一种复合混凝剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合混凝剂及其制备方法和应用，它是以壳聚糖为原材料，对壳聚糖依次进行硫酸酯化反应、亲核反应，得到复合混凝剂，硫酸酯化反应步骤：将壳聚糖溶解于N，N‑二甲基甲酰胺中，得到壳聚糖溶液；将壳聚糖溶液与酯化试剂进行硫酸酯化反应，反应结束后，将反应液冷却至室温，然后调节反应液的pH值至中性，得到硫酸酯化壳聚糖；亲核反应步骤：将阳离子双子聚合物和硫酸酯化壳聚糖加入到装有甲醇溶液的圆底烧瓶中，升温回流，制备得到复合混凝剂。本发明专利技术的复合混凝剂含有丰富的羟基、氨基、硫酸基等官能团及疏松多孔结构，具有极强的吸附架桥能力，具有良好的絮凝、混凝、吸附性。

A Composite Coagulant and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种复合混凝剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种混凝剂，具体涉及一种复合混凝剂及其制备方法和应用。
技术介绍
壳聚糖作为一种天然多糖，因其具有稳定性、吸附架桥、生物降解性和安全性，环保领域具有广阔的应用前景。壳聚糖本身水溶性较低，吸附性差，因此，未加改性的壳聚糖具有一定的应用局限性。目前为止，研究最多的是对壳聚糖进行乙酰化、羧甲基化等化学修饰，使其溶解性增大，并带有大量的功能团，但硫酸酯化改性壳聚糖资料不多，而且用阳离子双子聚合物对修饰后的壳聚糖在进行改性的研究甚少。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种复合混凝剂，该复合混凝剂含有丰富的羟基、氨基、硫酸基等官能团及疏松多孔结构，具有极强的吸附架桥能力，具有良好的絮凝、混凝、吸附性。本专利技术的目的之二在于提供一种复合混凝剂的制备方法，该制备方法以天然资源合成高能高效低成本低生态负荷的糖类原料来源，通过优化合成步骤及选择高效的催化剂，从而利于糖类的常规使用，逐步替代对生态环境的负荷大的石化类产品。本专利技术的目的之三在于提供一种复合混凝剂的应用。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种复合混凝剂，其特征在于，其特征在于，它是以壳聚糖为原材料，对壳聚糖依次进行硫酸酯化反应、亲核反应，得到复合混凝剂。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种复合混凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：硫酸酯化反应步骤：将壳聚糖溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，得到壳聚糖溶液；将壳聚糖溶液与酯化试剂进行硫酸酯化反应，反应结束后，将反应液冷却至室温，然后调节反应液的pH值至中性，得到硫酸酯化壳聚糖；亲核反应步骤：在装有电动搅拌器及温度计的三口圆底烧瓶中，加入0.5-1.0moL四甲基乙二胺，再加入200-300mL无水乙醇作为反应溶剂，搅拌均匀，再加入40g碳酸钠粉末，搅拌并升温至70-80℃，再滴加0.5-1.2moL的溴代烷烃，边滴加边搅拌，待滴加完毕后，在恒温80℃的条件下，搅拌反应2-4h，反应结束后，反应液为浅黄色，即得到阳离子双子聚合物；然后将阳离子双子聚合物和硫酸酯化壳聚糖加入到装有甲醇溶液的圆底烧瓶中，升温回流8h，制备得到复合混凝剂。进一步地，硫酸酯化反应步骤中，酯化试剂的制备方法如下：在装有电动搅拌器及温度计的三口圆底烧瓶中加入吡啶，置于盐水冰浴中冷却，在搅拌条件下逐滴加入氯磺酸，氯磺酸与吡啶的体积比为1:4-6，反应结束后，得到酯化试剂，备用。进一步地，酯化试剂的制备方法需要在40min内完成整个操作过程。进一步地，硫酸酯化反应步骤中，硫酸酯化反应的反应温度为50-90℃。进一步地，硫酸酯化反应步骤中，硫酸酯化反应的反应时间为2-5h。进一步地，硫酸酯化反应步骤中，酯化试剂与壳聚糖溶液的体积比为5-7:4。进一步地，硫酸酯化反应步骤中，反应结束后，将反应液冷却至室温，将150mL预冷的水加入反应液中，然后用浓度为20％的NaOH溶液调节反应液的pH值至中性，得到硫酸酯化壳聚糖。进一步地，亲核反应步骤中，阳离子双子聚合物与硫酸酯化壳聚糖硫酸的摩尔比例为1.5-2.5:1。实现本专利技术的目的之三可以通过采取如下技术方案达到：本专利技术的目的之一所述复合混凝剂的应用：将它用作处理含油废水或垃圾渗滤液的混凝剂。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的复合混凝剂的作用机理主要是双阳离子电荷的电中和作用，用联接基团连接两条疏水链，制备出含有两个反应位点的长链中间体，中间体再与糖类衍生物亲核反应，制备出具有两个亲水基的阳离子双子聚合物。考虑到空间效应，被两侧长链约束的反应位点的活性有所降低，故须与有较强活性的硫酸酯化壳聚糖反应，制备出较高活性的复合混凝剂，该复合混凝剂含有丰富的羟基、氨基、硫酸基等官能团及疏松多孔结构，具有极强的吸附架桥能力，具有良好的絮凝、混凝、吸附性。