[发明专利]一种植物杂多糖磺酸盐及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物杂多糖的磺化改性及其在水处理中的应用性能的研究，具体地说是一种磺化改性植物杂多糖阻垢剂的制备及其磺酸盐类改性的阻垢剂的应用方法。

技术背景

植物杂多糖是广泛存在于植物的秸秆、根、果实和种子中的一种杂糖环多聚大分子化合物，资源丰富、分布广泛。题为:“中国农作物秸秆资源及其利用现状”(韩鲁佳等，农业工程学报，2002，18（3）：87~89)报道了，世界每年秸秆产量约为40×10⁸吨，分布在亚、非、美洲等区域；其分子结构是由一系列的葡萄糖、鼠李糖、树胶醛糖等五元或六元糖单元聚合而成，具有一定的分子量分布；分子内含有大量的羟基、醛基、胺基、羧基、醚键等官能团，这些官能团具有一定的螯合和配位能力，同时也具有很强的反应活性，易于实现进一步功能基的引入。

然而，天然植物多糖资源的开发利用还非常有限，据联合国粮农组织统计，世界作物秸秆有66%直接还田或作为生活能源而被烧掉，19%做房屋建筑材料或蔬菜生产覆盖材料等，12%作为草食家畜的饲料，另有3%左右作为手工艺业的原料。形成工业化规模生产的秸秆资源化利用技术项目更是凤毛麟角。目前研究较为成熟的技术，其一，秸秆发电技术，自丹麦率先推广以后，西班牙、英国、瑞典、芬兰、法国、日本、美国以及印度等相继推广了该技术，其中，题为“秸秆生物质能源的应用现状与前景”(娄玥芸等，化学与生物工程，2010，27（9）：73-76)报道了2010年美国生物质能发电总量达到13000MW装机容量。其二，开发基本化工原料，题为“Energy and Environmental Aspects ofUsing Corn Stover for Fuel Ethanol” （Sheehan John et al，Journal ofIndustrial Ecology，2004，7(3-4)：117~146）中论证了玉米秆转变为能源物质的可行性和必要性，阐述了由多糖类化合物制备乙醇、乙酸等的工艺和经济价值，为寻找传统能源物质的替代产品开僻了一条新道路。尽管如此，这些仅仅是对秸秆的初级利用，而寻找更高经济附加值和探索传统化学品的替代品的开发才是更高的目标。无固相杂多糖苷水基钻井液便是这样一种新型的多功能绿色钻井液，具有优良的降滤失能力、防漏、防塌陷、增粘、抗盐、抗高温等优点，同时可生物降解，不产生二次污染。另外，也有文献报道利用动物贝壳中的壳聚糖和纤维素、淀粉等多聚糖，进行改性水处理剂的研究；但对植物杂多糖进行磺化改性，并将其用做水处理阻垢剂未见文献报道。

目前，工业上运用的阻硫酸钙垢的水处理药剂主要是有机膦酸盐类水处理剂。它们具有如下缺点：1.当pH>7.5或pH<6.5时，水解速度会加快，生成的正磷酸盐易于与Ca²⁺生成磷酸钙垢；2.为藻类提供了丰富的营养物，导致菌藻大量繁殖，给系统带来新的杀菌灭藻问题；3.水解速度随着浓度和温度的升高而加快，在温度超过90℃时会发生象无机聚磷酸盐那样的水解现象，其水解产物与二价金属阳离子反应而结垢4.许多性质与磷酸盐类似，用量不宜过高，否则易生成垢；5.易粘附于设备表面，与油类易发生乳化，在油田中使用需要加入防乳化剂；6.药剂不可降解，会造成二次污染。因此，以来源广泛、可再生的杂多糖类化合物为基体，探索传统水处理化学品的替代品，具有重要实际意义。本专利就是在此思想的指导下，以植物杂多糖作为改性基体，对其进行了磺化改性，制备了新型的无磷、无氮、高效阻硫酸钙垢的阻垢剂，并参照水处理药剂的相关国标评价了其应用性能。

发明内容

本发明针对上述不足，主要目的是制备2,3-环氧丙磺酸钠磺化改性的植物杂多糖阻垢剂。这种磺化改性的水处理药剂具有非常好的阻垢分散性能，具有较宽的pH适用范围，不受严格的用量限制，不会由于用量过大造成负面影响，不会对环境造成二次污染，生物可降解，作为一种传统水处理化学品的替代品，是一种绿色、高效、具有良好应用前景的水处理药剂。

本发明的技术方案为：

一种植物杂多糖磺酸盐，其分子结构式如下：

其中，R=-CH₂CH(OH)CH₂SO₃Na、-CH₂CH₂SO₃Na或-CH₂CH(OH)SO₃Na；n=5~50。

所述的植物杂多糖磺酸盐的制备方法，包括以下步骤：