一种改性聚丙烯酰胺及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性聚丙烯酰胺及其制备方法，其制备包括：以阴离子聚丙烯酰胺为母体，与甲醛发生羟甲基反应，再与配体2‑氨基‑5‑巯基‑1,3,4‑噻二唑发生接枝反应，得到所述改性聚丙烯酰胺。本发明专利技术制备方法简单，操作方便，产率高。将阴离子聚丙烯酰胺进行改性，使其具有机械强度高，热稳定性好的特点。本发明专利技术还公开了所述改性聚丙烯酰胺在吸附碱性品红中的应用，本发明专利技术改性聚丙烯酰胺是可分离富集的功能材料，含有较多的功能基团，对碱性品红有较好的吸附性。

Modified polyacrylamide and preparation method and application thereof

The invention discloses a modified polyacrylamide and preparation method thereof, and the preparation comprises: with anionic polyacrylamide matrix occurred hydroxymethyl reaction with formaldehyde, and 2 amino 5 ligand 1,3,4 Thiadiazolen two mercapto triazole graft reaction, obtaining the modified poly acrylamide. The preparation method of the invention is simple, the operation is convenient, and the yield is high. The anionic polyacrylamide is modified so as to have the advantages of high mechanical strength and good thermal stability. The invention also discloses application of the modified polyacrylamide on adsorption of basic fuchsin, the modified polyacrylamide is separable functional material enrichment, functional groups containing more, had better adsorption of alkaline fuchsin.

