[发明专利]一种含有多巴官能团的聚乙烯胺高分子絮凝剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有多巴官能团的聚乙烯胺高分子絮凝剂的制备方法及其应用，属于环保水处理技术领域。

背景技术

絮凝剂是一种常见的水处理化学品，它在水处理行业中占有着举足轻重的地位。絮凝剂可以用来降低水的浊度、色度等感官指标，去除多种高分子有机物，胶体微粒，重金属和某些放射性物质。目前国内大量应用的絮凝剂主要是无机和有机合成两个大类。

最常见的无机类絮凝剂主要是铝盐和铁盐，其中包括聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁(PFC)等。一般来讲，无机类絮凝剂的投加量很大，处理效率相对较低，而且由于部分残留或分解之后的铝盐的引入仍然具有一定的毒性，目前其在食品、药品等对水质要求严格的领域已经被限制使用。相对于无机类絮凝剂来讲，有机高分子类絮凝剂其分子量较大，具有用量少，絮凝速度快，pH适用范围较广，受盐类及外界环境影响小，污泥量少，无腐蚀性，处理效果好等优点，在工业领域受到了广泛关注和欢迎，在销售市场上也显示出越来越明显的优势。其中，聚乙烯胺就是近年来开发的一种具有净水作用的水处理产品。聚乙烯胺分子中含有大量的胺基（-NH₂），可以通过氢键等方式有效地链接污废水中的胶体微粒。与此同时，胺基还易于其他官能团反应，成为可以制备多种功能性材料的反应性聚合物底物。因此，人们常常利用化学手段改变其理化特性以满足实际工业应用的需要。

海洋水生生物贻贝可以在水中依靠其足丝将自身牢牢粘附在金属、玻璃、木材、人工高分子材料等多种物质的表面。据大量的研究表明，这是因为贻贝的足丝上可以分泌一种非常特殊的粘附蛋白，而这种蛋白的最大特点就是其中含有多巴成分（DOPA，3,4-dihydroxyphenylalanine)。多巴可以使该蛋白实现分子内部的交联，从而使蛋白固化并具有优异的水下粘附的独特作用。

聚乙烯胺虽然具有一定的絮凝作用，但是其与污/废水中的胶体微粒的结合力较弱，很多时候不能够形成稳定的絮状沉淀，这在很大程度上限制它的使用。因此，聚丙烯酰胺如果经过化学修饰后可以引入增强其与胶体微粒之间作用力的基团，使之可以与胶体微粒结合的更为紧密牢固，那么其必将会在水处理行业拥有更为广阔的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种性能优良，工艺简单，成本低廉的高分子絮凝剂的制备与应用方法。

按照本发明提供的技术方案，其通过接枝反应将多巴基团接枝于高分子聚乙烯胺分子骨架之上。通过该方法可以有效地提高絮凝剂对于污水/废水中胶体微粒的吸附能力，同时通过邻苯二酚对于重金属离子的螯合能力，也可以明显降低水中的重金属含量，实现多重功效的净水效果。

一种含有多巴官能团的聚乙烯胺高分子絮凝剂的制备方法，按重量份计步骤如下：

（1）混合：取聚乙烯胺1份，溶剂50-200份进行混合并充分搅拌使之充分溶解；然后再加入3,4-二羟基苯基丙酸0.2-2份，搅拌使其充分溶解；

（2）偶联反应：在氮气保护下向步骤（1）所得溶液中加入0.1-2.0份的偶联剂进行反应，反应时间为1-5h，反应温度为20-80℃；反应过程中使用酸碱度调节剂来控制溶液体系的pH值为5-10；目的在于控制反应的引发并降低副反应物的生成。

（3）分离：收集反应液收集至再生纤维素透析膜中进行分离，分离时间为1-5天，随后将溶液进行干燥处理，干燥至恒重，最后得到含有多巴官能团的聚乙烯胺高分子絮凝剂产品。

所述溶剂为水、甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或异丙醇中的一种或几种的混合物。

所述酸碱度调节剂选自盐酸、醋酸、草酸、氢氧化钠、氨水和碳酸氢钠之中的一种或几种。

所述偶联剂为N,N'-二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及二异丙基碳二亚胺中的一种。

所述含有多巴官能团的聚乙烯胺高分子絮凝剂中的多巴，即DOPA官能团的取代度为每摩尔3%-5%。

步骤（3）所述透析膜截留分子量为1.2-1.4万。

步骤（3）所述干燥为真空冷冻干燥，真空度为8-12Pa，冷冻温度为-45~-55℃，干燥至恒重为止。

权利要求1所述含有多巴官能团的聚乙烯胺高分子絮凝剂的应用，其特征是：用作污水的絮凝剂或泥饼脱水剂，添加浓度为2-50mg/L。