一种基于可见光聚合g-C3N4-过硫酸盐双引发絮凝剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可见光聚合以g

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光聚合g
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C3N4‑
过硫酸盐双引发絮凝剂的制备方法


[0001]本专利技术属于污水处理
，具体为一种基于可见光聚合以g
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C3N4‑
过硫酸盐双引发絮凝剂的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，过去几十年全球水污染问题越来越严重。因此水处理是水环境越来越日益重要的问题。常用水处理技术主要有过滤、絮凝、活性炭吸附、离子交换树脂、膜分离、高级氧化、电化学法、磁化处理、生物固定化等方法。其中絮凝法是水处理工艺的核心部分，因其具有高效、适用性好、造价低、使用便捷等优势而被广泛采用。水处理厂常用的得混凝剂/絮凝剂可分为无机混凝剂与有机絮凝剂两大类。但混凝剂残留的金属离子与有机絮凝剂释放的有毒单体可能造成水体的二次污染和新的环境问题。因此制备天然高分子絮凝剂变得至关重要。淀粉是世界上含量最丰富的天然有机多糖之一其主链含有丰富的羟基官能团，易于修饰。通过化学方法对淀粉进行改性、酯化、氧化和接枝，来解决淀粉分子量低、水溶性差、不带电荷的缺点，提高其絮凝效率。絮凝剂的传统的引发方式光引发具有反应时间相对较短不需外加热源、操作简便，聚合产物性能优良等优点，因此光引发已经得到了越来越多学者广泛的关注。光引发是单体在紫外光照射下引发反应，然而当紫外光超过一定量时会对人体产生危害，且紫外光作为光源能量高，可能发生副反应，以及紫外光的发生设备及维护成本高。因此探究其他引发体系来提高絮凝剂的各方面效率变得至关重要。
[0003]可见光是一种独特的自然资源，其占比太阳辐射总量约50%，储量丰富可再生，是一种理想的清洁能源。此外,相比于热反应,光反应可以在室温甚至更低温下进行,降低副反应概率,使其在生物化学合成领域表现出不俗的潜力,为拓展其进一步发展和应用提供了更多的可能。可见光聚合技术具有速度快、损伤小、可操作性强的优点，可见光聚合用于絮凝剂制备却还处于起步阶段。因此，研究和开发基于可见光聚合以g
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C3N4‑
过硫酸盐双引发制备的絮凝剂，对丰富和发展可见光聚合技术具有重要的意义。
[0004]中国专利申请号CN201810553370.6，公布了一种基于可见光聚合的印染废水脱色絮凝剂及其制备方法。本絮凝剂是三元或四元共聚,溶解性好、絮凝能力强,具有高效地去除印染污水中染料的能力、很高的耐盐能力；该絮凝剂可适当多加,不会出现再次絮凝物分散。本专利技术方法采用可见光聚合,过程不会臭氧产生污染,可见光选用与敏化染料波长相匹配LED照射,节省生产过程能耗；反应流程比现有聚合釜工艺聚合时间短,效率高。该方法制备出的絮凝剂对污染物去除种类较单一，印染污水脱色絮凝能力强但对其他污染物絮凝能力还待考证。
[0005]中国专利申请号CN201911417939.7，本专利技术公开了一种絮凝剂及其制备方法与应用,所述絮凝剂包括淀粉结构单元、两性离子单体结构单元、聚醚结构单元和交联剂结构单元,所述制备方法将两性离子接枝共聚改性淀粉、聚醚和水混合,混合均匀后滴加交联剂进
行交联反应；得到的交联物和无机盐溶液进行缔合反应,得到絮凝剂。本专利技术制备得到的改性淀粉絮凝剂具有絮凝效果快,生物毒性低,成本低廉等优点,在较低使用量即可实现COD、浊度、悬浮物的去除率达到90%以上。但其制备过程使用的聚醚热氧化稳定性并不优越，氧化的作用下聚醚容易断链，生成低分子的羰基和羰基化合物，在高温下迅速挥发掉。
[0006]因此，研发一种能耗低、反应时间短、稳定性好、絮凝效果好的基于可见光聚合以g
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C3N4‑
过硫酸盐双引发的絮凝剂十分必要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种基于可见光聚合以g
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C3N4‑
过硫酸盐双引发、能耗低、工艺简单、水溶性好、产品稳定性好的淀粉基絮凝剂的制备方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：以玉米淀粉、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为原料，丙烯酰胺为交联剂，尿素为助溶剂，过硫酸钾、g
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C3N4为引发剂；将三者依次加入反应瓶中，并加入适当的水，在快速搅拌条件下，三者充分混匀并完全溶解；再加入尿素快速搅拌，最后将过硫酸钾溶液和g
