本發(fā)明屬于環(huán)保水處理材料領(lǐng)域，涉及一種水溶性有機(jī)高分子水處理絮凝劑的合成方法，具體涉及一種納米改性聚丙烯酰胺絮凝劑的合成方法。

背景技術(shù)：
隨著我國(guó)水污染的日益嚴(yán)重以及環(huán)保要求的不斷提高，水處理絮凝劑的市場(chǎng)需求大幅增加。而我國(guó)聚丙烯酰胺產(chǎn)量低、質(zhì)量差，仍然依賴于成本更高的進(jìn)口產(chǎn)品，因此開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、低廉的新型水處理絮凝劑迫在眉睫。水處理絮凝劑主要包括無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑兩大類，與無(wú)機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑用量少，絮凝速度快，受共存鹽類、污水pH值影響小等優(yōu)點(diǎn)，聚丙烯酰胺絮凝劑便是一種重要的有機(jī)高分子絮凝劑。而在各類水處理中，人工合成的高分子聚丙烯酰胺絮凝劑運(yùn)用最廣，其合成方法和工藝直接關(guān)系到絮凝劑的產(chǎn)品質(zhì)量。目前，聚丙烯酰胺絮凝劑的合成方法主要包括：水溶液聚合法、分散聚合法、反相乳液聚合法、輻射聚合法、光聚合法等。其中，光引發(fā)聚合法由于具有反應(yīng)活化能低、反應(yīng)速度快、產(chǎn)品優(yōu)良、節(jié)能無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)被逐漸應(yīng)用到聚丙烯酰胺的改性聚合中來(lái)，并呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢(shì)頭。隨著該法用于聚丙烯酰胺絮凝劑合成的研究和應(yīng)用日漸增多，出現(xiàn)了以大功率高壓紫外光引發(fā)聚合為代表的聚丙烯酰胺合成技術(shù)，如專利公開(kāi)號(hào)為CN103073680A“一種紫外光引發(fā)疏水改性陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的合成方法”采用了波長(zhǎng)為365nm、光強(qiáng)為600～1800μW/cm2的高壓紫外光引發(fā)丙烯酰胺、陽(yáng)離子與疏水單體共聚；又如專利公開(kāi)號(hào)為CN103073677A“一種陰離子聚丙烯酰胺合成方法”則采用100W～800W的高壓汞燈引發(fā)丙烯酰胺與陰離子單體聚合等。該法仍然存在不足之處需要進(jìn)一步改進(jìn)：1)盡管是在室溫下引發(fā)，但燈管功率高、放熱大，隨著光照時(shí)間增加會(huì)造成溫度升高，最高達(dá)到55℃～65℃，則需要采用冷凝降溫措施，復(fù)雜的裝置不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；2)冷凝管的設(shè)置會(huì)在紫外燈與反應(yīng)瓶之間增加兩層玻璃阻隔，會(huì)造成紫外光一定程度的衰減，影響聚合效果；3)光照溫度升高后會(huì)使聚合產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)物溶解性能差；4)需要調(diào)節(jié)pH，增加了成本；5)聚合反應(yīng)主要由丙烯酰胺與陽(yáng)離子或陰離子單體共聚，因電荷量大、分子鏈長(zhǎng)使得電中和和架橋能力強(qiáng)，但吸附能力一般，也會(huì)影響產(chǎn)物的絮凝性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明解決高壓紫外光放熱大、溫度高、需要復(fù)雜的冷凝裝置問(wèn)題，以及改進(jìn)傳統(tǒng)聚丙烯酰胺吸附性不足、溶解時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，提供一種反應(yīng)條件溫和、不需冷凝、節(jié)能環(huán)保、易于產(chǎn)業(yè)化的高吸附性改性聚丙烯酰胺絮凝劑的合成方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種納米改性聚丙烯酰胺絮凝劑的合成方法，包括以下步驟：(1)將殼聚糖通過(guò)磁力攪拌溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～5％的乙酸溶液中，達(dá)到完全溶解的狀態(tài)后逐滴加入與殼聚糖的質(zhì)量比為3～6:1的三聚磷酸鈉溶液，繼續(xù)磁力攪拌30min，后于超聲裝置中超聲5min，得到納米殼聚糖乳液；(2)在步驟(1)得到的乳液中加入與殼聚糖質(zhì)量比為5～10:1的丙烯酰胺單體和占混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％～1％的光引發(fā)劑，攪拌使其完全溶解，后通入純度為99.999％的氮?dú)?5～30min驅(qū)除氧氣，在8℃～32℃的室溫條件下通過(guò)紫外光引發(fā)聚合反應(yīng)2～3h后得到乳白色膠狀物；(3)將步驟(2)得到的乳白色膠狀物置于體積比為2:1的無(wú)水乙醇和丙酮的混合溶液中浸泡3～5h后，用蒸餾水反復(fù)沖洗，于105℃～200℃下干燥24h以上至恒重，研磨、過(guò)篩得到白色粉末狀樣品，即為納米殼聚糖/聚丙烯酰胺絮凝劑。所述步驟(1)與步驟(2)中聚合反應(yīng)單體為納米殼聚糖與丙烯酰胺，且納米殼聚糖是殼聚糖與三聚磷酸鈉反應(yīng)得到的，且納米殼聚糖的粒徑為10～500nm。殼聚糖英文名為chitosan，又稱脫乙酰甲殼素；丙烯酰胺英文名為acrylamide。引入納米殼聚糖，由于其較大的比表面積和分子鏈上胺基等帶電基團(tuán)，能夠通過(guò)較強(qiáng)的吸附和電中和原理把水中的污染物質(zhì)吸附到分子鏈上來(lái)，特別是增強(qiáng)對(duì)低濃度污染物的吸附，只有通過(guò)吸附足夠的污染物才能通過(guò)架橋作用使得絮體增大而產(chǎn)生重力沉降，進(jìn)而達(dá)到提高水處理的效果，在給水、污水處理領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。所述步驟(2)中，聚合反應(yīng)采用的紫外光由功率為10～100W的低壓汞燈產(chǎn)生，且產(chǎn)生的紫外光波長(zhǎng)范圍在185～400nm，主波長(zhǎng)為253.7nm，光強(qiáng)為20～300μW/cm2。該波段的紫外光相比高壓紫外光而言具有更強(qiáng)的能量，達(dá)到471.0kJ/mol，更能加快單體中化學(xué)鍵的斷裂，促進(jìn)聚合反應(yīng)自由基的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)納米殼聚糖與丙烯酰胺共聚。所述步驟(2)中，聚合反應(yīng)所使用的光引發(fā)劑為2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，其中的活性羥基可以使它很容易與不飽和單體發(fā)生聚合反應(yīng)，促進(jìn)納米殼聚糖與丙烯酰胺共聚。且上述引發(fā)劑用量低、引發(fā)效率高，無(wú)毒無(wú)害。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益的效果：1.能在室溫下引發(fā)聚合，反應(yīng)過(guò)程中溫度也不會(huì)明顯升高。例如在室溫30℃情況下，經(jīng)檢測(cè)反應(yīng)過(guò)程中溫度增加緩慢，最大達(dá)到39℃～40℃；如果室溫更低，反應(yīng)過(guò)程中溫度達(dá)到的最高溫度也會(huì)降低。因此不需要對(duì)溫度進(jìn)行冷凝控制，簡(jiǎn)化了操作步驟，且條件溫和、易于控制，更適用于工業(yè)化生產(chǎn)。2.避免了由大功率高壓紫外燈照射所產(chǎn)生的交聯(lián)反應(yīng)，改善了聚合產(chǎn)物的溶解性能，溶解時(shí)間在1h～2h范圍內(nèi)；且在產(chǎn)率最大達(dá)到97.9％的同時(shí)也增加了接枝率，提高了絮凝劑的實(shí)用性。3.納米殼聚糖比表面積大，吸附性強(qiáng)，通過(guò)改性改善了聚丙烯酰胺絮凝劑的吸附性能，使得改性后的絮凝劑兼具吸附和架橋的能力；且殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中具有陰、陽(yáng)雙重離子基團(tuán)，可運(yùn)用于帶有不同電荷污水的處理。4.