[发明专利]用于污水处理的交联型BA‑g‑酯化氧化木薯淀粉的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是一种用于污水处理的交联型BA-g-酯化氧化木薯淀粉的合成方法。

背景技术

污水处理剂的研究与应用从最初的铝盐、铁盐无机絮凝剂到聚丙烯酰铵类有机高分子絮凝剂再到如今的天然高分子絮凝剂，寻求环保、高效的絮凝剂是环境材料发展的方向之一。

复合变性淀粉衍生物因其以绿色资源淀粉为基础，具有可降解、功能性优良等优点而受到关注。淀粉经过氧化、酯化等复合变性可以使其兼具氧化淀粉的阻垢性能和阳离子化淀粉对污水中阴离子基团的吸附性能，达到高效利用生物质资源的目的。复合变性淀粉再通过接枝修饰可改善淀粉分子的柔韧性，提高抗拉强度、断裂伸长率以及吸附等性能，为其应用于污水处理剂提供了可能，可选择的接枝单体主要有丙烯腈、丙烯酸酯、聚氨酯预聚体、丙烯酰胺等。本发明将丙烯酸丁酯(Butyl Acrylate，BA)大分子作为第三基团接枝酯化-氧化淀粉基，同时加入交联单体，达到了在保留酯化-氧化淀粉的阻垢性、吸附性等性能基础上，使原有分子链加大，增强对污水中小颗粒的吸附缠裹，从而加快了污浊物的沉降速度。

本发明以木薯淀粉为起始原料，以过氧化氢为氧化剂，硫酸亚铁为催化剂，在水相中将木薯淀粉氧化。然后以对甲苯磺酸为酯化催化剂，使淀粉上的羟基与丁二酸酐(Succinic anhydride，SA)发生酯化反应生成氧化-酯化淀粉。最后再以丙烯酸丁酯为接枝单体、乙烯亚胺为内交联剂，在过硫酸铵引发的条件下进行接枝共聚反应，合成交联型BA-g-酯化氧化木薯淀粉。该种复合变性淀粉可在一定程度上使单一变性淀粉的性质实现优势互补，为一种新型多功能污水处理剂。

发明内容

本发明的目的是改善木薯淀粉衍生物的功能特性，扩大其作为水处理剂的应用性能，提供一种交联型BA-g-酯化氧化复合变性木薯淀粉的合成方法。

具体步骤为：

(1)称取8～10g木薯淀粉置于60℃真空干燥箱中干燥24小时至恒重，得干基木薯淀粉。

(2)称取步骤(1)中所得干基木薯淀粉4～6g加入装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的250mL的四口烧瓶中，再加入100～120mL蒸馏水为反应溶剂；在室温下混合搅拌10～15分钟，使木薯淀粉在溶剂体系内分散均匀，得到木薯淀粉悬浮液。

(3)将步骤(2)体系升温至55～65℃，向其加入0.08～0.12g七水合硫酸亚铁，然后将温度降至45℃，向四口瓶中滴加1.2～2.0mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，控制滴加速度在20分钟内完成，滴完后继续搅拌反应2～3.0小时,得到氧化淀粉粗产物。

(4)将步骤(3)体系温度调至30℃，继续将0.2～0.3g对甲苯磺酸、4～6g丁二酸酐加入四口烧瓶内，搅拌下温度升至35～45℃继续反应3～4小时。反应结束后用5～8mL质量分数为3％的氢氧化钠溶液中和至pH约为6.0，所得混合物抽滤后得到的滤饼用25～30mL蒸馏水洗涤3次，再在45℃真空干燥箱中干燥6～8小时至恒重得到氧化-酯化淀粉。

(5)将步骤(4)的所得氧化-酯化淀粉5～8g分散于100～120mL蒸馏水中搅拌均匀，维持温度为35～45℃，然后在1.0小时内向其缓慢滴入1.0～1.5mL分析纯乙烯亚胺、3～6mL化学纯丙烯酸丁酯和3～5mL浓度为0.027～0.075mol/L引发剂过硫酸铵的混合液，滴加完毕后继续反应4～5小时，得到交联型BA-g-酯化氧化木薯淀粉粗产品。

(6)将步骤(5)体系冷却至室温，抽滤后得到的滤饼依次用25～30mL蒸馏水洗涤1～2次、15～20mL分析纯丙酮洗涤1～2次，将滤饼在45℃的真空烘箱中干燥6～8小时至恒重。产物经粉碎、过筛得到白色或乳白色颗粒状交联型BA-g-酯化氧化木薯淀粉产品。

(7)采用酸碱滴定法测定步骤(7)氧化-酯化木薯淀粉的丁二酸基团取代度，具体操作如下：分别配制浓度约为0.5mol/L的NaOH、HCl标准溶液；而后向100mL锥形瓶内加入20mL NaOH标准溶液，并准确称取1g产物溶于其中；以酚酞为指示剂，用配置好的HCl标准溶液进行标定，滴定至微红色刚好不消失为终点。取代度按下式计算：

DS＝162×A/(1-M×A)

式中：

A——1g取代物所消耗NaOH的摩尔质量，单位mol；

M——一个羟基被酯化剂取代后葡萄糖单元的摩尔质量增加值；

162——木薯淀粉中葡萄糖单元的相对分子质量。

(8)接枝率、接枝效率的计算：

接枝率：