本发明专利技术公开了一种处理造纸白水用阳离子微球及其制备方法与应用。该方法为：取聚苯乙烯树脂白球，放入二氯甲烷中溶胀，洗滤，干燥，得到预处理后的聚苯乙烯白球；取预处理后的聚苯乙烯白球，加入无水二氯甲烷和丙烯酰氯，加入无水氯化铝，搅拌反应，洗滤，干燥，得到聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂；取聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂，加入DMF润胀，加入阳离子单体，通氮气后加入引发剂，升温，反应，然后将产物洗滤，干燥，得到处理造纸白水用阳离子微球。该方法制得阳离子聚苯乙烯微球应用于处理造纸白水，可以大幅降低白水的阳离子需求量，减少阴离子垃圾的含量，经活化处理，可以重复多次使用。
【技术实现步骤摘要】
一种处理造纸白水用阳离子微球及其制备方法与应用
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种处理造纸白水用阳离子微球及其制备方法与应用。
技术介绍
造纸行业是世界上最重要的工业之一，为我们日常生活提供了各种纸制品。然而，随着全球范围内的产业结构和国际分工大调整，造纸工业面临着三大问题：原料短缺、能源紧张、污染严重。清洁生产是造纸工业可持续发展的必然趋势，“十二五”是我国造纸工业转变发展方式，建设科技创新型、资源节约型和环境友好型现代造纸工业的关键时期。国家发展改革委公布的《造纸工业发展“十二五”规划》对清洁生产的发展起到了积极的促进作用。“规划”明确要求造纸工业到2015年末，吨纸浆、纸及纸板的平均取水量由2010年的85m3下降至70m3，下降18%。目前，在造纸工业中，白水系统的循环回用是一条重要的清洁生产途径。白水的封闭循环不仅能解决排水的公害问题，还能减少纤维、热能、清水消耗，提高企业的环保形象。但是伴随着白水的封闭循环，造纸系统中会积累大量的溶解与胶体物质（dissolvedandcolloidalsubstances，简称DCS），这些污染物会严重影响纸机的运行性、影响纸张的物理性能、影响造纸添加剂的使用效果。造纸系统中的溶解与胶体物质根据来源的不同分为四种：来自纸浆原料的木素衍生物、半纤维素、抽出物，来自于再生纤维的胶黏剂、胶乳、高分子树脂等粘性物质，来自于化学添加剂的染料、羧甲基纤维素、淀粉类物质，以及工程用水中的金属离子（钙、镁、铝）、矿物质等。如何有效地去除DCS是白水循环使用的重要环节。近年来，针对造纸过程循环白水中的DCS，使用高电荷密度、低分子量的固着剂可以将DCS固定在纤维、细小纤维上，带出白水系统，但固着到纸页中的DCS物质还会影响纸机运行性，特别是压榨和干燥部。其他过滤膜法和生物酶法，由于苛刻的运行条件和较高的生产成本，使得推广使用受到限制。目前，吸附树脂由于其具有吸附效果好、脱附再生容易、性能稳定、适用范围宽、实用性好、可实现综合利用等特点，已广泛应用于水处理工业中。将吸附树脂封装在流化床反应器中可以较方便地去除白水中的DCS。传统的离子交换树脂，特别是阴离子型离子交换树脂，其表面带有大量短链的季铵、叔胺离子，可以通过电中和作用，吸附白水中的溶解与胶体物质，利用常规的有机溶剂可以再生吸附树脂。如何提高树脂的工作效能（如吸附量、吸附速率）是很多工程技术人员关心的问题，处理造纸白水亦然。以交联聚苯乙烯白球为基材，通过表面接枝改性，在聚苯乙烯白球上引入阳离子聚电解质，创造性地制备出一种捕捉溶解与胶体物质效果较好的吸附树脂。
技术实现思路
