天然淀粉改性絮凝剂的应用分析

肖瑀 郑学斌 仰玲玲 刘艳萍 许睿

摘 要：随着社会的进步，人们越来越意识到环境保护的重要性。人们的生产、生活离不开废水的排放，但若这些废水没有进行适当处理，则会对环境造成非常严重的污染。因此在降低控制废水处理成本的同时，提升废水处理的效果，是目前较为热门的研究领域。在一系列絮凝剂中，天然淀粉改性絮凝剂既有着较好的净水效果，同时其制作成本较低，制作原料较易获取，这些特点也让改性天然淀粉絮凝劑成为目前使用最为广泛的废水处理絮凝剂之一。

关键词：天然淀粉;絮凝剂;净水;应用

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

环境保护直接影响着人们今后的生活与可持续发展，而废水处理一直是环境保护中的重点、难点，废水会污染河流、湖泊，严重的则会影响到人们的用水安全，而饮用水资源是地球上较为紧缺的资源，因此相关部门对废水的排放应更加严格管理。其中絮凝方法是一种低成本、高效率的废水处理方法，这种方法所使用的原材料非常容易获取，而其对废水的处理效果又比较好，因此成为了最广泛使用的废水处理方法之一。在一系列絮凝剂中，天然淀粉的来源广泛，且不会对环境造成二次伤害，是理想的絮凝剂原材料。

1 淀粉类絮凝剂

淀粉属于多分子化合物的一种，其分子链上存在游离羟基，这些羟基会和酸、酯、醚等发生反应，利用此原理可制备改性淀粉类絮凝剂。改性淀粉类絮凝剂按照其亲水基离子的带电性可以将其分为非离子淀粉絮凝剂、阳离子淀粉絮凝剂、阴离子淀粉絮凝剂以及两性型淀粉絮凝剂[1]。

1.1 非离子淀粉絮凝剂

非离子淀粉絮凝剂的制作方式比较简单，是通过氨基、醛基、醚化等活性基团与淀粉中的游离羟基反应而成。这种絮凝剂对于液体中的重金属离子有着较强的吸附作用，可对工厂中排出的废水进行一定程度的净化，减少工厂废水对环境造成的污染。

非离子淀粉絮凝剂有淀粉接枝聚丙烯酰胺、羟丙基淀粉、羟乙基淀粉和氧化淀粉等，种类十分丰富，原材料也容易获得。但相对其他类型絮凝剂，此类型的絮凝剂净水效果较小，还需对后续废水进行较为复杂的处理，因此这种絮凝剂的应用范围相对受限，研究人员都在集中研究净水效果较佳的阳离子淀粉絮凝剂或者两性型淀粉絮凝剂。

1.2 阳离子淀粉絮凝剂

使用胺类醚化试剂与淀粉发生反应，同时通过碱的催化作用，生成醚类衍生物，这种衍生物就是阳离子淀粉，可以起到絮凝剂的作用。

阳离子淀粉絮凝剂也有很多种类，如季胺盐型、叔胺盐型、伯胺盐型以及仲胺盐型阳离子淀粉等，这些种类的阳离子淀粉絮凝剂在净水方面都有一定的应用，其中，季胺阳离子淀粉絮凝剂是应用最为广泛的一种。

在所有的天然淀粉改性絮凝剂中，阳离子淀粉絮凝剂的应用最为广泛，因为阳离子淀粉絮凝剂不仅可以吸附废水中的重金属离子，也可以通过电中和的形式与废水中带负电荷的污染物粒子发生反应，使污染物沉降脱离废水，达到净化废水的目的。通过这种方式处理的废水，其污染物含量会大量降低，达到一个较好的净水效果[2]。

1.3 阴离子淀粉絮凝剂

在淀粉的分子链上引入如磷酸基、黄原酸、羧基等阴离子基团，取代原有的羟基基团，生成的淀粉衍生物具有螯合、絮凝以及交换等功能，这些功能都可以在废水处理工艺中发挥重要作用。早在洗煤工艺中，就存在对阴离子淀粉絮凝剂的应用。

