陽離子淀粉的制備及其處理含磷廢水的研究

冒愛榮，錢曉榮，陳 亮，戴 建，林可純

(鹽城工學院化學與生物工程學院，江蘇鹽城 224051)

陽離子淀粉的制備及其處理含磷廢水的研究

冒愛榮，錢曉榮，陳 亮，戴 建，林可純

(鹽城工學院化學與生物工程學院，江蘇鹽城 224051)

以淀粉為原料、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨為陽離子醚化劑，采用濕法制備陽離子淀粉?？疾炝藀H、吸附劑用量、吸附時間和吸附溫度等因素對吸附效果的影響。室溫下，陽離子淀粉對含磷模擬廢水的吸附工藝條件為:pH為3.0，吸附劑用量為12.0 g/L，吸附時間為2.0 h。在上述條件下，陽離子淀粉對磷的去除率可達90.41%。

陽離子淀粉;吸附;含磷廢水

引 言

目前，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象備受人們關(guān)注，它所導(dǎo)致的水質(zhì)惡化嚴重影響了人們的生產(chǎn)和生活。磷是多數(shù)水體富營養(yǎng)化的控制性因素，富營養(yǎng)化水體中磷的來源主要包括外部(農(nóng)業(yè)施肥、含磷工業(yè)廢水不達標排放等)進入水體的磷，以及水體內(nèi)部自身底泥沉積物釋放出的磷。其中，外源污染是磷的主要來源，湖泊、水庫、河流中的磷80%來自于污水排放。機械工業(yè)常用磷化作為零件的保護層，磷化過程中產(chǎn)生大量的污染物，尤以磷酸鹽的排放量較大，超標嚴重。因此深入研究廢水除磷新技術(shù)，控制磷的排放，已成為一個亟待解決的問題。目前，含磷廢水的主要處理方法有生物法［1］、化學沉淀法［2］、吸附法［3-5］等，其中吸附法中常用的吸附劑有改性膨潤土、沸石、鋼渣和粉煤灰等，但在抗干擾性、溶解損失以及再生方面仍然存在一些問題。因此，尋求一種吸附容量方面性能優(yōu)異的高效吸附劑已成為吸附法除磷的發(fā)展趨勢。本文以3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨為陽離子醚化劑，制備了陽離子淀粉，并以制得的陽離子淀粉為吸附劑，處理了含磷廢水，對吸附工藝進行了優(yōu)化。

1 實驗部分

1.1 藥品和儀器

3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CTA，50%)，淀粉、NaOH、異丙醇、無水乙醇、鹽酸、硫酸、磷酸二氫鉀、鉬酸銨、抗壞血酸，均為分析純。

JJ-1型電動攪拌器(常州國華儀器有限公司)，SHZ-D(III)型循環(huán)水式真空泵(鞏義市英峪予華儀器廠)，pHS-3C型酸度計(上海雷磁儀器廠)，HZQ-C型水浴振蕩器(哈爾濱市東明醫(yī)療儀器廠)，WFJ-7200型可見分光光度計(尤尼柯儀器有限公司)。

1.2 實驗方法

1)陽離子淀粉的制備［6-7］

稱取100 g淀粉于三口燒瓶中，加入300 mL蒸餾水、10 mL異丙醇，攪拌均勻。稱1.6 g氫氧化鈉于小燒杯中，加適量水溶解，倒入三口燒瓶。稱8 g CTA，用 30 mL蒸餾水溶解。控制反應(yīng)溫度在40℃，開始滴加CTA水溶液，控制滴加速度、維持反應(yīng)溫度不變，滴加完成后繼續(xù)反應(yīng)5 h。用1 mol/L硫酸調(diào)節(jié)pH=6～7，冷卻，用80%乙醇溶液洗滌、抽濾至濾液不含氯離子，然后放置到恒溫烘箱80℃中5 h，即得陽離子淀粉。

2)絮凝實驗

于100 mL碘量瓶中，加入0.6 g陽離子淀粉和50 mL含磷模擬廢水，以硫酸溶液調(diào)節(jié)pH至3.0，室溫下于恒溫水浴振蕩器上振蕩2.0 h。

3)磷的測定［8］

測定原理:在酸性介質(zhì)中，正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)生成磷鉬雜多酸后，立即被抗壞血酸還原，生成藍色的絡(luò)合物。

水樣分析:取將方法2)處理后的清液25 mL，加入1 mL抗壞血酸溶液(100 g/L)混勻，30 s后加2 mL鉬酸銨溶液(130 g/L)充分混勻。室溫下放置15 min后，以水做參比，用1cm比色皿，于700 nm波長處測定其吸光度。從工作曲線上查得磷的含量。

工作曲線的繪制:取7支具塞刻度管分別加入0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0 和 15.0 mL 磷酸鹽標準溶液(2.0 μg/L)，加水至 25 mL，然后按水樣分析方法進行處理。以水做參比，測定吸光度，繪制吸光度對磷的含量的工作曲線。

4)磷的去除率的計算方法

式中:ρ(P)出水為經(jīng)2)方法處理后水中磷的質(zhì)量濃度，mg/L;ρ(P)原水為含磷模擬廢水的初始質(zhì)量濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對去除率的影響

