一种半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法，属于材料科学技术领域。室温下，取木素于去离子水中，并与接枝单体METAC溶液混合，调节其pH值至2～5，得反应液；氮气氛围下，在反应液中加入过硫酸钾，水浴反应，得到木素‑METAC接枝共聚物粗产物；将所得木素‑METAC接枝共聚物粗产物，洗涤，透析后得纯化的木素‑METAC接枝共聚物。本发明专利技术所述方法得到的产物经纯化后对造纸废水和乳化含油废水进行絮凝处理，得到了较好的处理效果，同时该方法工艺简单，用水量少，并且有较好的水溶性和阳离子性，易于实现工业化生产，是木素高值化利用的新途径。

A Semi-dry Method for Preparing Water-soluble Cationic Lignin-based Flocculants

【技术实现步骤摘要】
一种半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法
本专利技术涉及一种半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法，属于材料科学

技术介绍
我国是一个水资源匮乏的国家，随着近年来工业水平的高速发展，用水量也急剧增加。为避免工业生产废水对环境造成的危害，废水处理的问题也越来越严峻。絮凝处理作为一种简单、经济、应用广泛的水处理方式，受到广泛的关注。絮凝剂作用原理是通过废水中不易沉降的悬浮颗粒和胶体相互接触，经过电荷中和，吸附架桥等作用形成一定体积的絮体。进而通过沉降，气浮等物理方式去除絮体，进而达到净化水的目的。絮凝剂分为无机絮凝剂、有机絮凝剂两大类。传统无机絮凝剂诸如硫酸铝，明矾，聚合氯化铝等，存在投药量大，腐蚀性严重，残渣多的缺点，经历了无机低分子絮凝剂到有机高分子絮凝剂的发展，有机高分子絮凝剂凭借其用量小，絮体大，絮凝速率快的优势逐渐成为市场的主流絮凝剂。木素作为天然生物质资源中唯一含苯环结构的高分子化合物，同时还具有多种活性基团，如羟基，羧基，羰基，甲基和侧链结构，可以进行氧化，还原。磺化，缩聚，接枝共聚等多种反应。但是由于木素本身的结构和性质，仍需要对其进行改性研究以提高木素的工业应用价值。
技术实现思路
基于以往木素接枝改性中的用水量大的问题，本专利技术提供了一种半干法制备木素接枝共聚物，将其作为木素基絮凝剂具有良好的水溶性和阳离子性，在造纸废水和乳化含油废水的处理中有较好的效果。本专利技术采用来源广泛，经济环保的木素为基体，以过硫酸钾为引发剂，通过绿色、经济的半干法制备得到水溶性木素基阳离子型絮凝剂，极大的简化了木素接枝共聚物的制备条件，节约工业生产中的用水量，并且成功应用于造纸废水和含油废水的絮凝处理。一种半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法，所述方法包括以下步骤：(1)室温下，取木素于去离子水中，并与接枝单体METAC溶液混合，调节其pH值至2～5，得反应液；(2)氮气氛围下，在步骤(1)所得反应液中加入过硫酸钾，水浴反应，得到木素-METAC接枝共聚物粗产物；(3)将步骤(2)所得木素-METAC接枝共聚物粗产物，洗涤，透析后得纯化的木素-METAC接枝共聚物。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，所用接枝单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(METAC)。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，优选所述METAC溶液的质量浓度为75％。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，所述木素优选为酶解木素或预水解木素。均可商业购得。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，优选所述步骤(1)中反应液中反应物的质量分数为30％～70％，进一步优选为60％～70％。上述技术方案中，反应物为木素和METAC。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，优选所述步骤(1)中METAC与木素的单体摩尔比为1：1～4。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，优选利用浓度为20％的NaOH溶液调节溶液的pH。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，所述步骤(2)在通氮气的无氧条件下加入过硫酸钾，加入后可停止通氮气。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，所述步骤(2)的水浴反应在密闭容器中进行，如密封袋等。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，所述步骤(2)中过硫酸钾作为引发剂，进一步地，优选过硫酸钾的用量为木素质量的1％～5％。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，优选所述步骤(2)中水浴反应温度为70℃～90℃，反应时间为1h～3h。