1.4 两性型淀粉絮凝剂

所谓两性型淀粉絮凝剂，就是将阴离子团与阳离子团同时引入淀粉的分子链中。在制备两性型淀粉絮凝剂时，常用的阴离子基团和阳离子基团分别有磷酸酯基、羧基、黄原酸基、胺基、叔胺基和季胺基等。

淀粉絮凝剂中的阴离子基团与阳离子基团是使淀粉絮凝剂起到净水作用的关键因素，但是阴离子基团与阳离子基团在净水时所发挥的作用不一样。阴离子基团主要表现为净水过程中的交换、螯合、絮凝功能，阳离子基团则能够起到架桥的作用。因此两性型淀粉絮凝同时兼备交换、螯合、絮凝以及架桥的作用。

废水中由于存在重金属、工业用酸等，因而有的废水会同时携带具有污染性质的阴离子与阳离子，在这种废水中，无论单独使用阴离子淀粉絮凝剂或阳离子絮凝剂都较难起到良好的净水效果，而两性型淀粉絮凝剂因为其同时具备阴离子基团和阳离子基团，可以应用于阴、阳污染离子共存的废水中，且能够起到较好的净水效果。两性型淀粉絮凝剂在净水时可以适用于pH值更广的废水中，并且还具备非常好的抗盐性，所以这种絮凝剂是目前国内外净水研究的热点内容。

1.5 复合絮凝剂

随着社会的进步以及发展，人们的生产以及生活水平都得到了很大的提高，人们在生产、生活中制造出来的垃圾也越来越多，对于环境的污染和破坏也越来越严重，废水中含有的污染物质成分也变得越来越复杂。单一的淀粉絮凝剂已逐渐无法满足这种情况下的净水要求，无论是处理能力，还是絮凝剂的制造成本方面，都需要巨大的改进。复合絮凝剂则在这样的背景下产生，学者们也纷纷进行了复合絮凝剂的研究，希望能够通过优势互补的原则，达到最优的净水效果。

如学者赵晓杰使用芭蕉芋氧化淀粉与阳离子聚合物聚二甲基二烯丙基氯化铵来制备复合絮凝剂。在因造纸产生的废水中，加入使用该种方法制备的复合絮凝剂，可以起到非常好的絮凝效果。杨豆用淀粉接枝丙酰胺制备出了高分子絮凝剂，并与具有吸附作用的活性炭一起使用，提高其絮凝效果。

赵晓杰和杨豆的研究都表明复合淀粉絮凝剂比单一淀粉絮凝剂具有更好的净水效果。因此在进行絮凝剂的制作时，可以考虑加入其他具有净水作用的物质，通过两种或者多种净水材料的配合，提升净水能力。同时，在成本方面，活性炭的成本并不高，并且获取也较为容易，所以复合淀粉絮凝剂是未来淀粉絮凝剂的发展方向。

2 天然淀粉改性絮凝剂的应用分析

不同种类的淀粉絮凝剂具有不同的作用，在实际净水工作中，会根据废水的实际情况，如废水的酸碱性、含有的污染物质种类等进行絮凝剂的选择，这样可以最大化地将废水进行净化，有利于水资源的回收利用[3-4]。

2.1 高灰煤泥水净水工作时的絮凝剂选择

由清水洗煤环节产生的煤泥水是生产中容易产生的废水，长期以来，煤泥水的净化问题一直难以得到有效的解决。目前，普遍采用高分子絮凝剂进行煤泥水的净化工作。天然淀粉属于容易获得的高分子化合物，用其制得的改性絮凝剂可以起到良好的煤泥水净化效果[5]。

学者孙英娟用天然淀粉制成了非离子型淀粉接枝共聚物以及阳离子淀粉接枝共聚物，探究两种淀粉改性絮凝剂在高灰煤泥水的净水工作中的效果。结果发现，两种絮凝剂都能够取到非常良好的净水效果，其中，阳离子淀粉接枝共聚物起到的作用更大，而阳离子淀粉絮凝剂也更适用于如煤泥水这样带有大量悬浮颗粒，并且这些悬浮颗粒所带电荷为负电荷的废水处理[6]。

