[发明专利]羧甲基左聚糖的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，特别涉及一种羧甲基左聚糖的制备方法及其应用。

背景技术

碳酸钙沉淀的形成是热水壶、加热器、海水脱盐器、石油和天然气产品、洗衣等很多领域里的难题。当水的温度上升时，碳酸钙的溶解度降低，导致产品或者设备上析出或者大面积的结晶难于去除的碳酸钙，最终生产效益下降，生产成本上升。当前广泛使用的阻垢剂大多不可生物降解，在环境中积累会对环境造成危害，因而阻垢活性高、生物降解性好、无毒或低毒性绿色阻垢剂的概念已被提出并成为21世纪水处理剂发展的方向。最近几年所开发的新型绿色阻垢剂主要有聚天冬氨酸（PASP）和聚环氧琥珀酸（PESA），聚天冬氨酸在合成关键步骤天冬氨酸热缩聚反应中使用磷系催化剂，可能会产生二次污染；聚环氧琥珀酸单独使用时效果不明显，需要和其它的阻垢剂和缓蚀剂协同使用才会明显。

荷兰科学家在1994年发现了对菊粉羧甲基化后，可以得到一种新型的水处理阻垢剂―羧甲基菊粉（CMI）。通过对羧甲基菊粉进行阻垢的相关实验，发现羧甲基菊粉在碳酸钙形成过程中可以降低晶体形成速率，并改变晶型，达到了阻垢分散效果。目前对于羧甲基菊粉的制备方法已有一些研究，美国专利US5777090公开的制备羧甲基菊粉的方法采用水为反应溶剂，反应混合物倾入大量无水甲醇中析出产物，后处理过程中会产生大量的废液，并且菊粉在有水存在时会发生糊化现象。中国专利申请公开号CN101602817A公开的制备羧甲基菊粉的方法采用异丙醇为溶剂，但制备得到的羧甲基菊粉的取代度不高，会抑制其阻垢效力。

因此，寻找一种具有优良阻垢效果的新型绿色阻垢剂，即通过合成一种新的羧甲基左聚糖衍生物，具有取代度较高，可生物降解等优点的羧甲基左聚糖，是该领域技术人员需要解决的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种合成步骤简单，反应条件温和，成本较低，羧甲基左聚糖的取代度较高的羧甲基左聚糖的制备方法和羧甲基左聚糖在水处理领域中的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种羧甲基左聚糖的制备方法，其特征在于实施步骤如下： 

（1）向反应容器中加入有机溶剂，将反应容器固定在搅拌器下，然后边缓慢搅拌边加入左聚糖，有机溶剂体积为左聚糖重量的10-20倍；

（2）将反应容器转移到水浴锅中，控制水浴温度为25-50℃，分批次加

入氢氧化钠固体至混合液中，控制搅拌时间为15-60min，使碱化反应充分；

（3）称取一氯乙酸固体，充分溶解到有机溶剂中，然后缓慢滴加到反应

容器中，调整反应温度为35-80℃，待一氯乙酸溶液递加完全，于水浴恒温下搅拌反应1-5h；有机溶剂体积为一氯乙酸重量的5-10倍；

（4）反应完后，待冷却到室温后将反应产物静置沉淀，再倒去上清液，

沉淀用酒精洗涤，按常规通过冷冻干燥或者烘箱干燥得到微黄色或黄色的产物，即得羧甲基左聚糖；

所述左聚糖（单糖单元）、氢氧化钠、一氯乙酸的摩尔比为1：（1-4）：（0.5-2）。

所述有机溶剂为异丙醇、乙醇或甲醇。

用于羧甲基左聚糖的重均分子量分别为8000 Da和100万Da。

羧甲基左聚糖的应用：本发明方法制备得到的羧甲基左聚糖作为一种新型的绿色阻垢剂用于水处理领域。

主要成分特性及制备原理：本发明研究的左聚糖是果聚糖的一种，可以由草、小麦和大麦、真菌如聚多曲霉和杂色曲霉以及酵母产生。左聚糖（levan）主要以β-2,6-糖苷键连接的β-D-呋喃果糖作为主链、同时具有以一些β-2,1-糖苷键连接的延伸支链，6-蔗三糖作为其基本的三糖单位。尽管左聚糖和菊粉在化学结构上类似，但左聚糖亲水性球体直径达200nm，与球体相接的分支表面有大量疏水性高分子替代位点，它在水中并不吸水膨胀，羧甲基左聚糖（CML）相比较羧甲基菊粉（CMI）更利于环保，水溶性更好。羧甲基左聚糖抑制碳酸钙结晶的效力取决于其羧酸酯部分，左聚糖分子链的长度以及浓度。

能够抑制碳酸钙的沉淀使得羧甲基左聚糖的研究开发很有商业发展潜力。

左聚糖在碱性水溶液中与氯乙酸反应生成羧甲基左聚糖，可用下面反应过程表示：                                                

本发明的有益效果是：本发明通过有效的合成手段得到的羧甲基左聚糖，