基于淀粉接枝丙烯酰胺絮凝劑的制備和性能評價

胡張雁 韓永和 肖淑君 方登志 郭 相

（1.湖北省枝江市61699部隊，湖北 枝江 443200；2.武漢市軍械士官學(xué)校，湖北 武漢 430075）

一、接枝淀粉絮凝劑應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在我國經(jīng)濟飛速發(fā)展的推動下，工業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展，這雖然對國民經(jīng)濟水平的提高起到了積極的促進作用，但在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，工業(yè)廢水的排放量也不斷增多，這些廢水對人體健康和自然生態(tài)環(huán)境都構(gòu)成危害。為此，工業(yè)廢水治理現(xiàn)成為我國當前環(huán)境保護工作亟待解決的首要問題之一?，F(xiàn)階段，我國在水質(zhì)處理過程中，采用最多的是絮凝技術(shù)，使用的絮凝劑一般分為無機和有機高分子兩類，無機絮凝劑價格較便宜，但使用量較大，由此產(chǎn)出的污泥量也較多，不利于環(huán)保，有機高分子絮凝劑用量較少且效果較好，但是價格較昂貴，限制了其推廣。為了解決這一問題，有必要尋求一種價格較低廉、處理效果較好的新型絮凝劑。接枝淀粉以其自身生物降解性高、價格便宜而被作為一種新型的絮凝劑獲得廣泛應(yīng)用。

淀粉接枝共聚是目前應(yīng)用比較廣泛的一種淀粉改性方法，主要是利用淀粉分子上的羥基與其它高分子化合物的基團發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，從而生成一種全新的共聚物，這種共聚物以半剛性鏈和親水的淀粉大分子作為骨架，再配以丙烯酰胺的柔性支鏈形成剛?cè)峤Y(jié)合的空間網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)。經(jīng)過接枝改性后的淀粉在使用功能上有了大幅度提升，可應(yīng)用于建材、化學(xué)化工、環(huán)保、食品、農(nóng)林等領(lǐng)域。

二、淀粉接枝丙烯酰胺絮凝劑的制備與性能評價

淀粉與丙烯酰胺的接枝共聚物屬于一種較為重要的淀粉衍生物，其作為絮凝物表現(xiàn)出多種獨特的性能，它的絮凝性能要遠遠高于聚丙烯酰胺，并且淀粉這種原材料的來源非常豐富，價格也十分低廉，這使得人們對其的關(guān)注程度不斷提高。為此，本文通過實驗對淀粉接枝丙烯酰胺絮凝劑的制備與性能進行研究。

（一）實驗部分

1 實驗材料。淀粉；可溶性淀粉和丙烯酰胺均為分析純；引發(fā)劑為自制試劑；聚丙烯酰胺為膠體產(chǎn)品，分子量為3.52×106；高嶺土為化學(xué)純。

2 合成。可按照以下做法合成接枝共聚物：先對恒溫的蒸餾水通氮氣30min，然后加入淀粉及引發(fā)劑，在攪拌10min左右之后加入丙烯酰胺單體，在這一過程中需要控制好溫度，最后繼續(xù)通氮氣直至反應(yīng)結(jié)束為止。

3 測定

①可采取如下方法對絮凝效果進行測定：先將絮凝劑配置成0.1%的溶液，同時將待處理的物料裝入50mL的量筒當中，然后向其中加入定量的絮凝劑溶液，再將量筒倒置10次，隨后靜置，將絮團的沉降時間記錄下來，并以此為依據(jù)計算出沉降速度。以上工作完成之后，靜置15min取上層清液，用分光光度計測定其透光率。

②在對接枝率進行測定時可按照如下方法進行：先將經(jīng)由丙酮提純的產(chǎn)物放入到索氏抽提器當中，并用冰乙酸（體積比為60:40）和乙二醇液回流抽提3小時，在將殘留物抽提出來，用甲醇進行沉淀之后進行數(shù)次洗滌，隨后烘干，最后用凱式法測對定樣的含氮量進行測定，并以此為依據(jù)計算產(chǎn)物的接枝率。

③在測定特性粘數(shù)過程中，可以采用烏氏粘度計，并利用一點法測定樣品在1mol/L氯化鈉水溶液中的相對粘度，然后查表獲取相關(guān)數(shù)據(jù)計算出產(chǎn)物的特性粘數(shù)，整個測定過程的溫度控制在30℃。

（二）絮凝劑制備條件的確定

1 淀粉品種的選擇。目前，玉米、馬鈴薯、木薯等淀粉在市面上最為常見，除了這些天然淀粉作物之外，改性淀粉也相對較多。通常，淀粉為團粒結(jié)構(gòu)，親水但不溶于水，不同的淀粉品種，顆粒直徑、分子量、吸水性等存在很大差別，這些都會對接枝反應(yīng)具有一定程度的影響。通過實驗對不同淀粉品種對接枝反應(yīng)產(chǎn)物的特性粘數(shù)以及丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化率的影響進行了分析，從測試的結(jié)果可知，特性粘數(shù)與淀粉原料有密切關(guān)系，但對反應(yīng)物影響不大，如果單純從成本的角度進行考慮，玉米淀粉是來源最為充足且價格最為低廉的品種之一，故此可將玉米淀粉作為接枝共聚反應(yīng)的原料。

2 原料配比的確定。在選定玉米淀粉作為原料之后，對丙烯酰胺與淀粉的配比對接枝共聚反應(yīng)的影響進行了分析，并對產(chǎn)物絮凝濕法磷酸料漿的上層清液透光率進行測定，結(jié)果顯示選擇丙烯酰胺與淀粉2.7:1的配比最符合經(jīng)濟性的要求，效果也相對較好。

3 引發(fā)劑濃度。在整個接枝共聚反應(yīng)當中，引發(fā)劑濃度的影響相對較大，在引發(fā)劑濃度不斷增加的過程中，接枝率以及轉(zhuǎn)化率都會隨之相應(yīng)增加，經(jīng)過試驗最終確定最佳的引發(fā)劑濃度為1×10-3mol/L。

（三）絮凝效果測評

1 絮凝劑用量的影響。通過實驗可知，當絮凝劑用量不斷增加時，絮團的沉降時間會隨之相應(yīng)縮短，并且上清液的透光率也會相應(yīng)增大，實驗中未出現(xiàn)明顯絮凝惡化現(xiàn)象，主要是因為兩種絮凝劑均為非離子型，它們的絮凝機理均為絮附架橋作用，所以當絮凝劑用量增大時并未引起非常嚴重的絮凝惡化現(xiàn)象。最終得出的實驗結(jié)果為淀粉丙烯酰胺共聚物最佳用量為4mg/kg，而聚丙烯酰胺最佳用量為6mg/kg。

2 pH值的影響。常溫下配置高嶺土懸浮液，對不同pH的絮凝效果測定。結(jié)果顯示，在pH為中性時，淀粉丙烯酰胺共聚物的絮凝效果最佳；而在pH為酸性時，共聚物的沉降速度相對較為緩慢，但總體變化不大；pH為堿性時，沉降效果出現(xiàn)了非常明顯的變化，變化速度較緩慢，此時上清液的澄清度有所降低。由此可知，共聚物比較適合在pH為中性或酸性的條件下使用。

[1]葛學(xué)武，等.淀粉接枝丙烯酰胺制備絮凝劑的研究方法[J].高分子材料科學(xué)與工程，2009（10）.