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚丙烯酰胺及其制备方法和应用
本专利技术属于吸附
，涉及一种改性聚丙烯酰胺及其制备方法和应用。
技术介绍
在我国，企业每年排放的工业污水约为199亿吨，其中染料废水约为70亿吨，因此染料废水是工业废水的主要来源。随着印染行业技术的发展，染料废水呈现出可生化性逐渐变差的趋势，且染料废水还具有色度深、COD值高、毒性强、浓度高的特点，使其逐渐成为我国废水处理的主要难点。目前，处理染料废水常用的方法主要有生物降解、氧化、膜技术和吸附。国内外主要采用生物法和混凝法处理染料废水，但目前处理染料废水具有难生化降解性，仅靠生物处理方法难以使染料废水达标排放，而吸附法则有较好的处理效果，因此，低污染，低成本，高选择性的吸附剂成为了治理染料废水的有效手段。目前工业上常采用的吸附剂为活性炭。活性炭造价高，普遍用于工业废水的深度处理。聚丙烯酰胺(以下简称PAM)是重要的高分子聚合物之一，性质为水溶性、高分子，是通过丙烯酰胺在特定条件下均聚或与其他单体共聚而成，质量分数大于50％的线性的水溶性的化学物品的总称。依据物质的性状PAM产品主要有三种类型：乳液、水溶液胶体、粉状；依据物质的离子特性分为阳离子型(CPAM)、阴离子型(APAM)、非离子型(NPAM)及两性型，四种类型的聚合物有的是均聚物，也有的是共聚物。阴离子聚丙烯酰胺是常用的高分子絮凝剂，在污水处理、化工、石油等领域被广泛应用。其特点是絮凝性，粘合性。因此也是最受人们关注的，其重要性是生产成本远低于阳离子高分子絮凝剂和两性高分子絮凝剂。阴离子型聚丙烯酰胺的合成方法主要有水解法，共聚法。水解法：均聚后水解法、均聚共水解法。共聚法：单体共聚法、接枝共聚法、水溶液聚合、反相乳液聚合及反相悬浮聚合。当前阴离子型聚丙烯酰胺的生产大多采用的是共聚法。沈雷(阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂(APAM)的制备及应用[D].重庆大学，2011)采用的水溶液共聚法，在无机引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠做引发剂的条件下，聚合丙烯酰胺单体和氢氧化钠得到阴离子聚丙烯酰胺(APAM)，实验研究合成了分子量为960万，且残留单体含量为0.072％；与此同时获得另两种高分子聚合物APAM分子量分别为872万和883万，残留单体物质的含量为0.050％和0.043％。通过上述对中国水资源和水污染的现状描述，以及聚丙烯酰胺的合成以及改性和应用方面的陈述，阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂的应用在水处理技术中发挥着重要作用，而我国在阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂在其制备的种类生产上目前还处于一般的水平。改性聚丙烯酰胺可以作为一种亲水性聚合物，当前已应用于有机工业，生物医学、水的净化处理、食品工业、重金属回收、悬浮物的絮沉。此聚合物具有多种功能官能团，如羧基、氨基、羟基或磺酸基等。利用胺甲基化反应(Mannich反应)即羟甲基反应和接枝反应在阴离子聚丙烯酰胺主链上引入含氨基的基团，当引入的基团为氨基或者其他基团时，就可以提升物质本身的功能性，拓展改性物质的在其他方面的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述技术和成本问题，提供一种改性聚丙烯酰胺及其制备方法和应用，以聚丙烯酰胺为母体，与配体(2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑)进行合成反应，能够获得具有较高功能基转化率的改性聚丙烯酰胺，该改性聚丙烯酰胺对碱性品红具有良好的选择性吸附性能。为解决上述技术难题，本专利技术采用以下技术方案：一种改性聚丙烯酰胺，包含如式(Ⅰ)所示的重复单元：所述改性聚丙烯酰胺的特性粘度为700～800mg/mL。母体聚丙烯酰胺是能吸附微粒官能团的线性高分子化合物，能将微粒吸附在一起形成团状物聚丙烯酰胺长碳链，在微粒之间起着架桥作用。聚丙烯酰胺可高分子骨架通过与试剂发生反应连接功能基团，从而制备可分离富集的功能材料。配体2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑中具有多个氮原子，能提供孤对电子，这样的化学结构能更好地螯合碱性品红。所述改性聚丙烯酰胺的制备方法，包括：以具有如(Ⅱ)所示重复单元的阴离子聚丙烯酰胺为母体，与甲醛发生羟甲基反应，再与结构如(Ⅲ)所示的配体发生接枝反应，得到具有所述改性聚丙烯酰胺；所述制备方法具体包括：(1)将阴离子聚丙烯酰胺溶于水中，加入甲醛水溶液进行羟甲基反应，得混合物；(2)在步骤(1)得到的混合物中加入所述配体进行接枝反应，得聚合物；(3)将步骤(2)得到的聚合物浸泡在溶剂中，经水洗涤后，冷冻干燥得所述改性聚丙烯酰胺。优选地，步骤(1)中，将阴离子聚丙烯酰胺溶于水中，所得阴离子聚丙烯酰胺水溶液的质量分数为0.5～5％。优选地，步骤(1)中，所述甲醛水溶液的质量分数为20～50％。优选地，步骤(1)中，所述阴离子聚丙烯酰胺与甲醛水溶液的投加比例为1g：0.1～8mL，在该比例范围内，甲醛的利用率随甲醛投加比例的增加先增加后减小，由于阴离子聚丙烯酰胺与甲醛反应生成羟甲基聚丙烯酰胺中间体，再与配体进行接枝反应，若甲醛含量过高，易发生交联，会降低产品的稳定性；进一步优选，所述阴离子聚丙烯酰胺与甲醛水溶液的投加比例为1g：2～8mL；最优地，所述阴离子聚丙烯酰胺与甲醛水溶液的投加比例为1g：3mL，此时甲醛的利用率最高，达到87.6％。优选地，步骤(1)中，所述羟甲基反应的温度为25～35℃。优选地，步骤(1)中，所述羟甲基反应的时间为2～5h。优选地，步骤(2)中，所述配体与步骤(1)中阴离子聚丙烯酰胺的质量比为1：0.3～1.1，随着配体投加比例的增加，所得改性阴离子聚丙烯酰胺的分子量先增加，然后增加趋势趋于平缓。由于随着反应时间的增加，聚合接枝反应不断进行，聚合物的分子链不断的加长，使聚合物的分子量不断的增加，而当反应进行到一定时间时，由于主链上可接枝的分子链数量有限，总分子量停止增加。优选地，步骤(2)中，所述接枝反应的温度为50～100℃，制备的改性聚丙烯酰胺的分子量是随温度的升高而增大，最后趋于平衡；由于接枝反应温度的升高可以提高溶液中的配体向母体(阴离子聚丙烯酰胺)主链上的反应活性位点扩散的速率，并且增大了活性位点配体的浓度，促进聚合反应的进行。进一步优选，所述接枝反应的温度为70～100℃。在该温度范围内，所得改性聚丙烯酰胺的分子量最大。优选地，在步骤(2)中，所述接枝反应的pH为6～8，所得改性聚丙烯酰胺的分子量随着pH的升高先增大后减小；进一步优选，所述接枝反应的pH为7.5，该pH下，反应环境的游离的氢离子和氢氧根离子相互作用没有干扰聚合反应。优选地，步骤(2)中，所述接枝反应的时间为8～15h。优选地，步骤(3)中，所述溶剂为质量分数为20～50％的甲醛水溶液。优选地，步骤(3)中，所述冷冻干燥的温度为-60～-40℃。本专利技术还提供了一种所述改性聚丙烯酰胺在吸附碱性品红中的应用。与现有技术相比，采用本专利技术的方法制备的改性聚丙烯酰胺，具有如下优点：原料来源广泛，价格低廉；1、本专利技术制备方法简单，操作方便，产率高；2、将阴离子聚丙烯酰胺进行改性，使其具有机械强度高，热稳定性好的特点；3、反应溶剂以及反应物均绿色无毒，节约成本，保护环境，减少了二次污染；4、本专利技术改性聚丙烯酰胺是可分离富集的功能材料，含有较多的功能基团，对碱性品红有较好的吸附性；5、本专利技术改性聚丙烯酰胺的氮原子较多，含氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性聚丙烯酰胺，其特征在于，所述改性聚丙烯酰胺包含如式(Ⅰ)所示的重复单元：

【技术特征摘要】
1.一种改性聚丙烯酰胺，其特征在于，所述改性聚丙烯酰胺包含如式(Ⅰ)所示的重复单元：所述改性聚丙烯酰胺的特性粘度为700～800mg/mL。2.一种根据权利要求1所述的改性聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，包括：以具有如(Ⅱ)所示重复单元的阴离子聚丙烯酰胺为母体，与甲醛发生羟甲基反应，再与结构如(Ⅲ)所示的配体发生接枝反应，得到所述改性聚丙烯酰胺；3.根据权利要求2所述的改性聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：(1)将阴离子聚丙烯酰胺溶于水中，加入甲醛水溶液进行羟甲基反应，得混合物；(2)在步骤(1)得到的混合物中加入所述配体进行接枝反应，得聚合物；(3)将步骤(2)得到的聚合物浸泡在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周慧华，郑建军，王辉，王建新，宋晓光，闵嘉芯，李卓厉，熊春华，
申请(专利权)人：浙江工商大学，浙江省工业环保设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33