[發明專利]一種超支化木質素基陽離子淀粉多功能復合型絮凝劑及其制備與應用

有效

• 申請號: 202110805800.0
• 申請日: 2021-07-16
• 公開（公告）號: CN113651963B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉偉峰;曾佳;邱學青;黃錦浩;楊東杰;張冬橋;樓宏銘
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G81/00
• 分類號: C08G81/00;C08H7/00;C02F1/56;C02F101/10;C02F101/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 殷妹

本發明公開了一種超支化木質素基陽離子淀粉多功能復合型絮凝劑及其制備與應用。本發明首先通過烷烴橋聯反應提高木質素的分子量，然后對高分子量木質素進行羧甲基化改性，最后使用工業級陽離子淀粉為原料，通過交聯劑，與改性的木質素進行接枝反應，合成具有優良絮凝性能的超支化木質素基陽離子淀粉多功能復合型絮凝劑。本發明方法有效地克服了木質素基絮凝劑的合成步驟繁瑣、成本高、不可完全降解、產物分子量低、絮凝效率低以及絮凝范圍單一的問題。

技術領域

本發明屬于絮凝劑技術領域，具體涉及一種超支化木質素基陽離子淀粉多功能復合型絮凝劑及其制備與應用。

背景技術

近年來，隨著工業的迅速發展，冶煉、電鍍、采礦、造紙、電子等行業產生了大量的工業廢水和生活廢水，這些廢水中不僅含有各種無機和有機污染物，還含有各種重金屬污染物。作為廢水處理的關鍵，國內外最常用的提高水質處理效率的方法是絮凝沉降，常用的絮凝劑為丙烯酰胺類聚合物PAM[ACS Sustainable Chem.Eng.3(2015)3253-3261.]。目前以線性超高分子量陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的應用最為廣泛，但是使用時黏度大、溶解時間長，而且離子型單體隨機分布于聚合物鏈上，電荷有效利用率低，并且存在生產成本高、技術難度大、不可降解等問題。因此，開發新型可降解陽離子型絮凝劑是提升污水處理技術的關鍵之一，也符合傳統產品高值化的要求。

生物質原料綠色無毒可降解，利用生物質原料制備綠色絮凝劑可減少環境污染。Wang等人將硫酸鹽木質素與2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(METAC)在酸性條件下接枝聚合，合成一種陽離子木質素聚合物，并將該聚合物用于絮凝0.25wt％的高嶺土懸濁液，處理效率高于未改性的木質素或METAC的均聚物[Ind.Eng.Chem.Res.2018,57(19)6595-6608]。李等人利用造紙廢水制備木質素磺酸鹽，并將其與丙烯酰胺、過硫酸鉀在一定溫度下反應得到接枝共聚產物，用于處理電鍍含鉻廢水[工業水處理.2009 29(11)28-31]。從現有的文獻報道中可以發現，以木質素為原料制備木質素基絮凝劑的應用越來越被關注。但是這類木質素基絮凝劑采用Grafting from的接枝策略，接枝效率低，產品結構不可控、絮凝效率低。

專利CN109280174B公布了一種超支化木質素接枝陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑及其制備方法。該方法中，先利用丙烯酰胺和陽離子單體共聚，得到末端帶鹵原子的陽離子聚丙烯酰胺預聚物；然后采用Grafting to接枝工藝，將預先合成的陽離子聚丙烯酰胺預聚物與木質素進行接枝改性，合成具有優良絮凝性能的超支化木質素接枝陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑。該發明克服了傳統的在木質素上進行grafting from原位接枝自由基聚合反應時存在活性低、分子量低、結構不可控等問題，所得超支化木質素接枝陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的絮凝效率大幅提高。但是，該方法制備的木質素基絮凝劑仍然需要使用丙烯酰胺和昂貴的陽離子試劑進行自由基聚合反應，再進行接枝反應，合成工藝要求較高，步驟繁瑣，特別是原料無法實現完全可降解。另外，木質素分子量較低，所得接枝產物僅有單一的絮凝功能，無法對無機膠體顆粒和重金屬離子等污染物完成同步絮凝去除。

Wu等人采用陽離子單體接枝共聚制備了三種不同鏈結構和電荷性質的淀粉基絮凝劑，將其用于腐殖酸(HA)的絮凝，發現支化結構的淀粉基絮凝劑比線性的淀粉基絮凝劑有更好的絮凝效果[Water Res.96(2016)126-135]。但是這種支化接枝效率低，結構不可控，總體絮凝效率低，成本高。目前將陽離子淀粉作為絮凝劑普遍存在溶解性差、難以實現支化結構、電荷有效利用率低、絮凝效率低等問題，同時淀粉基絮凝劑的活性官能團單一，因此僅有單一的絮凝能力，無法對無機膠體顆粒和重金屬離子等污染物完成同步絮凝去除。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種超支化木質素基陽離子淀粉多功能復合型絮凝劑的制備方法。