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C3N4引发剂依次加入；通氮驱氧后并搅拌混匀；最后将反应瓶置与LED灯下反应；反应完毕并经陈化后，对产物进行提取和纯化，即得改性淀粉基絮凝剂。
[0009]具体包括以下步骤：1）溶解淀粉：称取一定量淀粉置于纯水中，先搅拌至分散均匀，将溶液在60~80℃下搅拌1.5~2.5个小时以溶解淀粉。待淀粉完全溶解后，得到浓度为3~4%的淀粉溶液。
[0010]2）配置溶液：按丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为1~5:1的质量比称取一定量丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯于反应瓶中快速搅拌直至完全溶解，配成总浓度为20%~40%的溶液。按尿素与淀粉质量比为2~2.5:1的比例向反应瓶内加入一定量的尿素快速搅拌，直至两者完全溶解。
[0011]3）加入引发剂：向反应瓶中加入浓度为0.10~0.30 g/L的过硫酸钾溶液，再按g
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C3N4与淀粉质量比为0.03~0.06:1的比例向反应瓶内加入引发剂g
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C3N4并搅拌均匀；通氮驱氧后将反应瓶密封，在磁力搅拌几分钟，使引发剂与溶液充分混合。
[0012]4）可见光照、反应：在200~400W LED灯下照射反应1~2h。陈化后对产物进行提取和纯化，即得改性淀粉基絮凝剂。
[0013]其中：步骤1）将淀粉溶液在60~80℃下搅拌1.5~2.5个小时以溶解。当搅拌温度小于60℃时，淀粉难以溶解或溶解速度较慢，后续实验难以进行；当搅拌温度大于80℃时，高温容易破坏淀粉的分子结构，对后续丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的接枝产生影响。当搅拌时间小于1.5小时，淀粉还未充分溶解完全和混合均匀，当搅拌时间大于2.5小时，搅拌时间过长而浪费时间成本。
[0014]步骤2）丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的投加比例为1~5:1,总单体与淀粉的质量比为5~6：1,丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯在反应溶液中总反应物浓度为24~35%。当丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的投加比例低于1:1时，单体的整体聚合活性不够高，聚合反应进行不完全，分子量较低聚合产物表观形态甚至呈半流质体状。当投加比例高于5:1时，会损失甲基丙烯酸二甲氨基乙酯在絮凝剂中的功能性，要保证其具有一定的含量。总单体与淀粉的质量比小于5:1时，单体之间易发生均聚与交联反应，导致分子量和
特性粘度降低。当质量比大于6:1时，淀粉含量较低，能够发生共聚的活性位点有限，限制了接枝的单体数量。当总反应浓度低于24%时，溶液中去离子水含量较多，受到紫外光照射时，溶液中产生的大量自由基在稀溶液中自由运动，并顺着浓度梯度向各个部位扩散，引发聚合反应。当总反应浓度高于35%时，溶液中各单体分子含量增加，自由基含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光引发聚合的絮凝剂制备方法，其特征在于，是以玉米淀粉、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为原料，丙烯酰胺为交联剂，尿素为助溶剂，过硫酸钾、g
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C3N4为引发剂; 称取一定量淀粉置于纯水中，得到浓度为4~5%的淀粉溶液；搅拌均匀后向反应瓶内称取一定量的丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体加入搅拌，接着加入尿素，搅拌均匀至两单体完全溶解，；向反应瓶中按淀粉与过硫酸钾质量比为10~20：1的比例加入过硫酸钾，再按g
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C3N4与淀粉质量比为0.03~0.06:1的比例加入引发剂g
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C3N4后通氮去氧；最后放置于在200~400W LE...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓旻，黄静，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：