离子化改性淀粉絮凝剂的研究进展

刘敬发

【摘要】改性淀粉絮凝剂具有绿色、无毒、价廉、易于生物降解、来源广泛等特点。离子化改性淀粉絮凝剂主要包括阴离子型改性淀粉絮凝剂、阳离子型改性淀粉絮凝剂、两性淀粉絮凝剂以及非离子型改性淀粉絮凝剂等。这几种不同类型的改性淀粉絮凝剂在不同类型的废水处理中取得了明显的效果。

【关键词】改性淀粉 絮凝剂 水处理 研究进展

当前国内外普遍采用的水处理技术是絮凝沉降技术。在水处理中经常用的絮凝剂中改性淀粉高分子絮凝剂的开发、研究与应用尤为引人注目。淀粉分子带有很多羟基，通过对羟基进行酯化、醚化、氧化、交联等化学反应，能够改变淀粉的性质。其中离子化改性淀粉絮凝剂具有天然改性有机高分子絮凝剂的特点，包括选择性大、绿色、无毒、价廉、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循环等显著特点。离子化改性淀粉絮凝剂主要包括阴离子型改性淀粉絮凝剂、阳离子型改性淀粉絮凝剂、两性淀粉絮凝剂以及非离子型改性淀粉絮凝剂等。近几年这几种不同类型的改性淀粉絮凝剂在不同类型的废水处理中取得了明显的效果。

1 阴离子型改性淀粉絮凝剂

阴离子型改性淀粉絮凝剂包括：磷酸酯淀粉絮凝剂、黄原酸酯淀粉絮凝剂和含羧基淀粉絮凝剂等。将多种磷酸化试剂和淀粉起反应可以生成酯，如：磷酸、正磷酸盐、焦磷酸盐、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、三氯氧磷、五氧化二磷、和有机磷化试剂等，其中有些试剂可以混和使用。庄云龙等人研制的磷酸酯淀粉絮凝剂，对废纸脱墨废水和精细化工厂的工业废水进行处理收到了明显的效果。得出絮凝的最佳条件为：投加量为0.2%，pH值在7-10，作用时间在24小时左右。

对改性淀粉絮凝剂的研究，英国、日本等国家起步较早，曾先后研究过淀粉的磷酸衍生物，将之作为阴离子絮凝剂应用于选煤尾矿水处理。淀粉的醚化产物特别是阴离子型淀粉醚曾引起过相当的重视，日本就曾经研究过淀粉的氨基乙醚衍生物，用于高岭土矿桨和纤维素桨粕的废水处理。随后，美国、德国等国家的研究机构对多种铵盐和吡啶盐的淀粉醚衍生物，淀粉和氯甲代氧丙烷以及淀粉与二羟基丙基-三甲胺氯化物的醚化反应产物进行了研究，得到了多种改性淀粉絮凝剂用于工厂废水、生活污水等的处理。

2 阳离子型改性淀粉絮凝剂

阳离子型改性淀粉包括季铵型、叔胺型、交联型、双醛和两性等。阳离子淀粉是在碱性介质中由胺类化合物与淀粉的羟基发生亲核取代而生成的。淀粉的羟基与胺类化合物能够发生醚化反应，生成的淀粉衍生物有吸引带负电荷物质的趋向，成为阳离子改性淀粉。由于废水中大部分细微颗粒和胶体都带负电荷，阳离子淀粉衍生物絮凝剂可与水中微粒起电荷中和与吸附架桥的作用，从而使体系中的微粒脱稳、絮凝和沉降。因此研究阳离子改性淀粉具有积极的意义。