2.2 高岭土悬浊液沉降工作中天然淀粉改性絮凝剂的应用

高岭土是一种十分珍贵的黏土矿物，可以用来制作纸张、陶瓷、耐火材料等，这些材料在制作时都会排出大量废水，这些废水中常常会悬浮有高岭土颗粒。因此，高岭土悬浊液的沉降工作也是一个十分困难的问题。

天然淀粉改性絮凝剂也可以应用在高岭土悬浊液的沉降工作中，其中的阴离子淀粉絮凝剂就经常用来进行高岭土悬浊液的沉降。学者万俊与刁静茹等都以高岭土悬浮液为对象，利用阴离子淀粉絮凝剂进行沉降实验。万俊制作出了磷酸基淀粉絮凝剂，刁静茹则通过以丙烯酰胺接枝共聚物、淀粉、NaOH、CS2为原料，制作出了新型高分子重金属絮凝剂，对高岭土悬浊液都具有很好的沉降效果。其中，刁静茹制备的重金属絮凝剂具备了螯合作用，可以更好地捕捉废水中的Cu2+离子，对于含铜废水也有着比较好的净化效果。

2.3 印染和造纸污水的净化工作中天然改性淀粉絮凝剂的应用

在印染和造纸工作中，也会存在污水排放的问题，这些污水中含有纤维、淤泥等，而且这2种工艺所产生的污水量比较大，如果不进行处理直接进行排放，会对环境造成非常大的破坏。

学者马希晨研究印染和造纸污水的净水材料，他利用淀粉、丙烯酰胺接枝共聚物，制备出了两性型淀粉絮凝剂，这种絮凝剂中的阳离子浓度达到了50%以上，阴离子浓度达到了23%以上。实验结果表明，这种方法制得的两性型淀粉絮凝剂有着极强的净化印染和造纸污水的效果。

两性型淀粉絮凝剂不仅仅在印染和造纸污染中具有非常好的净水效果，学者吴瑶对两性型淀粉絮凝劑的更多用处进行了研究，结果发现，两性型絮凝剂还可以运用在电镀废水的净水处理中。两性型淀粉絮凝剂可以将电镀废水中的铜离子去除98.32%，具有非常好的效果。

3 结语

天然淀粉属于高分子化合物，利用这种化合物所制成的淀粉絮凝剂具有高效、无毒、易降解等优点，不仅仅可以达到去除水中污染物的目的，使用这种絮凝剂不会对环境造成二次污染。淀粉的来源十分广泛，可以从植物中提取，所以利用淀粉制备絮凝剂，其生产成本较低，可以节约大量的净水成本。对于会产生大量废水的生产企业来说，使用淀粉絮凝剂进行其废水的处理，可以较好地控制企业的生产成本，提升企业的经济效益，企业的收入增加，就会有更好的发展。复合絮凝剂的作用比较大，但是这种絮凝剂还需要更多的研究摸索，相信更多种类的复合絮凝剂的出现，会让净水工作再次迈入一个新的发展阶段。

参考文献

[1]杨小玲.天然淀粉改性絮凝剂的应用研究进展[J].化学与粘合，2019，41（1）：68-71.

[2]戴思行，王欠欠，刘诚，等.淀粉类调整剂在矿物浮选中的应用和作用机理研究进展[J].矿产综合利用，2021（4）：73-79.

[3]沈哲，张亚雷，代朝猛.改性淀粉絮凝剂的应用现状和研究进展[J].水处理技术，2012，38（10）：1-3.

[4]降林华，朱书全，邹立壮，等.天然改性淀粉絮凝剂的合成与应用[J].环境化学，2008，27（4）：449-453.

[5]任杰，高博强，唐宇农，等.FeCl3与接枝型淀粉改性絮凝剂联用"化学沉淀-絮凝"工艺除磷去浊性能[J].环境化学，2020，39（11）：2988-2998.

[6]陈炜，沈少航，闵广宇，等.接枝型阳离子淀粉絮凝剂在污泥脱水中的应用与机理研究[J].环境化学，2021，40（7）：2217-2225.