[发明专利]一种化学键链接的强阳离子型接枝两性壳聚糖絮凝剂及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学键链接的强阳离子型接枝两性壳聚糖絮凝剂。

背景技术

水是人类生存的基本需求。然而，伴随近年来工业的迅猛发展，水污染问题成为当前人类面临的最大环境问题之一。仅就我国水资源形势来看，我国七大水系、主要湖泊、近海岸海域及部分地区地下水均遭受严重污染，流经城市的水质90%不符合饮用水源标准。水污染降低了水体的使用功能，加剧了水资源短缺，对我国可持续发展战略的实施带来了极大的负面影响，保护水资源已迫在眉睫。幸而，水源的安全保障工作早已引起党中央、国务院的高度重视，新修订的《中华人民共和国水污染防治法》于2008年6月1日正式实施，对防治水污染，保护和改善环境，保障饮用水安全起到巨大的促进作用。然而，就目前的水源污染形势、水净化处理手段等现实状况看，新标准的施行也同样面临着机遇和挑战。

为了解决水污染问题，一系列包括絮凝、吸附、氧化、过滤、消毒等在内的水处理净化技术和工序发展迅速。其中，絮凝常作为水处理中的第一步，也是最为关键的一步工序。在此工序中，絮凝剂的选择直接决定了絮凝效果的优劣。就目前而言，无机絮凝剂（以铝盐和铁盐为主）和合成高分子絮凝剂（以聚丙烯酰胺为主），因具有效果好、价格相对低廉等优势，是现行水处理最常用的两类絮凝剂材料。然而，使用这两类絮凝剂时，都不可避免的存在二次污染的可能：（1）无机絮凝剂中微量的金属离子残留在水体中，如果人们长期饮用这种水，必定会对健康造成损害。在2007年国家新颁布的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中，对铝离子和铁离子的残留量均已有了明确的规定。（2）合成有机高分子絮凝剂尽管本身没有毒性，但其内部没有参加反应的单体，如丙烯酰胺等却具有很大的毒性。因此，现在普遍认为，水处理工艺中应慎重使用无机和合成高分子絮凝剂来净化水体。

近年来，由于天然高分子具有来源广、无毒性、可再生以及环境友好等特点，而备受关注。此外，天然高分子因其分子链上分布着大量的游离的活性基团，而具有良好的絮凝作用。事实上，在古代，人们已经开始使用天然高分子作净水剂。而在近代，由于无机絮凝剂和合成高分子絮凝剂的快速发展，天然高分子絮凝剂的研究进入停滞期。近年来，随着环境污染的日趋严重，天然高分子材料由于其环保特点，而重新成为当前水处理剂研发的热点之一，更被誉为“21世纪绿色絮凝剂”。自20世纪70年代以来，发达国家在废水处理中都开始使用天然高分子絮凝剂。我国天然高分子资源极为丰富，但相对而言，这方面的研究还较少，实际应用更不多。现今，我国政府对饮用水质量高度重视，并公布实施了新的污染防治法、饮用水卫生标准和行业排放标准，这无疑为天然高分子絮凝剂的进一步发展提供了良好契机。

式1

其中，壳聚糖是性能最为优越的天然高分子材料之一。其结构如式1所示。壳聚糖前体为甲壳素，广泛存在于虾蟹等甲壳动物及昆虫、藻类中，是世界上第二大产量天然高分子化合物。甲壳素脱乙酰后的产物为壳聚糖，因其分子链中含有反应性伯胺基团-NH₂，在酸性溶液中会表现出阳离子聚电解质的特性，显示出良好的絮凝性能。但是，由于壳聚糖本身的溶解性较差、分子量相对较低、絮凝效果对pH敏感等缺点，其实际应用也受到了一定限制。针对这些缺点，通常采用化学改性的方法改善壳聚糖的性能。其中，化学键链接的接枝型两性改性壳聚糖，特别是具有强阳离子基团特点的壳聚糖，相较于其它改性壳聚糖材料（如非接枝型、阳离子型、阴离子型等），具有以下更为显著的优点：（1）水溶性大幅提高；（2）兼具阴、阳离子双重特点，适用范围更广，抗盐性、抗pH敏感性更佳；（3）络合能力增强，能进一步脱除水体中的过渡金属离子、阴/阳离子电解质、表面活性剂、腐植酸类物质等；（4）通过化学键链接而形成的接枝高分子链，既提高了高分子分子量，又增强了絮凝剂粘接架桥絮凝能力。因此，化学键链接的强阳离子型接枝两性壳聚糖絮凝剂极具应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学键链接的强阳离子型接枝两性壳聚糖絮凝剂及其制法，所得絮凝剂絮凝效果好。

本发明的技术方案如下：

一种化学键链接的强阳离子型接枝两性壳聚糖絮凝剂，它是由两性型羧甲基壳聚糖在酸性条件下通过接枝强阳离子单体共聚反应得到化学键链接的强阳离子型接枝两性壳聚糖絮凝剂，它有如下结构：

式1