本發(fā)明所提供合成方法所選用的丙烯酰胺、殼聚糖單體均為易于獲得的市售材料，價(jià)格低廉，且小功率低壓紫外燈節(jié)省能耗，不需要調(diào)整pH，整體生產(chǎn)成本低；且所有材料可生物降解，低功率紫外光也環(huán)保無(wú)害，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1(1)取0.1g殼聚糖通過(guò)磁力攪拌溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的乙酸溶液中，達(dá)到完全溶解的狀態(tài)后逐滴加入與殼聚糖的質(zhì)量比為5:1的三聚磷酸鈉溶液，繼續(xù)磁力攪拌30min，后于超聲裝置中超聲5min，得到納米殼聚糖乳液。(2)在上述乳液中加入與殼聚糖質(zhì)量比為6:1的丙烯酰胺單體和占混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％的光引發(fā)劑2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌使其完全溶解，后通入純度為99.999％的氮?dú)?0min驅(qū)除能起到阻聚作用的氧氣，在室溫條件下將瓶口密封置于低壓紫外燈下光照3h后得到乳白色膠狀物。(3)將膠狀物于體積比為2:1的無(wú)水乙醇和丙酮混合溶液中浸泡4h后，用蒸餾水沖洗，于105℃下干燥24h，研磨、過(guò)篩得到白色粉末狀樣品。經(jīng)過(guò)分析與檢測(cè)，測(cè)得最終得到的納米殼聚糖/聚丙烯酰胺的特性粘度為473mL·g-1，溶解時(shí)間為1.0h，產(chǎn)率為50.5％，接枝率為560.3％。實(shí)施例2(1)取0.1g殼聚糖通過(guò)磁力攪拌溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的乙酸溶液中，達(dá)到完全溶解的狀態(tài)后逐滴加入與殼聚糖的質(zhì)量比為4:1的三聚磷酸鈉溶液，繼續(xù)磁力攪拌30min，后于超聲裝置中超聲5min，得到納米殼聚糖乳液。(2)在上述乳液中加入與殼聚糖質(zhì)量比為7:1的丙烯酰胺單體和占混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4％的光引發(fā)劑2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌使其完全溶解，后通入純度為99.999％的氮?dú)?0min驅(qū)除能起到阻聚作用的氧氣，在室溫條件下將瓶口密封置于低壓紫外燈下光照3h后得到乳白色膠狀物。(3)將膠狀物于體積比為2:1的無(wú)水乙醇和丙酮混合溶液中浸泡4h后，用蒸餾水沖洗，于105℃下干燥24h，研磨、過(guò)篩得到白色粉末狀樣品。經(jīng)過(guò)分析與檢測(cè)，測(cè)得最終得到的納米殼聚糖/聚丙烯酰胺的特性粘度為498mL·g-1，溶解時(shí)間為1.2h，產(chǎn)率為54.5％，接枝率為619.1％。實(shí)施例3(1)取0.2g殼聚糖通過(guò)磁力攪拌溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的乙酸溶液中，達(dá)到完全溶解的狀態(tài)后逐滴加入與殼聚糖的質(zhì)量比為4:1的三聚磷酸鈉溶液，繼續(xù)磁力攪拌30min，后于超聲裝置中超聲5min，得到納米殼聚糖乳液。(2)在上述乳液中加入與殼聚糖質(zhì)量比為7:1的丙烯酰胺單體和占混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8％的光引發(fā)劑2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌使其完全溶解，后通入純度為99.999％的氮?dú)?5min驅(qū)除能起到阻聚作用的氧氣，在室溫條件下將瓶口密封置于低壓紫外燈下光照3h后得到乳白色膠狀物。(3)將膠狀物于體積比為2:1的無(wú)水乙醇和丙酮混合溶液中浸泡4h后，用蒸餾水沖洗，于105℃下干燥24h，研磨、過(guò)篩得到白色粉末狀樣品。經(jīng)過(guò)分析與檢測(cè)，測(cè)得最終得到的納米殼聚糖/聚丙烯酰胺的特性粘度為505mL·g-1，溶解時(shí)間為1.2h，產(chǎn)率為54.1％，接枝率為613.7％。