天然淀粉改性絮凝劑的應(yīng)用分析

肖瑀 鄭學(xué)斌 仰玲玲 劉艷萍 許睿

摘 要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性。人們的生產(chǎn)、生活離不開廢水的排放，但若這些廢水沒有進(jìn)行適當(dāng)處理，則會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常嚴(yán)重的污染。因此在降低控制廢水處理成本的同時(shí)，提升廢水處理的效果，是目前較為熱門的研究領(lǐng)域。在一系列絮凝劑中，天然淀粉改性絮凝劑既有著較好的凈水效果，同時(shí)其制作成本較低，制作原料較易獲取，這些特點(diǎn)也讓改性天然淀粉絮凝劑成為目前使用最為廣泛的廢水處理絮凝劑之一。

關(guān)鍵詞：天然淀粉;絮凝劑;凈水;應(yīng)用

Application Analysis of Natural Starch Modified Flocculant

XIAO Yu， ZHENG Xuebin， YANG Lingling， LIU Yanping， XU Rui

（Hefei Technology College， Hefei 238000， China）

Abstract： With the progress of society， people are more and more aware of the importance of environmental protection. People’s production and life are inseparable from the discharge of waste water， but if the waste water is not properly treated， it will cause very serious pollution to the environment. Therefore， it is a popular research field to reduce the cost of wastewater treatment and improve the effect of wastewater treatment. In a series of flocculants， the modified natural starch flocculant not only has good purification effect， but also has low production cost and easy access to raw materials. These characteristics also make the modified natural starch flocculant become one of the most widely used flocculants for wastewater treatment.

Keywords： natural starch; flocculant; water purification; application

環(huán)境保護(hù)直接影響著人們今后的生活與可持續(xù)發(fā)展，而廢水處理一直是環(huán)境保護(hù)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，廢水會(huì)污染河流、湖泊，嚴(yán)重的則會(huì)影響到人們的用水安全，而飲用水資源是地球上較為緊缺的資源，因此相關(guān)部門對(duì)廢水的排放應(yīng)更加嚴(yán)格管理。其中絮凝方法是一種低成本、高效率的廢水處理方法，這種方法所使用的原材料非常容易獲取，而其對(duì)廢水的處理效果又比較好，因此成為了最廣泛使用的廢水處理方法之一。在一系列絮凝劑中，天然淀粉的來源廣泛，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次傷害，是理想的絮凝劑原材料。

1 淀粉類絮凝劑

淀粉屬于多分子化合物的一種，其分子鏈上存在游離羥基，這些羥基會(huì)和酸、酯、醚等發(fā)生反應(yīng)，利用此原理可制備改性淀粉類絮凝劑。改性淀粉類絮凝劑按照其親水基離子的帶電性可以將其分為非離子淀粉絮凝劑、陽(yáng)離子淀粉絮凝劑、陰離子淀粉絮凝劑以及兩性型淀粉絮凝劑[1]。

1.1 非離子淀粉絮凝劑

非離子淀粉絮凝劑的制作方式比較簡(jiǎn)單，是通過氨基、醛基、醚化等活性基團(tuán)與淀粉中的游離羥基反應(yīng)而成。這種絮凝劑對(duì)于液體中的重金屬離子有著較強(qiáng)的吸附作用，可對(duì)工廠中排出的廢水進(jìn)行一定程度的凈化，減少工廠廢水對(duì)環(huán)境造成的污染。

非離子淀粉絮凝劑有淀粉接枝聚丙烯酰胺、羥丙基淀粉、羥乙基淀粉和氧化淀粉等，種類十分豐富，原材料也容易獲得。但相對(duì)其他類型絮凝劑，此類型的絮凝劑凈水效果較小，還需對(duì)后續(xù)廢水進(jìn)行較為復(fù)雜的處理，因此這種絮凝劑的應(yīng)用范圍相對(duì)受限，研究人員都在集中研究?jī)羲Ч^佳的陽(yáng)離子淀粉絮凝劑或者兩性型淀粉絮凝劑。