依据非均相反应的技术特点，本专利技术主要目的在于提供一种处理造纸白水用阳离子微球及其制备方法与应用。本专利技术中的方法工艺条件温和，得到的新型聚苯乙烯微球具有杂质少、负载的阳离子聚电解质含量高等特点。本专利技术通过在交联聚苯乙烯微球上引入丙烯酰氯基团，以过硫酸铵引发阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，制得所述的阳离子聚苯乙烯微球。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案。一种处理造纸白水用阳离子微球的制备方法，包括以下步骤：(1)聚苯乙烯树脂白球的预处理：称取聚苯乙烯树脂白球，放入二氯甲烷中溶胀2～4小时后用四氢呋喃洗滤3～5次，再用蒸馏水洗滤3～5次，然后用无水乙醇、甲醇各洗滤2～3次，最后放于30～40℃的真空干燥箱中干燥36～48小时，得到预处理后的聚苯乙烯白球；(2)聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂制备：称取2.5～5.0g步骤(1)得到的预处理后的聚苯乙烯白球，加入20～100ml无水二氯甲烷和1.0～12.5g丙烯酰氯，在5～30℃下加入1.8～21.0g无水氯化铝，磁力搅拌下，反应2～6小时，然后将产物依次用无水乙醇、1%的稀盐酸、蒸馏水、甲醇洗滤30～60分钟，最后将产物放于30～50℃的真空干燥箱中干燥24～48小时，得到淡黄色的球形粉末，即聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂；(3)阳离子化聚苯乙烯微球的制备：称取0.1～0.5g步骤(2)得到的聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂，加入0.3g～36.5gDMF润胀12～24小时，接着加入0.2g～20.0g阳离子单体，通氮气30～60min后加入0.05mg～40mg的引发剂，升温至50～80℃，反应12～24小时，然后将产物依次用蒸馏水、无水乙醇、甲醇洗滤30～60分钟，最后将产物放于30～50℃的真空干燥箱中干燥24～48小时，得到表面为透明淡黄色的球形粉末，即处理造纸白水用阳离子微球（阳离子化聚苯乙烯微球）。上述方法中，步骤（1）中，所述聚苯乙烯树脂白球粒径为200～400μm，交联度为5%～10%。上述方法中，步骤（3）中，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，其添加形式为质量百分比浓度为60%～75%的水溶液。上述方法中，步骤（5）中，所述引发剂为过硫酸铵。以上所用的氮气均为高纯氮，纯度为99.99%。一种阳离子化聚苯乙烯微球的应用于处理造纸白水，阳离子化聚苯乙烯微球作用于APMP浆料的循环白水中，其中阳离子化聚苯乙烯微球相对于白水的加入量为5g/L～40g/L。本专利技术的原理是：首先利用傅克酰基化反应，在聚苯乙烯树脂白球上引入丙烯酰氯；接着将阳离子单体MAC，通过自由基聚合的方法接枝到聚苯乙烯微球上。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术通过非均相引发反应，将阳离子聚电解质接枝到聚苯乙烯微球上，得到阳离子化聚苯乙烯微球的阳离子聚电解质含量高、且较为均匀地分布在聚苯乙烯微球表面，接枝改性工艺简单、溶剂残留较少。该阳离子聚苯乙烯微球，可以高效地吸附造纸循环白水中溶解与胶体物质，通过简单地洗脱操作，又能重复使用。附图说明图1为实施例1制备的聚苯乙烯负载聚电解质微球的傅里叶红外图谱，其中a曲线为:未改性PS微球；b曲线为:酰基化PS微球；c曲线为:阳离子化PS微球；图2为实施例1中未改性PS微球的扫描电子显微镜照片；图3为实施例1中阳离子化PS微球的扫描电子显微镜照片；图4为制备阳离子化聚苯乙烯微球的路线图；图5为两种吸附树脂在不同时间下处理造纸白水后阳离子需求量的变化；图6为两种吸附树脂处理造纸白水的使用重复性对比。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步地具体详细描述，但本专利技术的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1(1)称取100g聚苯乙烯树脂白球，放入二氯甲烷中溶胀4小时，接着转移至G2砂芯漏斗中，用四氢呋喃洗滤3次，再用蒸馏水洗滤3次，然后用无水乙醇、甲醇各洗滤2次，最后放于40℃的真空干燥箱中干燥48小时，得到预处理后的聚苯乙烯白球；(2)称取4.2g步骤(1)得到的预处理后的白球，加入60ml无水二氯甲烷和7.2g丙烯