分別移取50 mL含磷模擬廢水于6只碘量瓶中，用硫酸溶液分別調(diào)節(jié) pH 為 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 和 7.0，分別加入 0.5 g 陽離子淀粉，室溫下于恒溫水浴振蕩器上振蕩1.5 h，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，計算出pH對去除率的影響見圖1。

圖1 pH對去除率的影響

由圖1可知，pH是影響去除率的主要因素之一。隨著pH的增加，去除率先增加后減少。當pH為3.0時，去除率達到最大。因此，將 pH確定為3.0，此時陽離子淀粉對含磷模擬廢水中磷的去除率為 86.34%。

原因是:陽離子淀粉的取代基帶正電荷，電中和能力較強，易與帶負電荷的磷酸根陰離子中和。在堿性條件下，存在大量的游離OH－，中和了陽離子淀粉的陽離子電荷，從而降低了陽離子淀粉對磷的吸附效果。而在酸性條件下，溶液中含有大量的游離H+，對陽離子淀粉的吸附能力有促進作用，所以吸附效果較好。

2.2 吸附劑用量對去除率的影響

分別移取50 mL含磷模擬廢水于10只碘量瓶中，用硫酸溶液調(diào)節(jié) pH 為 3.0，分別加入 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 和 1.0 g 陽離子淀粉，在室溫下于恒溫水浴振蕩器上振蕩1.5 h，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，得出吸附劑用量對去除率的影響如圖2所示。

圖2 吸附劑用量對去除率的影響

由圖2可以看出，隨著絮凝劑用量的增加，去除率先增加后減少。在用量為0.6g(即12.0g/L)時達到最大。所以，將吸附劑用量確定為0.6g，此時陽離子淀粉對含磷模擬廢水中磷的去除率為87.78%。

2.3 溫度對去除率的影響

分別移取50 mL含磷模擬廢水于6只碘量瓶中，分別加入0.6 g陽離子淀粉，用硫酸溶液調(diào)節(jié)pH 為3.0，分別于室溫、30、40、50、60 和 70 ℃ 下的水浴振蕩器上振蕩1.5 h，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，計算出吸附溫度對去除率的影響見圖3。

圖3 溫度對去除率的影響

由如圖3可知，隨著溫度的增加，去除率也相應(yīng)減小，表明溫度是影響吸附效果的主要因素之一，且陽離子淀粉對磷的吸附過程為一放熱過程。在保證較高去除率的前提下，綜合操作條件的簡便性，將操作溫度確定為室溫，此時陽離子淀粉對含磷模擬廢水中磷的去除率為87.78%。

2.4 吸附時間對去除率的影響

分別移取50 mL磷標準溶液于5只碘量瓶中，分別加入0.6 g陽離子淀粉，用硫酸溶液調(diào)節(jié)pH為3.0。室溫下，分別于水浴振蕩器上振蕩 30、60、90、120和150 min，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，得出時間對去除率的影響見圖4。

圖4 時間對去除率的影響

由圖4可以看出，隨著時間的增加，去除率也相應(yīng)增加。當時間大于2.0 h時，去除率達到最大，當時間大于2.0 h時，去除率不再增加。所以本實驗中選擇時間為2.0 h作為最佳條件，此時陽離子淀粉對含磷廢水中磷的去除率為90.41%。

3 結(jié)論

室溫下，陽離子淀粉處理含磷廢水的最佳工藝條件為:pH為3.0，陽離子改性淀粉用量為12.0 g/L，時間2.0 h。在此工藝條件下，陽離子淀粉對含磷廢水的去除率可達到90.41%。

［1］關(guān)鵬程.生物法除磷的研究進展［J］.山西建筑，2010，36(14):183-184.

［2］張繼華.化學沉淀法處理含磷廢水［J］.工業(yè)水處理，2000，20(5):43-44.

［3］翟由濤.吸附法除磷研究進展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38(15):8154-8158.

［4］王曉明，張華，宮宇周.幾種基質(zhì)對磷的吸附效果對比研究［J］.環(huán)境科學與技術(shù)，2010，33(6):530-533.

［5］趙桂瑜，周琪，謝麗.鋼渣吸附法去除水溶液中磷的研究［J］.同濟大學學報(自然科學版)，2007，35(11):1510-1514.

［6］貝本植，張淑芬，楊錦宗.陽離子淀粉干法制備研究進展［J］.精細化工，200l，18(6):477-480.

［7］肖錦，周勤.天然高分子絮凝劑［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2005:39-40.

［8］GB/T11893－89，水質(zhì)總磷的測定鉬酸銨分光光度［S］.

Study on Cationic Starch Preperation and Phosphorus Containing Wastewater Treatment

MAO Ai-rong，QIAN Xiao-rong，CHEN Liang，DAI Jian，LIN Ke-chun
(Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224003，China)

Cationic starch was prepared via reaction of starch with 3-chlorine-2-hydroxypropyl trimethylammonium chloride by wet-process.Effects of pH，adsorbent dosage，adsorption time and temperature on adsorption efficiency were investigated.At room temperature，the optimal adsorption condition of cationic starch for simulated phosphorus containing wastewater was:pH 3.0，adsorbent dosage 12.0 g/L，adsorption time 2.0 h，under this condition，removal rate of cationic starch for phosphorus could up to 90.41%.

Cationic starch;adsorption;phosphorus containing wastewater

O647.31

B

1001-3849(2011)06-0044-03

2011-02-20

2011-03-11