可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法，包括如下步骤：准确称取羧甲基纤维素钠置于四颈瓶中，往其中加入蒸馏水后在恒温水浴下搅拌溶解；往四颈瓶中通入氮气，排尽四颈瓶内空气，然后加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠作双引发剂，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酰胺单体溶液，调节pH值和温度后密封四颈瓶，持续通入氮气进行聚合反应；聚合反应一段时间后，将得到的反应液倒入烧杯，加入无水乙醇，缓慢搅拌，直至沉淀物析尽；将析出的沉淀物置于索氏提取器中，以丙酮为提取液回流提纯，除去聚丙烯酰胺均聚物和未参加反应的丙烯酰胺单体；将提纯的产物置于真空烘箱干燥至恒重，得到纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物。

Preparation of cellulose graft copolymerized polyacrylamide with controllable molecular weight

The invention discloses a preparation method of cellulose graft copolymerized polyacrylamide with controllable molecular weight, which comprises the following steps: accurately weighing sodium carboxymethylcellulose and placing it in a four neck bottle, adding distilled water to it, stirring and dissolving it in a constant temperature water bath; introducing nitrogen into the four neck bottle, exhausting the air in the four neck bottle, then adding 1% potassium persulfate and 1% sodium bisulfite Double initiator, stir evenly; slowly add acrylamide monomer solution, adjust pH value and temperature, seal four neck bottle, and continuously put nitrogen into it for polymerization reaction; after polymerization reaction for a period of time, pour the reaction solution into beaker, add anhydrous ethanol, stir slowly until the precipitate is exhausted; place the precipitate in Soxhlet extractor, and return it with acetone as extraction solution The product was dried to constant weight in vacuum oven to obtain cellulose grafted polyacrylamide.