通过乙烯基单体与淀粉的接枝共聚物阳离子化可制得阳离子改性淀粉絮凝剂。于洪海等人在最佳条件下反应合成的淀粉接枝改性物中加入醚化剂OMTMA制的改性淀粉高分子絮凝剂对废水的最佳处理条件是：废水的pH 值为7，最佳浓度为 80mL 的水中溶解 0.2g；在此最佳条件下废水浊度的去除率为92.8%，COD 的去除率为98.91%。季铵型阳离子淀粉是具有环氧基团的铵类化合物与淀粉分子中的羟基在碱催化作用下反应生成的醚类衍生物。孔令晓等人用阳离子醚化剂CHPTMA 对淀粉改性制得了阳离子淀粉絮凝剂，用于酒精废液处理显示脱色率达到78.42%，脱色率随阳离子淀粉取代度的增加而增加，而且絮凝操作简单、用量少。

3 两性淀粉絮凝剂

两性淀粉是指在同一淀粉链中既接上阳离子，又接上阴离子两种基团的变性淀粉，它具有阳离子淀粉、阴离子淀粉、天然高分子等多重特性。两性淀粉衍生物絮凝剂同时具备阴、 阳离子型絮凝剂的性能。 它是一种聚电解质产品，同一分子链上既含有正电荷又含有负电荷。两性淀粉视其交联与否或交联的程度不同可以将其分为水溶性和非水溶性两大类：视其阴离子基团的不同可分为磷酸型、羧酸型、磺酸型和硫酸型及黄原酸型等两性淀粉。两性淀粉的阳离子基团一般为叔胺或季铵盐类。

利用淀粉葡萄糖甙中羟基的反应活性，分别用阴阳离子醚化剂进行反应可得到两性淀粉。两性淀粉作为鳌合剂对阴阳离子均有很强的吸附能力和吸附容量，可用于矿物或冶金工业提取金属离子或污水处理。吕彤等采用半干法合成季铵化阳离子淀粉，再经磷酸酯化反应得到两性淀粉（QAP）测试分析了它对染料废水的脱色效果，结果表明，QAP除具有优良的去污效果外，还具有用量少、脱色率高的特点。

4 非离子型改性淀粉絮凝剂

淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物是典型的非离子型淀粉。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侧链，侧链基团与许多物质亲和、吸附，形成氢键；或这种侧链与被絮凝物质形成物理交联状态，使被絮凝物质沉淀下来。非离子淀粉目前主要指的是羟烷基淀粉，具有亲水性好、流动性强及易糊化等优点。

非离子型改性淀粉絮凝剂具有多羟基或酰胺基团，呈支链结构，适当地分散了絮凝基团，在一定条件下，其絮凝效果优于通常的无机和有机絮凝剂。 李淑红等人以硝酸铈铵为引发剂，通过接枝共聚反应，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，通过对高矿化度油田废水的处理实验表明：它对高矿化度油田废水中的浊度和化学需氧量（COD）的去除显示出了优良的性能。

5 结语

我国在离子化改性淀粉絮凝剂的研究方面取得了一定的进展，通过淀粉官能团的化学转化合成出一系列无毒、低成本而又具有良好絮凝效果的高分子絮凝剂。但在药剂的作用机理、不同组分之间的协同效应等方面的研究还是不够深入。应进一步开展淀粉的化学改性的科研工作，开发出兼具絮凝、杀菌、缓蚀等作用的多功能的水处理剂。

参考文献

[1] 庄云龙，石荣莹，原义光.磷酸酯淀粉絮凝剂在废水处理中的应用[J].纸和造纸，2000，（4）：47-48

[2] 于洪海，范文玉，王黎.绿色可降解淀粉接枝改性阳离子化絮凝剂[J].辽宁化工，2009，38（3）：153-156

[3] 孔令晓，崔波.阳离子改性淀粉絮凝剂的制备及应用[J].化工技术与开发，2009，38（11）：4-7

[4] 吕彤，韩薇 两性絮凝剂QAP的制备及效果实验[J].印染助剂，2004，21（4）：15-17

[5] 李淑红，俞敦义，罗逸，屈人伟，李志华.淀粉改性絮凝剂的制备及其在高矿化度油田水处理中的应用[J].水处理技术，2002，28（4）：220-223