行改性水處理劑的研究；但對植物雜多糖進(jìn)行磺化改性，并將其用做水處理阻垢劑未見文獻(xiàn)報(bào)道。

目前，工業(yè)上運(yùn)用的阻硫酸鈣垢的水處理藥劑主要是有機(jī)膦酸鹽類水處理劑。它們具有如下缺點(diǎn)：1.當(dāng)pH>7.5或pH<6.5時(shí)，水解速度會(huì)加快，生成的正磷酸鹽易于與Ca²⁺生成磷酸鈣垢；2.為藻類提供了豐富的營養(yǎng)物，導(dǎo)致菌藻大量繁殖，給系統(tǒng)帶來新的殺菌滅藻問題；3.水解速度隨著濃度和溫度的升高而加快，在溫度超過90℃時(shí)會(huì)發(fā)生象無機(jī)聚磷酸鹽那樣的水解現(xiàn)象，其水解產(chǎn)物與二價(jià)金屬陽離子反應(yīng)而結(jié)垢4.許多性質(zhì)與磷酸鹽類似，用量不宜過高，否則易生成垢；5.易粘附于設(shè)備表面，與油類易發(fā)生乳化，在油田中使用需要加入防乳化劑；6.藥劑不可降解，會(huì)造成二次污染。因此，以來源廣泛、可再生的雜多糖類化合物為基體，探索傳統(tǒng)水處理化學(xué)品的替代品，具有重要實(shí)際意義。本專利就是在此思想的指導(dǎo)下，以植物雜多糖作為改性基體，對其進(jìn)行了磺化改性，制備了新型的無磷、無氮、高效阻硫酸鈣垢的阻垢劑，并參照水處理藥劑的相關(guān)國標(biāo)評價(jià)了其應(yīng)用性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述不足，主要目的是制備2,3-環(huán)氧丙磺酸鈉磺化改性的植物雜多糖阻垢劑。這種磺化改性的水處理藥劑具有非常好的阻垢分散性能，具有較寬的pH適用范圍，不受嚴(yán)格的用量限制，不會(huì)由于用量過大造成負(fù)面影響，不會(huì)對環(huán)境造成二次污染，生物可降解，作為一種傳統(tǒng)水處理化學(xué)品的替代品，是一種綠色、高效、具有良好應(yīng)用前景的水處理藥劑。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種植物雜多糖磺酸鹽，其分子結(jié)構(gòu)式如下：

其中，R=-CH₂CH(OH)CH₂SO₃Na、-CH₂CH₂SO₃Na或-CH₂CH(OH)SO₃Na；n=5~50。

所述的植物雜多糖磺酸鹽的制備方法，包括以下步驟：