離子化改性淀粉絮凝劑的研究進(jìn)展

劉敬發(fā)

【摘要】改性淀粉絮凝劑具有綠色、無毒、價(jià)廉、易于生物降解、來源廣泛等特點(diǎn)。離子化改性淀粉絮凝劑主要包括陰離子型改性淀粉絮凝劑、陽離子型改性淀粉絮凝劑、兩性淀粉絮凝劑以及非離子型改性淀粉絮凝劑等。這幾種不同類型的改性淀粉絮凝劑在不同類型的廢水處理中取得了明顯的效果。

【關(guān)鍵詞】改性淀粉 絮凝劑 水處理 研究進(jìn)展

當(dāng)前國內(nèi)外普遍采用的水處理技術(shù)是絮凝沉降技術(shù)。在水處理中經(jīng)常用的絮凝劑中改性淀粉高分子絮凝劑的開發(fā)、研究與應(yīng)用尤為引人注目。淀粉分子帶有很多羥基，通過對羥基進(jìn)行酯化、醚化、氧化、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)，能夠改變淀粉的性質(zhì)。其中離子化改性淀粉絮凝劑具有天然改性有機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn)，包括選擇性大、綠色、無毒、價(jià)廉、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循環(huán)等顯著特點(diǎn)。離子化改性淀粉絮凝劑主要包括陰離子型改性淀粉絮凝劑、陽離子型改性淀粉絮凝劑、兩性淀粉絮凝劑以及非離子型改性淀粉絮凝劑等。近幾年這幾種不同類型的改性淀粉絮凝劑在不同類型的廢水處理中取得了明顯的效果。

1 陰離子型改性淀粉絮凝劑

陰離子型改性淀粉絮凝劑包括：磷酸酯淀粉絮凝劑、黃原酸酯淀粉絮凝劑和含羧基淀粉絮凝劑等。將多種磷酸化試劑和淀粉起反應(yīng)可以生成酯，如：磷酸、正磷酸鹽、焦磷酸鹽、三偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、三氯氧磷、五氧化二磷、和有機(jī)磷化試劑等，其中有些試劑可以混和使用。莊云龍等人研制的磷酸酯淀粉絮凝劑，對廢紙脫墨廢水和精細(xì)化工廠的工業(yè)廢水進(jìn)行處理收到了明顯的效果。得出絮凝的最佳條件為：投加量為0.2%，pH值在7-10，作用時間在24小時左右。

對改性淀粉絮凝劑的研究，英國、日本等國家起步較早，曾先后研究過淀粉的磷酸衍生物，將之作為陰離子絮凝劑應(yīng)用于選煤尾礦水處理。淀粉的醚化產(chǎn)物特別是陰離子型淀粉醚曾引起過相當(dāng)?shù)闹匾?，日本就曾?jīng)研究過淀粉的氨基乙醚衍生物，用于高嶺土礦槳和纖維素槳粕的廢水處理。隨后，美國、德國等國家的研究機(jī)構(gòu)對多種銨鹽和吡啶鹽的淀粉醚衍生物，淀粉和氯甲代氧丙烷以及淀粉與二羥基丙基-三甲胺氯化物的醚化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了研究，得到了多種改性淀粉絮凝劑用于工廠廢水、生活污水等的處理。

2 陽離子型改性淀粉絮凝劑

陽離子型改性淀粉包括季銨型、叔胺型、交聯(lián)型、雙醛和兩性等。陽離子淀粉是在堿性介質(zhì)中由胺類化合物與淀粉的羥基發(fā)生親核取代而生成的。淀粉的羥基與胺類化合物能夠發(fā)生醚化反應(yīng)，生成的淀粉衍生物有吸引帶負(fù)電荷物質(zhì)的趨向，成為陽離子改性淀粉。由于廢水中大部分細(xì)微顆粒和膠體都帶負(fù)電荷，陽離子淀粉衍生物絮凝劑可與水中微粒起電荷中和與吸附架橋的作用，從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝和沉降。因此研究陽離子改性淀粉具有積極的意義。

