[发明专利]一种亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络及其应用

说明书

本发明公开了一种亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络及其应用。所述的亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络的粒径分布为0.25～0.85mm，平均孔径为8～40nm，活性氨基含量0.6～2.2mmol/g，平均比表面积为150～1000m²/g，总孔容为0.5～1.3cm³/g。本发明通过制备聚丙烯酰胺与聚苯乙烯类互穿聚合物网络，引入了亲水性酰胺基团和疏水性官能团，对秸秆水解液进行脱毒处理，能够与水解液中的亲水性发酵抑制物形成分子间氢键，去除大部分的亲水性发酵抑制物，减少了秸秆稀酸水解副产物的含量。

技术领域

本发明涉及功能高分子材料技术领域，具体涉及一种亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络及其应用。

背景技术

化石能源不可再生。大量使用化石能源引起了能源短缺，并带来了严重的环境污染问题。世界各国都加快了对新能源和可再生能源的开发和利用，其中木质纤维素类生物质资源因来源广、数量大、可再生等突出优点而引起了全世界的广泛关注。我国是传统的农业大国，每年产生秸秆类废弃物约9亿吨。传统处理秸秆的方式是焚烧，不仅利用效率低下，而且存在烟尘大，污染环境严重等突出问题。将秸秆类木质纤维素通过生物化学转化方法发酵制备乙醇、丁醇、微生物油脂等生物燃料和生物基化学品，具有广阔的应用前景。在该生化转化工艺中，秸秆水解是重要的一环。其中，稀酸水解反应速率较快，成本相对较低，因而易于产业化应用。通常，秸秆由纤维素、半纤维素和木质素组成。纤维素是葡萄糖单体连接形成的一类直链多糖化合物；半纤维素是通过糖苷键将不同五碳糖(阿拉伯糖和木糖等)和六碳糖(葡糖糖和半乳糖等)连接形成的一类支链多糖化合物；而木质素主要是酚类结构单元构成的高分子化合物。经稀酸水解获得的水解产物复杂，存在许多发酵抑制物，主要包括甲酸、乙酸、乙酰丙酸等有机酸类物质，及5-羟甲基糠醛、糠醛等醛类物质，以及酸溶木质素和色素等。这些副产物对后续的微生物发酵具有强烈的抑制作用。因此，要经过脱毒步骤才能得到可被微生物利用的水解液。

目前水解液脱毒精制的方法主要有生物法、化学法和物理法三种。生物法主要缺点是处理时间长、效率低；化学法对酚类物质去除效果不佳。物理法主要包括蒸馏法、溶剂萃取法及吸附法。其中，物理吸附法因脱毒条件温和、效率高而成为了研究热点。常用的吸附剂主要有活性炭、离子交换树脂和吸附树脂吸附等。活性炭选择性较差，糖损失率较高，且活性炭较难重复使用。离子交换树脂洗脱再生会产生大量的酸碱废水，污染环境。大孔吸附树脂具有机械性能好、孔结构可控、选择性好、容易再生等优点，可望成为秸秆水解液高效脱毒精制的理想介质。但由于其具有较强的疏水性，导致对木质纤维素水解液中亲水性抑制物吸附性能较差，亟待解决该问题，实现对木质纤维素生物质资源的高效利用。

发明内容

本发明提出一种亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络及其应用，采用亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络对木质纤维素水解液进行脱毒，可以有效去除水解液中存在的有机酸类、酚类物质及酸溶木质素等，且吸附剂容易再生、成本低廉，克服了传统脱毒技术的显著缺陷，为木质纤维素水解液脱毒提供了一个新的技术途径。

本发明的目的是提出了一种亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络，所述的亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络的粒径分布为0.25～0.85mm，平均孔径为8～40nm，活性氨基含量0.6～2.2mmol/g，平均比表面积为150～1000m²/g，总孔容为0.5～1.3cm³/g。

优选地，所述的亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络的粒径分布为0.25～0.85mm，平均孔径为8.95～33.1nm，活性氨基含量0.65～2.13mmol/g，平均比表面积为150.2～512.1m²/g，总孔容为0.66～1.25cm³/g。

本发明还公开了上述亲水/疏水聚丙烯酰胺与聚苯乙烯互穿聚合物网络的制备方法，包括如下步骤：