基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂及其制备方法和应用

本发明属于高分子水处理，具体涉及一种基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在循环冷却水系统、海水淡化装置、二次采油工业用水等水处理领域中，结垢问题是降低用水和水处理效率、损坏设备以及产生安全隐患的最主要问题之一。

2、目前，利用阻垢剂控制结垢是最为经济和高效的技术途径。在水处理领域中，阻垢剂的发展经历了含磷阻垢剂、共聚物类阻垢剂和绿色环保阻垢剂3个阶段。含磷阻垢剂分为无机磷阻垢剂和有机膦系阻垢剂，无机含磷阻垢剂阻垢效果差；有机膦系阻垢剂阻垢性能优异，在水处理领域应用最为广泛。但随着人们环保意识的不断提高，含磷阻垢剂由于富含磷，其可作为微生物营养源，引起水体微生物滋生，导致水体富营养化以及加剧管网微生物腐蚀，因此含磷阻垢剂的使用逐渐受到限制。共聚物类阻垢剂同样具有较好的阻垢性能，但研究表明，共聚物类阻垢剂难以被微生物所降解，长期积累也会导致水体污染，危害人类健康。因此，绿色环保阻垢剂已成为目前水处理阻垢剂的研发重点和热点。

3、但现有的绿色环保阻垢剂还存在合成工艺复杂、阻垢能力较差等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中绿色环保阻垢剂还存在合成工艺复杂、阻垢能力较差等问题。

2、第一方面，本发明提供了一种基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂，其是由聚琥珀酰亚胺单体与改性菊糖单体经接枝聚合得到，并且具有如下式(i)所示的结构：

3、

4、其中，改性菊糖单体是菊糖在碱溶液存在下与2-氯乙胺发生取代反应制备得到，并且2-氯乙胺的取代度为1～2；式(i)中，m的取值范围为50～60；n的取值范围为2～60。

5、在一些实施方案中，菊糖与2-氯乙胺的摩尔比为1:(2～4)，例如可以为1:2、1:2.4、1:2.8、1:3.2、1:3.6、1:4或该范围内的其他数值；聚琥珀酰亚胺与菊糖的质量比为(1～3):0.5，例如可以为1:0.5、1.5:0.5、2:0.5、2.5:0.5、3:0.5或该范围内的其他数值。

6、在第二方面，本发明提供了上述基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，包括如下步骤：

7、s1、将菊糖加入碱溶液中，搅拌溶解后，进行碱化处理；然后滴加2-氯乙胺水溶液，进行取代反应，得到改性菊糖单体溶液；

8、s2、提供聚琥珀酰亚胺单体水溶液，向聚琥珀酰亚胺单体水溶液中滴加改性菊糖单体溶液，在碱性条件下进行酰胺化反应，得到聚合物阻垢剂。

9、本发明提供的制备方法中，基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂是通过如下式(1)和(2)所示的反应制得：

10、

11、具体地，聚合物阻垢剂的制备过程中，其反应机理为：菊糖在碱溶液存在和一定的温度下进行活化，菊糖上的羟基与naoh反应形成-ona，并作为活性位点与2-氯乙胺上的氯反应，生成醚键和nacl，同时将氨基引入菊糖分子链上；由于聚琥珀酰亚胺分子链中有许多羧基与酰胺基，其与氨基在碱性条件下进行酰胺化反应，最终将菊糖分子接枝到聚琥珀酰亚胺链上，得到聚合物阻垢剂。

12、在一些实施方案中，步骤s1中，碱溶液为naoh水溶液，naoh水溶液的质量浓度15％，并且菊糖与naoh的摩尔比为1:(3～4)，例如可以为1:3、1:3.2、1:3.4、1:3.6、1:3.8、1:4或该范围内的其他数值；碱化处理的温度为40～50℃，例如可以为40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃或该范围内的其他数值；时间为40～50min，例如可以为40min、42min、44min、46min、48min、50min或该范围内的其他数值。

13、在一些实施方案中，步骤s1中，滴加2-氯乙胺水溶液的时间为30；并且在2-氯乙胺水溶液中，2-氯乙胺与水的质量比为1:(0.5～1)，例如可以为1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1或该范围内的其他数值。

14、在一些实施方案中，步骤s1中，取代反应的温度为50～60℃，例如可以为50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃或该范围内的其他数值；时间为3～4h，例如可以为3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h、4h或该范围内的其他数值。