【技术实现步骤摘要】
可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法
本专利技术涉及水处理剂制备
，具体涉及一种可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法。
技术介绍
无机高子材料聚丙烯酰胺是一种被广泛应用于污水絮凝沉降、污泥脱水过程的水处理剂。过去大量的研究表明，它的作用机理归结于捕集、架桥等多种作用方式，这得益于它的长链结构和结构中含带电荷且具有水溶亲水特性的酰胺基基团，使它的絮凝处理效果要远远优于其他高分子材料。虽然它在水处理过程中的用量较少，但它的广泛而长期的应用，却增加了排入环境的总量，这使得其长链聚合结构在自然环境中被分解形成丙烯酰胺单体，在环境中残留和迁移造成生物学神经毒性和致癌的潜在风险。国际健康卫生组织1985年出台聚丙烯酰胺标准指出：聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺量控制在0.05％以下并控制用量。因此，在源头上减少其在水处理过程中的使用量对于保护环境具有重要意义。减少聚丙烯酰胺在水处理上的用量，可以采用天然无毒高分子材料进行替代使用或者对聚丙烯酰胺结构进行改良，而不降低其处理效果，这是聚丙烯酰胺材料未来向绿色环保发展的重要研究方向。过去的一些研究采用了天然有机高分子材料或者无机絮凝剂来替换聚丙烯酰胺絮凝废水，但与聚丙烯酰胺相比，处理效果仍不理想，因而未能广泛推广应用。关于天然有机高分子化合物如纤维素、淀粉、蛋白质等接枝共聚丙烯酰胺的结构改良研究，已有一些研究报道。其中，纤维素是一种价格最低廉、功能最多的可再生生物高聚物材料，它的功能通常被用来提升材料的吸湿膨胀性、抗氧化和抗菌能力，构建膜材料，以及增稠、改善絮凝能力，而羧甲基纤维素钠(CMC)是纤维素中最是当今世界上使用范围最广、用量最大的一种水溶性阴离子线性多糖，它通过在2、3和6位置取代纤维素的葡萄糖重复单元制备而来，被广泛应用于絮凝、清洁剂、织物减阻、食品、纸张、药物和油井钻井等作业。羧甲基纤维素接枝共聚丙烯酰胺是将大量羧基基团引入至聚丙烯酰胺链之中的一类高分子化合物。这种化合物既带有大量的酰胺基团，又带有大量的羧基基团。酰胺基是非离子性基团，容易形成副价键而与其它物质的活性基团吸附并连结起来。单纯的聚丙烯酰胺可应用在一般的废水处理中，使水中的悬浮物絮凝。而在聚丙烯酰胺中接枝的羧基是负电性基团，它是产生电中和絮凝的关键因素，容易与溶液中的阳离子形成架桥作用，使絮凝效果进一步提升。然而，当羧基含量太多，即羧甲基纤维素接枝共聚丙烯酰胺的分子量过大，其分子本身所带负电荷过强，自身分子之间的相互斥力也会过大，反而不利于絮凝作用。因此，保持絮凝剂分子中羧基的适当比例十分重要。也就是说，具有羧基基团的聚丙烯酰胺絮凝剂并不是分子量越大，其絮凝性能越好，而是要根据实际需要，选择一定分子量大小的接枝共聚物。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法，可利用不同的反应条件，将CMC中的羧基和羟基官能团与聚丙烯酰胺的烯烃键结合，制备出不同分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物，调控PAM的絮凝性能，实现既提升絮凝性能又降低其实际用量的目标。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法，包括如下步骤：S1、准确称取1g羧甲基纤维素钠置于四颈瓶中，往其中加入100mL蒸馏水后在恒温水浴下搅拌溶解；S2、往四颈瓶中通入氮气，排尽四颈瓶内空气，然后加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠作双引发剂，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酰胺单体溶液，调节pH值和反应温度后，密封四颈瓶进行聚合反应；整个步骤S2的过程中持续通入氮气直至聚合反应结束；S3、聚合反应后，将得到的反应液倒入烧杯，加入无水乙醇，缓慢搅拌，直至沉淀物析尽；S4、将析出的沉淀物置于索氏提取器中，以丙酮为提取液回流提纯，除去聚丙烯酰胺均聚物和未参加反应的丙烯酰胺单体；S5、将提纯的产物置于60℃真空烘箱干燥至恒重，得到纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物。进一步地，步骤S2中，所述1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠的摩尔比为1:0.75，添加总体积为7.8mL、11.7mL、15.6mL或19.5mL。进一步地，步骤S2中，加入丙烯酰胺单体溶液体积是50mL，其丙烯酰胺单体含量是8.0g、10.0g、13.0g或17.0g。进一步地，步骤S2中，调节pH值为5.0、7.0、9.0或11.0。进一步地，步骤S2中，所述反应温度为45℃、50℃、60℃或70℃。进一步地，步骤S4中，聚合反应的时间为2.5hr、3hr、3.5hr或4hr。进一步地，步骤S4中，加入无水乙醇300mL。进一步地，步骤S5中，回流提纯时间为8hr。进一步地，步骤S5中，以100mL-150mL丙酮作为提取液。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法，通过CMC中的羧基和羟基官能团与聚丙烯酰胺的烯烃键的结合调控PAM的絮凝性能，可以控制纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的分子量，以达到不同情况下对纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的产品要求，实现既提升絮凝性能又降低其实际用量的目标。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备过程反应示意图；图2为本专利技术实施例2中纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的相对分子量与极限粘度、溶解时间、电导率和水解度的关系示意图；图3为本专利技术实施例2中各个样品在不同pH的模拟印染废水中的絮凝性能变化示意图；图4为本专利技术实施例2中絮体沉降比实验结果示意图；图5为本专利技术实施例2中CMC-g-PAM的絮凝机理过程示意图；图6为本专利技术实施例2中FTIR分析结果示意图；图7为本专利技术实施例2中HMNR分析结果示意图；图8为本专利技术实施例2中DSC分析结果示意图；具体实施方式以下将结合附图对本专利技术作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围并不限于本实施例。实施例1本实施例提供一种可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：S1、准确称取1g羧甲基纤维素钠置于四颈瓶中，往其中加入100mL蒸馏水后在恒温水浴下搅拌溶解；S2、往四颈瓶中通入氮气10min，排尽四颈瓶内空气，然后加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠作双引发剂，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酰胺单体溶液，调节pH值，密封四颈瓶进行聚合反应；整个步骤S2中持续通入氮气直至聚合反应结束；S4、聚合反应完成后，将得到的反应液倒入烧杯，加入300mL无水乙醇，用玻璃棒缓慢搅拌，直至沉淀物析尽；S5、将析出的沉淀物置于索氏提取器中，以100mL-150mL丙酮为提取液回流提纯8hr，除去聚丙烯酰胺均聚物和未参加反应的丙烯酰胺单体，最后将产物置于60℃真空烘箱干燥至恒重，得到纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物(CMC-g-P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、准确称取1g羧甲基纤维素钠置于四颈瓶中，往其中加入100mL蒸馏水后在恒温水浴下搅拌溶解；/nS2、往四颈瓶中通入氮气，排尽四颈瓶内空气，然后加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠作双引发剂，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酰胺单体溶液，调节pH值和反应温度后，密封四颈瓶进行聚合反应；整个步骤S2的过程中持续通入氮气直至聚合反应结束；/nS3、聚合反应后，将得到的反应液倒入烧杯，加入无水乙醇，缓慢搅拌，直至沉淀物析尽；/nS4、将析出的沉淀物置于索氏提取器中，以丙酮为提取液回流提纯，除去聚丙烯酰胺均聚物和未参加反应的丙烯酰胺单体；/nS5、将提纯的产物置于60℃真空烘箱干燥至恒重，得到纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物。/n

【技术特征摘要】
1.可控分子量的纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、准确称取1g羧甲基纤维素钠置于四颈瓶中，往其中加入100mL蒸馏水后在恒温水浴下搅拌溶解；
S2、往四颈瓶中通入氮气，排尽四颈瓶内空气，然后加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠作双引发剂，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酰胺单体溶液，调节pH值和反应温度后，密封四颈瓶进行聚合反应；整个步骤S2的过程中持续通入氮气直至聚合反应结束；
S3、聚合反应后，将得到的反应液倒入烧杯，加入无水乙醇，缓慢搅拌，直至沉淀物析尽；
S4、将析出的沉淀物置于索氏提取器中，以丙酮为提取液回流提纯，除去聚丙烯酰胺均聚物和未参加反应的丙烯酰胺单体；
S5、将提纯的产物置于60℃真空烘箱干燥至恒重，得到纤维素接枝共聚丙烯酰胺合成物。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠的摩尔比为1:0.75，添加总体积为7.8mL、11.7mL、15.6mL或19.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯新，万俊杰，赵娜，何满天，冯金锐，华雪怡，陈晓欣，谢晓仪，黄镇俊，闫奥旗，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44