氧化淀粉及其复配物阻垢性能的研究

胡春玲,刘存川

(1.四川化工职业技术学院，四川 泸州 646000;2.长庆油田采气三厂作业二区，内蒙古 乌审旗 017300)

1 概述

淀粉属于天然高分子环状聚合物，具有"外腔亲水，内腔疏水"的特性，其外侧的大量羟基对高价金属离子具有螫合作用，故天然淀粉具有一定的缓蚀阻垢性能[1]。淀粉氧化后可生成低分子量的氧化产物，且分子链上的羟基被酸解或氧化成羧基阻垢性能提高，本文研究了玉米淀粉改性后的阻垢性能同时选择了四种化合物与其进行复配以提高阻垢效果。

2 实验部分

2.1 实验方法

2.1.1 酸解淀粉

将玉米淀粉调制成35%的淀粉乳，加热至50℃,加入相对于淀粉2%的盐酸,反应3.5h,反应完成后用氢氧化钠调节pH值6-7,过滤、洗涤、烘干。

2.1.2 氧化淀粉

将酸解后的淀粉调制成35%的淀粉乳，加入氢氧化钠调整pH值9～10，加热至50℃．加入相对于淀粉1.5%的过氧化氢，反应5h，过滤、洗涤、烘干。

2.1.3 鼓泡法测定阻垢率

升高实验温度在50℃的条件下，模拟循环冷却水在换热器中的受热和在冷却塔中的曝气两个过程，向含有240mg/LCa2+的标准试液中鼓入空气，促使碳酸氢钙分解为碳酸钙，反应如下：

试液迅速达到其自然平衡。然后用钙黄绿素-酚酞混合指示剂及EDTA测定试液中钙离子的稳定浓度。钙离子的稳定浓度越大，则该水处理剂的阻垢性能越好。

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 阻垢实验

将氧化后的淀粉按照以下添加量加入试液中，用鼓泡法测定阻垢性能，结果见表1。

表1 氧化淀粉阻垢率

由表1可知,当试液中氧化淀粉的添加量增加的时候，试液中钙离子浓度也逐渐增加，说明，氧化改性之后的淀粉对试液中的钙离子具有一定的阻垢分散作用，但是在最佳添加量3～4mg/L的情况下，阻垢率也只达到了50.76%，所以下面对长分子链的淀粉先进行酸解，降低分子量增加分子中的羧基含量，再进行氧化改性后测试其阻垢率。

2.2.2 氧化酸解淀粉阻垢实验

将酸解之后的淀粉再氧化，之后按照以下添加量加入试液中，用鼓泡法测定阻垢性能，结果见表2。

表2 氧化酸解淀粉阻垢率

由表2可知，氧化酸解后的淀粉对试液的阻垢效果相比较于氧化淀粉已有明显提高，在最佳添加量3～4mg/L条件下，阻垢率已提高到58.28%。但是阻垢效果仍然有上升空间。所以，单独使用改性淀粉做循环水阻垢剂的效果一般，考虑由改性淀粉与其他化合物进行复配使用。

2.2.3 氧化酸解淀粉与木质素复配物阻垢实验

木质素是自然界仅次于纤维素的第二大天然高分子化合物, 木质素及其衍生物具有一定的分散、螯合性能。在水处理中可作为絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂等使用[2]。将氧化酸解淀粉与木质素按照以下比例进行复配后，按照5mg/L的总添加量加入试液中，用鼓泡法测定阻垢性能，结果见表3。

表3 氧化酸解淀粉与木质素复配物阻垢率

由表3可知，适量复配木质素后，复配物的阻垢率高于单独使用氧化酸解淀粉，木质素：氧化酸解淀粉3∶2时阻垢率达到60.11%，此时如果再增加木质素的配比，因木质素的溶解问题导致阻垢率反而下降。而木质素磺酸盐的溶解度明显高于木质素本身，下面就由木质素磺酸盐进行复配实验。

2.2.4 氧化酸解淀粉与木质素磺酸盐复配物阻垢实验

磺化木质素可用作分散剂、增塑剂和混凝土减水剂等，同时磺酸基团往往能有效稳定金属离子，对铁垢也具有一定的阻垢分散作用[3]。将氧化酸解淀粉与木质素磺酸盐按照以下比例进行复配后，按照5mg/L的总添加量加入试液中，用鼓泡法测定阻垢性能，结果见表4。

表4 氧化酸解淀粉与木质素磺酸盐复配物阻垢率

由表4可知，木质素磺酸盐与氧化酸解淀粉复配之后，其阻垢性能优于木质素复配物，最高阻垢率可以达到69.39%。但是由于磺酸盐本身化学结构稳定，属于较难自然降解的化合物，应避免大量使用。

2.2.5 氧化酸解淀粉与焦性没食子酸复配物阻垢实验

焦性没食子酸，是一种具有多种用途的化学试剂和化工原料, 广泛用于医药合成、农药及电子产品等, 作为高分子材料的助剂以及化学分析试剂等[4]。将氧化酸解淀粉与焦性没食子酸按照以下比例进行复配后，按照5mg/L的总添加量加入试液中，用鼓泡法测定阻垢性能，结果见表5。

表5 氧化酸解淀粉与焦性没食子酸复配物阻垢率

由表5可知，由于焦性没食子酸是比较常见的水处理剂之一，与氧化酸解淀粉复配后可大幅提高阻垢率，最高阻垢率可达到72.96%，最佳配比焦性没食子酸：淀粉3∶2。下面再尝试用另一种常见的天然高分子化合物单宁与氧化酸解淀粉进行复配。

2.2.6 氧化酸解淀粉与单宁复配物阻垢实验

单宁由于分子中具有多种活性官能团,它可作为絮凝剂、阻垢分散剂、缓蚀剂、离子交换树脂在水处理中得到应用[5]。将氧化酸解淀粉与单宁按照以下比例进行复配后，按照5mg/L的总添加量加入试液中，用鼓泡法测定阻垢性能，结果见表6。

表6 氧化酸解淀粉与单宁复配物阻垢率

由表6可知，当氧化淀粉与常用的阻垢分散剂单宁复配后，阻垢率明显提高，在最佳配比1∶1的条件下阻垢率达到81.82%。此时的阻垢效果已基本达到一般循环冷却水的阻垢要求了。

3 结语

以玉米淀粉为原料通过酸解氧化改性后，可以作为循环水阻垢剂进行使用，但是单独使用时的阻垢效果不好，阻垢率最高只能够达到58.28%。选择其他高分子化合物与氧化酸解淀粉复配实验后发现，单宁作为一种常见的水处理剂，与氧化玉米淀粉1∶1复配时对试液的阻垢效果最好，阻垢率为80.4%。