15、在一些实施方案中，步骤s2中，在聚琥珀酰亚胺单体水溶液中，聚琥珀酰亚胺与水的质量比为1:3。

16、在一些实施方案中，步骤s2中，滴加改性菊糖单体溶液的时间为30～60min，例如可以为30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min或该范围内的其他数值；酰胺化反应的温度为50～70℃，例如可以为50℃、54℃、58℃、62℃、66℃、70℃或该范围内的其他数值；时间为6～7h，例如可以为6h、6.2h、6.4h、6.6h、6.8h、7h或该范围内的其他数值。

17、在一些实施方案中，步骤s2中，在进行酰胺化反应的过程中，调节溶液的ph值为9～11，例如可以为9、9.4、9.8、10、10.2、10.6、11或该范围内的其他数值。

18、在一些实施方案中，还包括对步骤s2中得到的聚合物阻垢剂进行纯化的步骤。

19、在一些优选的实施方案中，纯化包括将步骤s2中得到的聚合物阻垢剂通过2000da透析膜，冷冻干燥48h获得纯化后的聚合物阻垢剂。

20、在第三方面，本发明提供了上述基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂在废水阻垢中的应用。

21、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过以菊糖为单体，在菊糖的分子链中引入氨基基团，得到改性菊糖单体，由于氨基相较于菊糖分子中的羟基具有更高的反应活性，其有利于促进接枝反应的进行；然后将改性菊糖单体与聚琥珀酰亚胺进行酰胺化反应，在聚琥珀酰亚胺分子链中引入改性菊糖单体，使制备得到的聚合物阻垢剂具有较好的螯合能力，同时由于菊糖易降解，使得聚合物阻垢剂具有良好的生物降解能力，对环境不产生污染。

技术特征：

1.一种基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂，其特征在于，所述聚合物阻垢剂是由聚琥珀酰亚胺单体与改性菊糖单体经接枝聚合得到，并且具有如下式(i)所示的结构：

2.根据权利要求1所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂，其特征在于，所述菊糖与所述2-氯乙胺的摩尔比为1:(2～4)，所述聚琥珀酰亚胺与所述菊糖的质量比为(1～3):0.5。

3.权利要求1或2所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述碱溶液为naoh水溶液，所述naoh水溶液的质量浓度15％，并且所述菊糖与所述naoh的摩尔比为1:(3～4)；所述碱化处理的温度为40～50℃，时间为40～50min。

5.根据权利要求3所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，滴加所述2-氯乙胺水溶液的时间为30min；并且在所述2-氯乙胺水溶液中，所述2-氯乙胺与水的质量比为1:(0.5～1)。

6.根据权利要求3所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述取代反应的温度为50～60℃，时间为3～4h。

7.根据权利要求3所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，在所述聚琥珀酰亚胺单体水溶液中，所述聚琥珀酰亚胺与水的质量比为1:3。

8.根据权利要求3所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，滴加所述改性菊糖单体溶液的时间为30～60min；所述酰胺化反应的温度为50～70℃，时间为6～7h。

9.根据权利要求3所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，在进行酰胺化反应的过程中，调节溶液的ph值为9～11。

10.权利要求1所述的基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂在废水阻垢中的应用。

技术总结本发明公开了一种基于菊糖改性接枝的聚合物阻垢剂及其制备方法和应用，属于高分子水处理技术领域。该阻垢剂是由聚琥珀酰亚胺单体与改性菊糖单体经接枝聚合得到，其中，改性菊糖单体是菊糖在碱溶液存在下与2‑氯乙胺发生取代反应制备得到。本发明通过以菊糖为单体，在菊糖的分子链中引入氨基基团，得到改性菊糖单体，然后将改性菊糖单体与聚琥珀酰亚胺进行酰胺化反应，在聚琥珀酰亚胺分子链中引入改性菊糖单体，使制备得到的聚合物阻垢剂具有较好的螯合能力，因此，具有较好的阻垢效果。同时由于菊糖易降解，使得聚合物阻垢剂具有良好的生物降解能力，对环境不产生污染。技术研发人员：张煜,顾恒,马文涛,王肖梓文,米远祝,马杰,陈文心受保护的技术使用者：湖北民族大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18