[发明专利]一种利用等离子体引发合成壳聚糖基絮凝剂的方法

说明书

本发明公开了一种利用等离子体引发合成壳聚糖基絮凝剂的方法，通过在反应装置中依次加入丙烯酰胺单体、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、去离子水和壳聚糖水溶液，搅拌均匀，调节pH值，通氮气脱氧，随后将体系在辉光放电电解装置中以一定电压通过等离子体引发聚合反应，最后在一定温度下进行后聚合反应，经洗涤提纯，在真空干燥箱中烘干后研磨制得聚合产物。本发明制备的壳聚糖基絮凝剂分子量大，正电性强，溶解性好，极大地增强了絮凝剂的絮凝性能。本发明无需引发剂、产物纯净、操作简便、反应条件温和，简化了操作，降低了能耗，减少了生产成本，对环境绿色友好。

技术领域

本发明属于絮凝剂制备领域，尤其涉及一种利用等离子体引发合成壳聚糖基絮凝剂的方法。

背景技术

絮凝法是指通过投加一定量的絮凝剂，使水中悬浮微粒碰撞、集聚并形成较大絮团，从而加快颗粒的沉降，以实现固液分离的一种方法。絮凝是水处理中最为关键的环节，其效果直接影响后续工艺的运行以及最终的出水质量。絮凝法主要用于水体中悬浮物和胶体的去除，此外，还可以用于去除藻类、有机物、重金属、病原体微生物等水体污染物。

传统絮凝剂种类繁多，根据化学成分不同，一般可大致分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂三大类型。其中，壳聚糖是自然界中产量十分丰富的一种天然有机高分子絮凝剂。然而，由于壳聚糖中存在较强的分子间和分子内氢键，导致其只能溶于酸性溶液中，且分子量大大降低，从而限制了它的絮凝性能和应用领域。因此，需要通过化学改性来克服壳聚糖的这些缺点并改善其絮凝性能。

壳聚糖改性的方法主要有N-取代、O-取代以及自由基接枝共聚。其中自由基接枝共聚一般是采用热、光、辐射、微波等方法引发，但这些方法均存在一些弊端。使用热引发需要添加化学引发剂，容易污染试剂，产物可能对环境造成污染，且能耗过高，增加生产成本；紫外光引发仅适用于表面改性；辐射引发可能会使分子结构破坏，大分子主链分解；微波引发则具有高昂的生产成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种利用等离子体引发合成壳聚糖基絮凝剂的方法，解决现有制备方法能耗高、易造成试剂污染和破坏聚合物分子结构的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用等离子体引发合成壳聚糖基絮凝剂的方法，包括如下步骤：

(1)将丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶于水，得到总单体水溶液，在上述总单体水溶液中加入壳聚糖水溶液，然后混合均匀，并调节混合液pH至4.0～6.0；

其中，所述混合液中，总单体的质量分数为10～32％，丙烯酰胺的质量分数为7～22％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的质量分数为3～11％，壳聚糖的质量分数为2～13％，余量为水；

(2)将上述混合液置于辉光放电电解装置中，向装置中充入高纯氮气，以驱除其中的氧气，然后将电极浸入混合液中，在搅拌下通入直流电，利用等离子体引发聚合反应；

(3)步骤(2)完成后，将混合液进行后聚合反应，即制备得到壳聚糖基絮凝剂。

本发明通过向壳聚糖骨架中引入具有强水化能力并带有强阳离子电荷的季铵基团，可以很大程度上削弱分子间氢键，从而增强壳聚糖衍生物的水溶性，并且可以增强其正电性，更利于絮凝剂发挥电中和等作用。本发明采用丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵改性壳聚糖，涉及的主要反应如下：