同时，该复合混凝剂选择以天然资源合成高能高效低成本低生态负荷的糖类原料来源，适宜的合成方法和高效的催化剂，从而利于糖类的常规使用，逐步替代对生态环境的负荷大的石化类产品。附图说明图1为不同混凝剂样品对含油废水絮凝性能影响的对比图；图1中，A1为实施例1的混凝剂样品，A2为实施例2的混凝剂样品，A3为实施例3的混凝剂样品，A4为实施例4的混凝剂样品；图2为不同混凝剂样品对垃圾渗滤液COD除去率影响的对比图；图2中，B1为实施例1的混凝剂样品，B2为实施例2的混凝剂样品，B3为实施例3的混凝剂样品，B4为实施例4的混凝剂样品。具体实施方式下面，结合具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。一种复合混凝剂，它是以壳聚糖为原材料，对壳聚糖依次进行硫酸酯化反应、亲核反应，得到复合混凝剂。本专利技术的复合混凝剂是一种阳离子双子聚合物改性硫酸酯化壳聚糖复合混凝剂，首先壳聚糖全称为聚葡萄糖胺(1-4)-2氨基-β-D葡萄糖，是自然界中唯一的阳离子多糖，这一特性使得壳聚糖可以和带负电多聚阴离子形成聚合物，但是，壳聚糖本身水溶性较低，吸附性差，因此对壳聚糖进行硫酸酯化改性的壳聚糖，结构疏松，带有大量的电荷，水溶性增大；其次用联接基团连接两条疏水链，制备出含有两个反应位点的长链中间体，中间体再与糖类衍生物亲核反应，制备出具有两个亲水基的阳离子双子聚合物。糖基化反应可以调节阳离子双子聚合物的空间结构和亲水-疏水平衡，可能更有利于该聚合物在油水界面的吸附，具有良好的絮凝、混凝、吸附性。阳离子双子聚合物改性硫酸酯化壳聚糖复合混凝剂是以天然可再生的糖类作为原料制备的环境友好型“绿色”混凝剂。该类产品以糖基基团作为亲水头基，具有特殊的多羟基、硫酸基结构，从而使其表面活性得到显著提高。另外，还满足生物安全性，生物相容性和生物降解性的“绿色化学”原则，在环保领域有着广阔的应用前景。一种复合混凝剂的制备方法，包括以下步骤：硫酸酯化反应步骤：将壳聚糖溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，得到壳聚糖溶液；将壳聚糖溶液与酯化试剂进行硫酸酯化反应，反应结束后，将反应液冷却至室温，然后调节反应液的pH值至中性，得到硫酸酯化壳聚糖；亲核反应步骤：在装有电动搅拌器及温度计的三口圆底烧瓶中，加入0.5-1.0moL四甲基乙二胺，再加入200-300mL无水乙醇作为反应溶剂，搅拌均匀，再加入40g碳酸钠粉末，搅拌并升温至70-80℃，再滴加0.5-1.2moL的溴代烷烃，边滴加边搅拌，待滴加完毕后，在恒温80℃的条件下，搅拌反应2-4h，反应结束后，反应液为浅黄色，即得到阳离子双子聚合物；然后将阳离子双子聚合物和硫酸酯化壳聚糖加入到装有甲醇溶液的圆底烧瓶中，升温回流8h，制备得到复合混凝剂。作为进一步地实施方式，硫酸酯化反应步骤中，酯化试剂的制备方法如下：在装有电动搅拌器及温度计的三口圆底烧瓶中加入吡啶，置于盐水冰浴中冷却，在搅拌条件下逐滴加入氯磺酸，氯磺酸与吡啶的体积比为1:4-6，反应结束后，得到酯化试剂，备用。作为进一步地实施方式，酯化试剂的制备方法需要在40min内完成整个操作过程。作为进一步地实施方式，硫酸酯化反应步骤中，硫酸酯化反应的反应温度为50-90℃。作为进一步地实施方式，硫酸酯化反应步骤中，硫酸酯化反应的反应时间为2-5h。作为进一步地实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合混凝剂，其特征在于，它是以壳聚糖为原材料，对壳聚糖依次进行硫酸酯化反应、亲核反应，得到复合混凝剂。

【技术特征摘要】
1.一种复合混凝剂，其特征在于，它是以壳聚糖为原材料，对壳聚糖依次进行硫酸酯化反应、亲核反应，得到复合混凝剂。2.一种如权利要求1所述的复合混凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：硫酸酯化反应步骤：将壳聚糖溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，得到壳聚糖溶液；将壳聚糖溶液与酯化试剂进行硫酸酯化反应，反应结束后，将反应液冷却至室温，然后调节反应液的pH值至中性，得到硫酸酯化壳聚糖；亲核反应步骤：在装有电动搅拌器及温度计的三口圆底烧瓶中，加入0.5-1.0moL四甲基乙二胺，再加入200-300mL无水乙醇作为反应溶剂，搅拌均匀，再加入40g碳酸钠粉末，搅拌并升温至70-80℃，再滴加0.5-1.2moL的溴代烷烃，边滴加边搅拌，待滴加完毕后，在恒温80℃的条件下，搅拌反应2-4h，反应结束后，反应液为浅黄色，即得到阳离子双子聚合物；然后将阳离子双子聚合物和硫酸酯化壳聚糖加入到装有甲醇溶液的圆底烧瓶中，升温回流8h，制备得到复合混凝剂。3.如权利要求2所述的复合混凝剂的制备方法，其特征在于，硫酸酯化反应步骤中，酯化试剂的制备方法如下：在装有电动搅拌器及温度计的三口圆底烧瓶中加入吡啶，置于盐水冰浴中冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹志华，陈萌萌，
申请(专利权)人：广州振清环保技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44