[发明专利]一种水溶性阳离子木质素基可聚合单体、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种水溶性阳离子木质素基可聚合单体、其制备方法及其应用。水溶性阳离子木质素基可聚合单体的结构式为：本发明水溶性阳离子木质素基可聚合单体，制备方法简单，聚合活性高，为木质素功能化改性提供了技术支持；本发明所得阳离子木质素基水凝胶对废水中刚果红和亚甲基蓝等具有优异的吸附能力，吸附量大，用量少，且可反复使用。

技术领域

本发明涉及一种水溶性阳离子木质素基可聚合单体、其制备方法及其应用，属于新聚合单体的开发及应用技术领域。

背景技术

木质素在自然界中储量第二大的生物质资源，而且造纸工业每年产生大量的工业木质素，但回收利用率低，大部分直接排放到江河湖泊中，严重污染了水资源并造成资源的浪费。

发明内容

本发明提供一种水溶性阳离子木质素基可聚合单体、其制备方法及其应用，提高了木质素产品的附加值，实现了资源的回收利用；本申请制得的单体，可制备水凝胶并用于废水处理，达到了以废治废的效果，具有广阔的实际应用前景。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种水溶性阳离子木质素基可聚合单体，其结构式为：

上式中，lignin为木质素，H/lignin为H或lignin。

上述水溶性阳离子木质素基可聚合单体的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：

A、将木质素与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵在溶剂中反应，得到阳离子木质素；

B、将阳离子木质素与丙烯酰氯或丙烯酸反应，得到水溶性阳离子木质素基可聚合单体，也即水溶性阳离子木质素基丙烯酸酯可聚合单体。

为了进一步提高单体得率，步骤A中，溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，反应温度为60～140℃，反应时间为2-10h。

为了进一步提高单体得率，步骤A中，木质素与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为1：(0.3-1)。

为了进一步提高单体得率，步骤B中，阳离子木质素与丙烯酰氯或丙烯酸的质量比为1：(0.2～0.8)，反应温度为0～35℃，反应时间为3～12h。

一种阳离子木质素基水凝胶的制备方法，将上述水溶性阳离子木质素基可聚合单体、丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶解在水中，在催化剂的作用下，通过聚合反应，制得阳离子木质素基水凝胶。

本申请水溶性阳离子木质素基可聚合单体引入了阳离子基团，增加了木质素单体的吸附活性，同时引入了丙烯酸酯基团，提高了聚合活性，发明人经吸附实现发现，所得水凝胶的吸附量有了非常显著的提升，可用于刚果红废水等的处理，变废为宝，提高了木质素的利用率和附加值。

发明人在研发过程中发现，上述水溶性阳离子木质素基可聚合单体的用量会直接影响到所得水凝胶对刚果红的吸附效果，优选，上述水溶性阳离子木质素基可聚合单体的添加量为总单体质量的5～30％，若水溶性阳离子木质素基可聚合单体的用量过少，会降低所制得水凝胶的吸附量，为了提高所制得水凝胶的吸附量，进一步水溶性阳离子木质素基可聚合单体的用量优选为总单体质量的15～25％；总单体的质量浓度为8～20％，总单体包括水溶性阳离子木质素基可聚合单体、丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。

为了提高反应概率，催化剂为过硫酸酸钾、亚硫酸氢钠、偶氮二异丁腈或偶氮二异丁脒盐酸盐中的至少一种，反应温度为40～60℃，反应时间为4～24h。