[发明专利]两性壳聚糖及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种两性壳聚糖及其制备方法和应用。本发明提供的两性壳聚糖包括作为主链的壳聚糖单元、作为侧链的聚双季铵单元以及作为侧链的聚醚单元。本发明提供的两性壳聚糖作为絮凝剂净水效果好、效率高、用量省，可大幅降低水中油和悬浮物含量，适用于油田采出水处理。

技术领域

本发明涉及一种两性壳聚糖及其制备方法和应用。

背景技术

随着油田进入高含水开发期，采出水量急剧增加，国内油田的总采出水量超过17×10⁸m³/a，采出水的处理成为影响油田生产的关键因素。采出水的处理方法按原理可分为物理法(重力沉降、过滤、膜分离等)、化学法(絮凝、水解酸化、化学氧化等)、物理化学法(气浮、吸附、离子交换等)和生物法(活性污泥、生物膜等)，其中化学絮凝法是应用最广泛、成本最低的处理方法。铁盐、铝盐类无机絮凝剂具有用法简单、生产工艺成熟等优点，在油田得到大规模应用，但存在絮凝效果差、用量大、产泥量大、易造成二次污染等缺点。有机高分子絮凝剂具有官能团多、分子量大、吸附架桥能力强、产品质量稳定等优点，用于油田采出水处理时可做到小批量、强絮凝、少浮渣，且絮凝效率高，絮体容易分离，除油除悬浮物效果好，对处理设备不产生腐蚀，有逐步成为主流絮凝剂的趋势。有机高分子絮凝剂包括合成有机高分子絮凝剂和天然有机高分子絮凝剂。合成有机高分子絮凝剂中最常用的是聚丙烯酰胺类絮凝剂，因其难降解，价格高，且使用较不方便，一般和无机絮凝剂复配使用。天然有机高分子絮凝剂具有来源广泛、可生物降解、低毒无害、环境友好、高效价廉等优点，日益受到青睐，成为国内外科学家争相研究的热点。

壳聚糖是性能最为优异的天然有机高分子物质之一。其为甲壳素完全或部分脱乙酰基后的产物，分子内重复单元为如结构式1所示的(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。

壳聚糖原料来源非常广泛，其前体甲壳素在自然界中的含量仅次于维生素，再加上其在酸性条件下独特的聚阳离子性质，使其被视为理想的水处理材料。然而，壳聚糖在水中的溶解性较差、分子量相对较小，且絮凝性能受PH值影响较大，无法直接用作絮凝剂。接枝改性是提高壳聚糖水溶性和絮凝效果的有效方法，人们将壳聚糖与丙烯酰胺等单体进行接枝共聚，得到一系列絮凝性能和水溶性大幅提高的壳聚糖改性絮凝剂。例如，中国专利CN103387279B公布了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；中国专利CN101307119B公布了一种两性型壳聚糖絮凝剂的制备方法；中国专利CN104774290A公布了一种pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用。但这些絮凝剂絮凝效果有限，无法适应油田采出水含油浓度高、矿化度高、水中含硫、含化学药剂和其他杂质、水质复杂等特点，难以应用于油田采出水处理。另一方面，壳聚糖改性采用传统的方法，即以稀酸作溶剂进行接枝共聚，接枝不均匀，接枝率低，溶剂消耗量大，步骤繁琐。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种两性壳聚糖及其制备方法和应用。

在第一个方面，本发明提供了一种两性壳聚糖，其包括作为主链的壳聚糖单元、作为侧链的聚双季铵单元以及作为侧链的聚醚单元。

根据本发明的一些实施方式，所述聚双季铵单元的结构如式I所示，

其中，R₁-R₆相同或不同，独立选自C₁-C₆烷基，优选选自甲基、乙基、正丙基和异丙基，X₁和X₂相同或不同，各自独立选自卤素，优选选自氟、氯、溴和碘；p和q为0-10的整数，优选为1-6的整数。

根据本发明的一些实施方式，所述聚醚单元的结构如式II所示，

优选地，所述聚醚单元(或称为聚醚部分)的结构如式III所示，