1.2 陽(yáng)離子淀粉絮凝劑

使用胺類醚化試劑與淀粉發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)通過堿的催化作用，生成醚類衍生物，這種衍生物就是陽(yáng)離子淀粉，可以起到絮凝劑的作用。

陽(yáng)離子淀粉絮凝劑也有很多種類，如季胺鹽型、叔胺鹽型、伯胺鹽型以及仲胺鹽型陽(yáng)離子淀粉等，這些種類的陽(yáng)離子淀粉絮凝劑在凈水方面都有一定的應(yīng)用，其中，季胺陽(yáng)離子淀粉絮凝劑是應(yīng)用最為廣泛的一種。

在所有的天然淀粉改性絮凝劑中，陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)殛?yáng)離子淀粉絮凝劑不僅可以吸附廢水中的重金屬離子，也可以通過電中和的形式與廢水中帶負(fù)電荷的污染物粒子發(fā)生反應(yīng)，使污染物沉降脫離廢水，達(dá)到凈化廢水的目的。通過這種方式處理的廢水，其污染物含量會(huì)大量降低，達(dá)到一個(gè)較好的凈水效果[2]。

1.3 陰離子淀粉絮凝劑

在淀粉的分子鏈上引入如磷酸基、黃原酸、羧基等陰離子基團(tuán)，取代原有的羥基基團(tuán)，生成的淀粉衍生物具有螯合、絮凝以及交換等功能，這些功能都可以在廢水處理工藝中發(fā)揮重要作用。早在洗煤工藝中，就存在對(duì)陰離子淀粉絮凝劑的應(yīng)用。

1.4 兩性型淀粉絮凝劑

所謂兩性型淀粉絮凝劑，就是將陰離子團(tuán)與陽(yáng)離子團(tuán)同時(shí)引入淀粉的分子鏈中。在制備兩性型淀粉絮凝劑時(shí)，常用的陰離子基團(tuán)和陽(yáng)離子基團(tuán)分別有磷酸酯基、羧基、黃原酸基、胺基、叔胺基和季胺基等。

淀粉絮凝劑中的陰離子基團(tuán)與陽(yáng)離子基團(tuán)是使淀粉絮凝劑起到凈水作用的關(guān)鍵因素，但是陰離子基團(tuán)與陽(yáng)離子基團(tuán)在凈水時(shí)所發(fā)揮的作用不一樣。陰離子基團(tuán)主要表現(xiàn)為凈水過程中的交換、螯合、絮凝功能，陽(yáng)離子基團(tuán)則能夠起到架橋的作用。因此兩性型淀粉絮凝同時(shí)兼?zhèn)浣粨Q、螯合、絮凝以及架橋的作用。

廢水中由于存在重金屬、工業(yè)用酸等，因而有的廢水會(huì)同時(shí)攜帶具有污染性質(zhì)的陰離子與陽(yáng)離子，在這種廢水中，無論單獨(dú)使用陰離子淀粉絮凝劑或陽(yáng)離子絮凝劑都較難起到良好的凈水效果，而兩性型淀粉絮凝劑因?yàn)槠渫瑫r(shí)具備陰離子基團(tuán)和陽(yáng)離子基團(tuán)，可以應(yīng)用于陰、陽(yáng)污染離子共存的廢水中，且能夠起到較好的凈水效果。兩性型淀粉絮凝劑在凈水時(shí)可以適用于pH值更廣的廢水中，并且還具備非常好的抗鹽性，所以這種絮凝劑是目前國(guó)內(nèi)外凈水研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。

