[发明专利]一种基于海藻酸钠的两性粒子絮凝剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于海藻酸钠的两性粒子絮凝剂的制备方法，属于高分子材料改性技术领域。本发明以海藻酸钠为原料，制备了一种天然高分子两性絮凝剂SA‑CTA，合成方法简单，一步即可合成。所得到的高分子两性絮凝剂SA‑CTA结构中含有阴、阳两类离子，可以同时对含正电荷和负电荷的杂质产生絮凝作用，应用范围广。

技术领域

本发明涉及一种基于海藻酸钠的两性粒子絮凝剂的制备方法，属于高分子材料改性技术领域。

背景技术

废水中存在的重金属离子、有机染料、固体颗粒等等污染物，不仅对环境会造成破坏，也对废水的循环利用造成严重的障碍。废水中的重金属离子不能被降解，而且能在生态系统中及人体内累积，造成危害。长期暴露于铅能导致生殖系统、血液系统、神经系统和泌尿系统弄能障碍，特别是对儿童伤害更严重。镉在人体内累计过多能导致骨痛病，并导致肾功能异常。高岭土悬浮颗粒会造成水体浊度的上升，且能成为其它污染物的载体，协助其它污染物的传输迁移，促进水中微生物污染物的繁殖生长。

常用的废水处理方法有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、吸附法，絮凝法等。絮凝剂法由于操作简便、高效、使用范围广，成为水处理中一种重要的技术，适合处理不同种类的废水。尽管，传统的无机絮凝剂和人工合成的有机絮凝剂尽管在过去几十年使用的比较普遍，但无机絮凝剂容易在水中残留金属离子，人工合成的有机絮凝剂容易残留小分子有机污染物，造成了二次污染，因此，新型的无毒且可降解的天然高分子絮凝剂越来越受到重视。

通过对天然高分子进行改性，在分子链上引入不同功能的基团，可以获得具有絮凝能力的天然高分子絮凝剂。天然高分子的改性通常引入的是单一的阳离子基团或者阴离子基团，因而获得的絮凝剂功能也较单一。实际废水中的污染物非常复杂，水中的悬浮颗粒表面既有可能带正电荷，也有可能带负电荷。单一离子类型的絮凝剂无法同时处理含有多种污染物的废水。相反，分子链上同时具备阴离子和阳离子的两性絮凝剂则能够大大拓宽使用范围，提高效率。ZhenYang等以壳聚糖为材料，合成了两性絮凝剂，并研究了对模拟高岭土废水和实际的长江废水的絮凝效果；Qintie Lin等以淀粉为材料合成了两性絮凝剂，并对甲基紫溶液及铅溶液废水进行了絮凝实验；Hiroyuki Kono等以纤维素为材料合成了两性絮凝剂，并研究了对高岭土废水溶液的絮凝效果。壳聚糖、淀粉、纤维素等天然高分子原料虽然来源广泛、价格低廉，但是其共同的特点是分子本身不带有阳离子或阴离子基团，因此往往得通过两步或者多步的复杂反应才能合成两性絮凝剂。

发明内容

本发明目的在于合成一种高效、环境友好和使用范围广的絮凝剂，以海藻酸钠(Sodium Alginate,SA)为原料，制备了一种天然高分子两性絮凝剂SA-CTA，合成方法简单，一步即可合成。

本发明制备天然高分子两性絮凝剂SA-CTA的方法，包括以下步骤：

(1)向海藻酸钠水溶液中，加入NaOH溶液，搅拌，充分溶解；

(2)将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)溶液与NaOH溶液混合均匀，充分反应，生成环氧类中间产物2-3-环氧丙基三甲基氯化铵；

(3)将步骤(2)所得的溶液逐滴加入到步骤(1)中的海藻酸钠溶液中，滴加完毕，升温搅拌反应，中间产物2-3-环氧丙基三甲基氯化铵在碱性条件下与海藻酸钠分子链上的羟基活泼氢发生亲核取代反应，接枝上三甲基氯化铵阳离子基团；

(4)停止反应后，冷却至室温，加入无水乙醇，静置后过滤，将沉淀用乙醇溶液洗涤，之后将沉淀冷冻干燥，得到改性两性海藻酸钠絮凝剂(SA-CTA)。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所用海藻酸钠属于天然高分子植物多糖类物质，多糖分子不溶于浓度大于或等于75％的醇溶液中。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所用NaOH溶液还可以用包括KOH在内的一种或多种无机碱溶液代替，NaOH用量是海藻酸钠摩尔量的1-3倍。