通過乙烯基單體與淀粉的接枝共聚物陽離子化可制得陽離子改性淀粉絮凝劑。于洪海等人在最佳條件下反應(yīng)合成的淀粉接枝改性物中加入醚化劑OMTMA制的改性淀粉高分子絮凝劑對廢水的最佳處理?xiàng)l件是：廢水的pH 值為7，最佳濃度為 80mL 的水中溶解 0.2g；在此最佳條件下廢水濁度的去除率為92.8%，COD 的去除率為98.91%。季銨型陽離子淀粉是具有環(huán)氧基團(tuán)的銨類化合物與淀粉分子中的羥基在堿催化作用下反應(yīng)生成的醚類衍生物?？琢顣缘热擞藐栯x子醚化劑CHPTMA 對淀粉改性制得了陽離子淀粉絮凝劑，用于酒精廢液處理顯示脫色率達(dá)到78.42%，脫色率隨陽離子淀粉取代度的增加而增加，而且絮凝操作簡單、用量少。

3 兩性淀粉絮凝劑

兩性淀粉是指在同一淀粉鏈中既接上陽離子，又接上陰離子兩種基團(tuán)的變性淀粉，它具有陽離子淀粉、陰離子淀粉、天然高分子等多重特性。兩性淀粉衍生物絮凝劑同時具備陰、 陽離子型絮凝劑的性能。 它是一種聚電解質(zhì)產(chǎn)品，同一分子鏈上既含有正電荷又含有負(fù)電荷。兩性淀粉視其交聯(lián)與否或交聯(lián)的程度不同可以將其分為水溶性和非水溶性兩大類：視其陰離子基團(tuán)的不同可分為磷酸型、羧酸型、磺酸型和硫酸型及黃原酸型等兩性淀粉。兩性淀粉的陽離子基團(tuán)一般為叔胺或季銨鹽類。

利用淀粉葡萄糖甙中羥基的反應(yīng)活性，分別用陰陽離子醚化劑進(jìn)行反應(yīng)可得到兩性淀粉。兩性淀粉作為鰲合劑對陰陽離子均有很強(qiáng)的吸附能力和吸附容量，可用于礦物或冶金工業(yè)提取金屬離子或污水處理。呂彤等采用半干法合成季銨化陽離子淀粉，再經(jīng)磷酸酯化反應(yīng)得到兩性淀粉（QAP）測試分析了它對染料廢水的脫色效果，結(jié)果表明，QAP除具有優(yōu)良的去污效果外，還具有用量少、脫色率高的特點(diǎn)。

4 非離子型改性淀粉絮凝劑

淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物是典型的非離子型淀粉。淀粉接枝共聚物是由于在淀粉上接枝了具有絮凝功能的聚合物側(cè)鏈，側(cè)鏈基團(tuán)與許多物質(zhì)親和、吸附，形成氫鍵；或這種側(cè)鏈與被絮凝物質(zhì)形成物理交聯(lián)狀態(tài)，使被絮凝物質(zhì)沉淀下來。非離子淀粉目前主要指的是羥烷基淀粉，具有親水性好、流動性強(qiáng)及易糊化等優(yōu)點(diǎn)。

非離子型改性淀粉絮凝劑具有多羥基或酰胺基團(tuán)，呈支鏈結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)胤稚⒘诵跄鶊F(tuán)，在一定條件下，其絮凝效果優(yōu)于通常的無機(jī)和有機(jī)絮凝劑。 李淑紅等人以硝酸鈰銨為引發(fā)劑，通過接枝共聚反應(yīng)，在淀粉骨架上引入聚丙烯酰胺，制得了淀粉—丙烯酰胺接枝物，通過對高礦化度油田廢水的處理實(shí)驗(yàn)表明：它對高礦化度油田廢水中的濁度和化學(xué)需氧量（COD）的去除顯示出了優(yōu)良的性能。

5 結(jié)語

我國在離子化改性淀粉絮凝劑的研究方面取得了一定的進(jìn)展，通過淀粉官能團(tuán)的化學(xué)轉(zhuǎn)化合成出一系列無毒、低成本而又具有良好絮凝效果的高分子絮凝劑。但在藥劑的作用機(jī)理、不同組分之間的協(xié)同效應(yīng)等方面的研究還是不夠深入。應(yīng)進(jìn)一步開展淀粉的化學(xué)改性的科研工作，開發(fā)出兼具絮凝、殺菌、緩蝕等作用的多功能的水處理劑。

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