申请日2010.01.18
公开(公告)日2010.08.04
IPC分类号C08F20/44; C08F8/32; C02F1/40; C02F5/00; C02F1/52
摘要
本发明提供一种利用腈纶废丝制备咪唑啉衍生物及其制备方法和在水处理中的应用，其制备步骤如下：往反应器中加入腈纶废丝、无机碱和水，搅拌下缓慢升温至60℃～95℃反应0.5～3h，然后缓慢加入有机胺和适量催化剂并升温至100℃～180℃，反应5～30h后冷却至室温，将产物蒸馏后精制即得含有咪唑啉基、酰胺基、羧基等活性基团的白色粉末状咪唑啉衍生，化学通式为：为1×104 产品具有絮凝、脱色、缓蚀和破乳等多种功能，特别适用于印染废水、制浆造纸废水、含活性基团的有机废水的处理，此外还可用于锅炉用水、循环冷却水的缓蚀剂以及钻井 废水、含乳化油冷轧废水处理中。翻译权利要求书
1.一种利用腈纶废丝制备的咪唑啉衍生物，其特征在于：所述的咪唑啉衍生物为白色粉末状聚合物，含有咪唑啉基、酰胺基和羧基活性基团，数均分子量为
1×104～1×107，其化学通式为：
式中，x、y、z为聚合度，50≤x≤4000;100≤y≤60000;100≤z≤50000;
-R为-H、-CH2CH2NNHCH2CH2NH2、-CH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2或-CH2CH2NH2;M为Na+、K+或NH4+。
2.一种如权利要求1所述的咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤如下：往反应器中加入腈纶废丝、无机碱和水，搅拌下缓慢升温至60℃～95℃反应0.5～3h，然后缓慢加入有机胺和催化剂并升温至100℃～180℃，反应5～30h后冷却至室温，得到咪唑啉衍生物粗品;将咪唑啉衍生物粗品在真空度为-0.98mpa，温度为90℃～98℃条件下蒸馏3～5h后，先后分别用无水氯仿和乙醚精制，其中无水氯仿与咪唑啉衍生物粗品的体积比为2∶1～10∶1，乙醚与咪唑啉衍生物粗品的体积比为2∶1～10∶1，回收无水氯仿和乙醚即得收率为60%～90%的所述咪唑啉衍生物。
3.根据权利要求2所述的咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于：所述制备过程中用到的原料的质量百分数为：
腈纶废丝：10%～45%
有机胺：5%～35%
催化剂：0.1%～2%
无机碱：5%～30%
H2O.5%～60%。
4.根据权利要求2或3所述的咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于：所述腈纶废丝来源于腈纶的生产或加工过程产生的废料，或者以腈纶为主要原料的其他应用厂家产生的废料。
5.根据权利要求2或3所述的咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于：所述有机胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求2或3所述的咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于：所述催化剂为焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钠、硫化钠、硫氢化钠、二氧化硫、三氧化硫、硫磺或硫脲中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求2或3所述的咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于：所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸钠、磷酸二氢钠或磷酸氢二钠的一种或几种的混合物。
8.一种如权利要求1所述的咪唑啉衍生物的用途或者如权利要求2、3、4、5、6或7所述的方法制备得到的咪唑啉衍生物的用途，其特征在于：将所述咪唑啉衍生物用于污水或废水处理。
9.据权利要求8所述的咪唑啉衍生物的用途，其特征在于：所述咪唑啉衍生物作为水处理中的絮凝剂、缓蚀剂、脱色剂或破乳剂。
10.根据权利要求8所述的咪唑啉衍生物的用途，其特征在于：所述污水或废水为印染废水、制浆造纸废水、含活性基团的有机废水、锅炉用水、循环冷却水、钻井废水或含乳化油冷轧废水。
说明书
利用腈纶废丝制备咪唑啉衍生物及其制备方法和在水处理中的应用
技术领域
本发明属于环境保护和资源再生技术领域，特别涉及利用腈纶废丝制备咪唑啉衍生物及其制备方法和在水处理中的应用。