實(shí)施例4(1)取0.2g殼聚糖通過(guò)磁力攪拌溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的乙酸溶液中，達(dá)到完全溶解的狀態(tài)后逐滴加入與殼聚糖的質(zhì)量比為3:1的三聚磷酸鈉溶液，繼續(xù)磁力攪拌30min，后于超聲裝置中超聲5min，得到納米殼聚糖乳液。(2)在上述乳液中加入與殼聚糖質(zhì)量比為8:1的丙烯酰胺單體和占混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8％的光引發(fā)劑2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌使其完全溶解，后通入純度為99.999％的氮?dú)?5min驅(qū)除能起到阻聚作用的氧氣，在室溫條件下將瓶口密封置于低壓紫外燈下光照2h后得到乳白色膠狀物。(3)將膠狀物于體積比為2:1的無(wú)水乙醇和丙酮混合溶液中浸泡4h后，用蒸餾水沖洗，于105℃下干燥24h，研磨、過(guò)篩得到白色粉末狀樣品。經(jīng)過(guò)分析與檢測(cè)，測(cè)得最終得到的納米殼聚糖/聚丙烯酰胺的特性粘度為503mL·g-1，溶解時(shí)間為1.9h，產(chǎn)率為61.6％，接枝率為726.2％。實(shí)施例5(1)取0.3g殼聚糖通過(guò)磁力攪拌溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的乙酸溶液中，達(dá)到完全溶解的狀態(tài)后逐滴加入與殼聚糖的質(zhì)量比為6:1的三聚磷酸鈉溶液，繼續(xù)磁力攪拌30min，后于超聲裝置中超聲5min，得到納米殼聚糖乳液。(2)在上述乳液中加入與殼聚糖質(zhì)量比為9:1的丙烯酰胺單體和占混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的光引發(fā)劑2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌使其完全溶解，后通入純度為99.999％的氮?dú)?0min驅(qū)除能起到阻聚作用的氧氣，在室溫條件下將瓶口密封置于低壓紫外燈下光照2.5h后得到乳白色膠狀物。(3)將膠狀物于體積比為2:1的無(wú)水乙醇和丙酮混合溶液中浸泡5h后，用蒸餾水沖洗，于105℃下干燥24h，研磨、過(guò)篩得到白色粉末狀樣品。經(jīng)過(guò)分析與檢測(cè)，測(cè)得最終得到的納米殼聚糖/聚丙烯酰胺的特性粘度為472mL·g-1，溶解時(shí)間為1.6h，產(chǎn)率為89.2％，接枝率為928.2％。實(shí)施例6(1)取0.3g殼聚糖通過(guò)磁力攪拌溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的乙酸溶液中，達(dá)到完全溶解的狀態(tài)后逐滴加入與殼聚糖的質(zhì)量比為6:1的三聚磷酸鈉溶液，繼續(xù)磁力攪拌30min，后于超聲裝置中超聲5min，得到納米殼聚糖乳液。(2)在上述乳液中加入與殼聚糖質(zhì)量比為10:1的丙烯酰胺單體和占混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的光引發(fā)劑2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌使其完全溶解，后通入純度為99.999％的氮?dú)?0min驅(qū)除能起到阻聚作用的氧氣，在室溫條件下將瓶口密封置于低壓紫外燈下光照2.5h后得到乳白色膠狀物。(3)將膠狀物于體積比為2:1的無(wú)水乙醇和丙酮混合溶液中浸泡5h后，用蒸餾水沖洗，于105℃下干燥24h，研磨、過(guò)篩得到白色粉末狀樣品。經(jīng)過(guò)分析與檢測(cè)，測(cè)得最終得到的納米殼聚糖/聚丙烯酰胺的特性粘度為571mL·g-1，溶解時(shí)間為2h，產(chǎn)率為94.6％，接枝率為1030.2％。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施案例對(duì)本專利進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的原則和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。