1.5 復(fù)合絮凝劑

隨著社會(huì)的進(jìn)步以及發(fā)展，人們的生產(chǎn)以及生活水平都得到了很大的提高，人們?cè)谏a(chǎn)、生活中制造出來的垃圾也越來越多，對(duì)于環(huán)境的污染和破壞也越來越嚴(yán)重，廢水中含有的污染物質(zhì)成分也變得越來越復(fù)雜。單一的淀粉絮凝劑已逐漸無法滿足這種情況下的凈水要求，無論是處理能力，還是絮凝劑的制造成本方面，都需要巨大的改進(jìn)。復(fù)合絮凝劑則在這樣的背景下產(chǎn)生，學(xué)者們也紛紛進(jìn)行了復(fù)合絮凝劑的研究，希望能夠通過優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的原則，達(dá)到最優(yōu)的凈水效果。

如學(xué)者趙曉杰使用芭蕉芋氧化淀粉與陽(yáng)離子聚合物聚二甲基二烯丙基氯化銨來制備復(fù)合絮凝劑。在因造紙產(chǎn)生的廢水中，加入使用該種方法制備的復(fù)合絮凝劑，可以起到非常好的絮凝效果。楊豆用淀粉接枝丙酰胺制備出了高分子絮凝劑，并與具有吸附作用的活性炭一起使用，提高其絮凝效果。

趙曉杰和楊豆的研究都表明復(fù)合淀粉絮凝劑比單一淀粉絮凝劑具有更好的凈水效果。因此在進(jìn)行絮凝劑的制作時(shí)，可以考慮加入其他具有凈水作用的物質(zhì)，通過兩種或者多種凈水材料的配合，提升凈水能力。同時(shí)，在成本方面，活性炭的成本并不高，并且獲取也較為容易，所以復(fù)合淀粉絮凝劑是未來淀粉絮凝劑的發(fā)展方向。

2 天然淀粉改性絮凝劑的應(yīng)用分析

不同種類的淀粉絮凝劑具有不同的作用，在實(shí)際凈水工作中，會(huì)根據(jù)廢水的實(shí)際情況，如廢水的酸堿性、含有的污染物質(zhì)種類等進(jìn)行絮凝劑的選擇，這樣可以最大化地將廢水進(jìn)行凈化，有利于水資源的回收利用[3-4]。

2.1 高灰煤泥水凈水工作時(shí)的絮凝劑選擇

由清水洗煤環(huán)節(jié)產(chǎn)生的煤泥水是生產(chǎn)中容易產(chǎn)生的廢水，長(zhǎng)期以來，煤泥水的凈化問題一直難以得到有效的解決。目前，普遍采用高分子絮凝劑進(jìn)行煤泥水的凈化工作。天然淀粉屬于容易獲得的高分子化合物，用其制得的改性絮凝劑可以起到良好的煤泥水凈化效果[5]。

學(xué)者孫英娟用天然淀粉制成了非離子型淀粉接枝共聚物以及陽(yáng)離子淀粉接枝共聚物，探究?jī)煞N淀粉改性絮凝劑在高灰煤泥水的凈水工作中的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種絮凝劑都能夠取到非常良好的凈水效果，其中，陽(yáng)離子淀粉接枝共聚物起到的作用更大，而陽(yáng)離子淀粉絮凝劑也更適用于如煤泥水這樣帶有大量懸浮顆粒，并且這些懸浮顆粒所帶電荷為負(fù)電荷的廢水處理[6]。

2.2 高嶺土懸濁液沉降工作中天然淀粉改性絮凝劑的應(yīng)用

高嶺土是一種十分珍貴的黏土礦物，可以用來制作紙張、陶瓷、耐火材料等，這些材料在制作時(shí)都會(huì)排出大量廢水，這些廢水中常常會(huì)懸浮有高嶺土顆粒。因此，高嶺土懸濁液的沉降工作也是一個(gè)十分困難的問題。