背景技术
水处理剂是工业用水、生活用水、废水处理过程中必需的化学药剂，包括阻垢分散剂、缓蚀剂、混凝剂、消泡剂和清洗剂等，广泛应用于化工、冶金、纺织、印染、石油、城乡环保等行业，以达到节约用水和防止水源污染的目的。国内水处理剂的研究开发已取得一定的成果，但由于基础薄弱，技术落后，发展时间较短，整体水平不高，在应用过程中存在着一定的缺陷。如无机高分子絮凝剂原料易得、价格便宜，但使用量大、沉降慢、渣多。自上世纪五十年代美国首先开发聚丙烯酰胺絮凝剂以来，科研学者开始对有机高分子絮凝剂进行深入的研究，并逐渐形成类型、规格系列化的一个新兴的精细化工领域。主要有聚丙烯酰胺及其改性品种、聚酯多胺、聚乙烯基苯甲基等，其投加量少、形成的絮体大，不增加污泥量，但由于存在着生物降解难、残留单体有毒等问题，限制了它的应用。
近年来，随着腈纶工业的迅猛发展，腈纶产业不断发展壮大，其产品得到了广泛应用，但在腈纶的生产和加工过程当中，不可避免地会产生一些废丝或不适于喷丝的腈纶下脚料，这些便构成腈纶废丝的主要来源。这些废料采用焚烧或填埋的方法进行处置，对环境造成极为不利的影响。因而，腈纶废丝的资源化利用至关重要，已成为解决腈纶废丝污染的有效途径。
目前，腈纶废丝的资源化利用主要采用水解法，水解产物可用于制备高分子絮凝剂、防泳移剂、高吸水树脂、土壤改良剂、印染助剂等。如将腈纶废丝经碱性水解后，与二甲胺进行接枝改性而制得絮凝剂。或以腈纶废丝为原料与双氰胺在碱性溶液中反应，成功地制备出含有多种活性基团的聚合物，该聚合物集阴，阳聚电解质于一体，在较宽的pH范围内呈现不同的性质，适用于多种类型的废水。此外，也可将腈纶水解产物与甲醛、二甲胺通过Mannich反应合成具有羧基和胺甲基的两性聚丙烯酰胺絮凝剂。美国专利US3488294号阐述了以腈纶和乙二胺合成聚乙烯咪唑啉的方法，但制备出的产品只含有咪唑啉基而不含有羧基和酰胺基等活性基团。美国专利US3450646号阐述了以丙烯腈和乙二胺合成聚乙烯咪唑啉的方法，但以此法制备出的聚丙烯咪唑啉分子量较低，且成本较高，不利于工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用腈纶废丝制备咪唑啉衍生物及其制备方法和在水处理中的应用，此种咪唑啉衍生物含有咪唑啉基、酰胺基、羧基等活性基团，具有絮凝、脱色、缓蚀和破乳等多种功能，特别适用于印染废水、制浆造纸废水、含活性基团的有机废水的处理，此外还可作为锅炉用水、循环冷却水的缓蚀剂以及钻井废水、含乳化油冷轧废水的破乳剂。以腈纶废丝为主要原料制备咪唑啉衍生物解决了腈纶废丝的环境污染问题，同时也为腈纶废丝资源化利用提供一种新途径。
本发明的咪唑啉衍生物，其特征在于：所述的水处理剂为白色粉末状聚合物，数均分子量为1×104～1×107，其化学通式为：
式中，x、y、z为聚合度(50≤x≤4000;100≤y≤60000;100≤z≤50000);
-R为-H、-CH2CH2NHCH2CH2NH2、-CH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2或-CH2CH2NH2;M=Na+、K+或NH4+;
其中含有咪唑啉基、酰胺基和羧基活性基团。
本发明的咪唑啉衍生物的制备方法的步骤如下：往反应器中加入腈纶废丝、无机碱和水，搅拌下缓慢升温至60℃～95℃反应0.5～3h，然后缓慢加入有机胺和催化剂并升温至100℃～180℃，反应5～30h后冷却至室温，得到咪唑啉衍生物粗品;将咪唑啉衍生物粗品在真空度为-0.98mpa，温度为90℃～98℃条件下蒸馏3～5h后，先后分别用无水氯仿和乙醚精制，其中无水氯仿与咪唑啉衍生物粗品的体积比为2∶1～10∶1，乙醚与咪唑啉衍生物粗品的体积比为2∶1～10∶1，回收无水氯仿和乙醚即得收率为60%～90%的所述咪唑啉衍生物。
本发明的咪唑啉衍生物用于污水或废水处理。
本发明具有以下优点和积极效果：
本发明以腈纶废丝为原料制备咪唑啉衍生物不仅可以避免腈纶废丝对环境的污染，又可得到成本低廉、性能优异的水处理剂，实现变废为宝，具有明显的环境效益和经济效益。
本发明的咪唑啉衍生物，在废水处理中用量少，处理效果好而且稳定性好，无毒，使用不受季节、区域限制，便于存放与运输。
本发明的咪唑啉衍生物含有咪唑啉基、酰胺基、羧基等活性基团，不仅可作为絮凝剂还可作为锅炉用水、循环冷却水的缓蚀剂以及钻井废水、含乳化油冷轧废水中作为破乳剂。
生产工艺简单，生产原料易得，生产周期短，反应温和，所需设备为常规设备，整个工艺流程基本上无废气、废水、废渣排放，是一种无污染的清洁化生产流程，便于现有化工厂接产。