本专利技术所述半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法中，优选所述步骤(3)中，将步骤(2)所得木素-METAC接枝共聚物粗产物通过无水乙醇离心洗涤后用透析袋(MWCO为3000Da)进行透析处理，彻底去除产物中的盐，干燥后得到木素基絮凝剂。本专利技术的另一目的是提供上述方法制得的水溶性阳离子木素基絮凝剂在废水处理中的应用。进一步地，所述废水为造纸废水或乳化含油废水。一种废水处理方法，将水溶性阳离子木素基絮凝剂与待处理的废水接触。进一步地，优选将水溶性阳离子木素基絮凝剂配置成溶液后与废水混合。更进一步的，所述水溶性阳离子木素基絮凝剂在废水中的浓度为20～60mg/L。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的一种半干法制备阳离子型木素基絮凝剂，以绿色、经济的木素为原料，通过半干法极大减少生产用水量，制备出阳离子型的高分子絮凝剂，并将其成功应用于含油废水的处理。制备过程相比同类型木素絮凝剂工艺简单，用水量少，产品接枝率高，正电性强，易于实现工业化生产，是木素的高值化利用的新途径。本专利技术制备的木素基絮凝剂应用于乳化含油废水的处理，得到了较好的处理结果。附图说明图1为木素，METAC均聚物(P-METAC)和L-M(木素-METAC接枝共聚物)的红外光谱图。图2为木素，P-METAC和L-M的1H-NMR谱图。具体实施方式下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。下面的描述中阐述的具体细节可以用来充分认识本专利技术，但是，对于不同于此的其他实验条件组合方式仍可以实施，因此本专利技术并不限于下面公开说明书的中具体实施例的限制。下述实施例中利用浓度为20％的NaOH溶液调节溶液的pH至目标值。实施例1称取2g预水解木素，再加入6.22g的质量浓度为75％的METAC溶液和2.89g去离子水后充分混合溶解在5号自封袋中，将反应体系的pH值调至5得反应液，通氮气以充分去除反应体系中的氧气，加入0.04g的过硫酸钾后，停止通氮气，将自封袋密封置于70℃的水浴锅中水浴反应1.5h，得到木素接枝METAC的粗产品。将粗产品用无水乙醇离心洗涤(3000r/min)，然后用透析袋(MWCO为3000Da)透析处理48h。经过热风干燥得到木素-METAC接枝共聚物(记为L-M接枝共聚物)。实施例2称取2g酶解木素，再加入9.33g的质量浓度为75％的METAC溶液和3.67g去离子水后充分混合溶解在5号自封袋中，将反应体系的pH值调至4得反应液，通氮气以充分去除反应体系中的氧气，加入0.06g的过硫酸钾后，停止通氮气，将自封袋密封置于70℃的水浴锅中水浴反应1.5h，得到木素接枝METAC粗产品。将粗产品用无水乙醇离心洗涤(3000r/min)，然后用透析袋(MWCO为3000Da)透析处理48h。经过热风干燥得到木素-METAC接枝共聚物(记为L-M接枝共聚物)。实施例3称取2g预水解木素，在加入6.22g的质量浓度为75％的METAC溶液和1.30g去离子水后充分混合溶解在5号自封袋中，将反应体系的pH值调至4得反应液，通氮气以去除反应体系中的氧气，加入0.04g的过硫酸钾后，停止通氮气，将自封袋密封置于70℃的水浴锅中水浴反应1.5h，得到木素-METAC接枝共聚粗产品。将粗产品用无水乙醇离心洗涤(3000r/min)，然后用透析袋(MWCO为3000Da)透析处理48h。经过热风干燥得到木素-METAC接枝共聚物(记为L-M接枝共聚物)。实施制备L-M接枝共聚物的反应条件，溶解度和接枝率如下表：表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)室温下，取木素于去离子水中，并与接枝单体METAC溶液混合，调节其pH值至2～5，得反应液；(2)氮气氛围下，在步骤(1)所得反应液中加入过硫酸钾，水浴反应，得到木素‑METAC接枝共聚物粗产物；(3)将步骤(2)所得木素‑METAC接枝共聚物粗产物，洗涤，透析后得纯化的木素‑METAC接枝共聚物。

【技术特征摘要】
1.一种半干法制备水溶性阳离子木素基絮凝剂的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)室温下，取木素于去离子水中，并与接枝单体METAC溶液混合，调节其pH值至2～5，得反应液；(2)氮气氛围下，在步骤(1)所得反应液中加入过硫酸钾，水浴反应，得到木素-METAC接枝共聚物粗产物；(3)将步骤(2)所得木素-METAC接枝共聚物粗产物，洗涤，透析后得纯化的木素-METAC接枝共聚物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述木素为酶解木素或预水解木素。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中反...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭延柱，陈腾飞，陈小红，肖领平，孙润仓，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21