天然淀粉改性絮凝劑也可以應(yīng)用在高嶺土懸濁液的沉降工作中，其中的陰離子淀粉絮凝劑就經(jīng)常用來進(jìn)行高嶺土懸濁液的沉降。學(xué)者萬俊與刁靜茹等都以高嶺土懸浮液為對(duì)象，利用陰離子淀粉絮凝劑進(jìn)行沉降實(shí)驗(yàn)。萬俊制作出了磷酸基淀粉絮凝劑，刁靜茹則通過以丙烯酰胺接枝共聚物、淀粉、NaOH、CS2為原料，制作出了新型高分子重金屬絮凝劑，對(duì)高嶺土懸濁液都具有很好的沉降效果。其中，刁靜茹制備的重金屬絮凝劑具備了螯合作用，可以更好地捕捉廢水中的Cu2+離子，對(duì)于含銅廢水也有著比較好的凈化效果。

2.3 印染和造紙污水的凈化工作中天然改性淀粉絮凝劑的應(yīng)用

在印染和造紙工作中，也會(huì)存在污水排放的問題，這些污水中含有纖維、淤泥等，而且這2種工藝所產(chǎn)生的污水量比較大，如果不進(jìn)行處理直接進(jìn)行排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常大的破壞。

學(xué)者馬希晨研究印染和造紙污水的凈水材料，他利用淀粉、丙烯酰胺接枝共聚物，制備出了兩性型淀粉絮凝劑，這種絮凝劑中的陽(yáng)離子濃度達(dá)到了50%以上，陰離子濃度達(dá)到了23%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方法制得的兩性型淀粉絮凝劑有著極強(qiáng)的凈化印染和造紙污水的效果。

兩性型淀粉絮凝劑不僅僅在印染和造紙污染中具有非常好的凈水效果，學(xué)者吳瑤對(duì)兩性型淀粉絮凝劑的更多用處進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩性型絮凝劑還可以運(yùn)用在電鍍廢水的凈水處理中。兩性型淀粉絮凝劑可以將電鍍廢水中的銅離子去除98.32%，具有非常好的效果。

3 結(jié)語

天然淀粉屬于高分子化合物，利用這種化合物所制成的淀粉絮凝劑具有高效、無毒、易降解等優(yōu)點(diǎn)，不僅僅可以達(dá)到去除水中污染物的目的，使用這種絮凝劑不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。淀粉的來源十分廣泛，可以從植物中提取，所以利用淀粉制備絮凝劑，其生產(chǎn)成本較低，可以節(jié)約大量的凈水成本。對(duì)于會(huì)產(chǎn)生大量廢水的生產(chǎn)企業(yè)來說，使用淀粉絮凝劑進(jìn)行其廢水的處理，可以較好地控制企業(yè)的生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)的收入增加，就會(huì)有更好的發(fā)展。復(fù)合絮凝劑的作用比較大，但是這種絮凝劑還需要更多的研究摸索，相信更多種類的復(fù)合絮凝劑的出現(xiàn)，會(huì)讓凈水工作再次邁入一個(gè)新的發(fā)展階段。

參考文獻(xiàn)

[1]楊小玲.天然淀粉改性絮凝劑的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2019，41（1）：68-71.

[2]戴思行，王欠欠，劉誠(chéng)，等.淀粉類調(diào)整劑在礦物浮選中的應(yīng)用和作用機(jī)理研究進(jìn)展[J].礦產(chǎn)綜合利用，2021（4）：73-79.

[3]沈哲，張亞雷，代朝猛.改性淀粉絮凝劑的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2012，38（10）：1-3.

[4]降林華，朱書全，鄒立壯，等.天然改性淀粉絮凝劑的合成與應(yīng)用[J].環(huán)境化學(xué)，2008，27（4）：449-453.

[5]任杰，高博強(qiáng)，唐宇農(nóng)，等.FeCl3與接枝型淀粉改性絮凝劑聯(lián)用"化學(xué)沉淀-絮凝"工藝除磷去濁性能[J].環(huán)境化學(xué)，2020，39（11）：2988-2998.

[6]陳煒，沈少航，閔廣宇，等.接枝型陽(yáng)離子淀粉絮凝劑在污泥脫水中的應(yīng)用與機(jī)理研究[J].環(huán)境化學(xué)，2021，40（7）：2217-2225.