酰氯，在30℃下加入11.6g无水氯化铝，磁力搅拌下，反应4小时，然后将产物依次用无水乙醇、1%的稀盐酸、蒸馏水、甲醇洗滤30分钟，最后将产物放于50℃的真空干燥箱中干燥48小时，得到淡黄色的球形粉末，即聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂；(3)称取0.2g步骤(2)得到的负载有丙烯酰氯的聚苯乙烯微球，加入1.2gDMF润胀24小时，接着加入1.3g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(加入形式为：质量百分比浓度为72%的水溶液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种处理造纸白水用阳离子微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 聚苯乙烯树脂白球的预处理：称取聚苯乙烯树脂白球，放入二氯甲烷中溶胀2～4小时后用四氢呋喃洗滤3～5次，再用蒸馏水洗滤3～5次，然后用无水乙醇、甲醇各洗滤2～3次，最后放于30～40℃的真空干燥箱中干燥36～48小时，得到预处理后的聚苯乙烯白球；(2) 聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂制备：称取2.5～5.0g步骤(1)得到的预处理后的聚苯乙烯白球，加入20～100ml无水二氯甲烷和1.0～12.5g丙烯酰氯，在5～30℃下加入1.8～21.0g无水氯化铝，磁力搅拌下，反应2～6小时，然后将产物依次用无水乙醇、1%的稀盐酸、蒸馏水、甲醇洗滤30～60分钟，最后将产物放于30～50℃的真空干燥箱中干燥24～48小时，得到淡黄色的球形粉末，即聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂；(3) 阳离子化聚苯乙烯微球的制备：称取0.1～0.5g步骤(2)得到的聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂，加入0.3g～36.5g DMF润胀12～24小时，接着加入0.2g～20.0g阳离子单体，通氮气30～60min后加入0.05mg～40mg的引发剂，升温至50～80℃，反应12～24小时，然后将产物依次用蒸馏水、无水乙醇、甲醇洗滤30～60分钟，最后将产物放于30～50℃的真空干燥箱中干燥24～48小时，得到表面为透明淡黄色的球形粉末，即处理造纸白水用阳离子微球。...
【技术特征摘要】
1.一种处理造纸白水用阳离子微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)聚苯乙烯树脂白球的预处理：称取聚苯乙烯树脂白球，放入二氯甲烷中溶胀2～4小时后用四氢呋喃洗滤3～5次，再用蒸馏水洗滤3～5次，然后用无水乙醇、甲醇各洗滤2～3次，最后放于30～40℃的真空干燥箱中干燥36～48小时，得到预处理后的聚苯乙烯白球；(2)聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂制备：称取2.5～5.0g步骤(1)得到的预处理后的聚苯乙烯白球，加入20～100ml无水二氯甲烷和1.0～12.5g丙烯酰氯，在5～30℃下加入1.8～21.0g无水氯化铝，磁力搅拌下，反应2～6小时，然后将产物依次用无水乙醇、1%的稀盐酸、蒸馏水、甲醇洗滤30～60分钟，最后将产物放于30～50℃的真空干燥箱中干燥24～48小时，得到淡黄色的球形粉末，即聚苯乙烯负载丙烯酰氯树脂；(3)阳离子化聚苯乙烯微球的制备：称取0.1～0.5g步骤(2)得到的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军荣，肖禾，何北海，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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