陰離子天然高分子絮凝劑的合成和應(yīng)用
摘要:介紹了以淀粉為基材的陰離子天然高分子絮凝劑的合成工藝和應(yīng)用效果。探討了反應(yīng)條件,包括反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、投料比等因素對淀粉聚丙烯酰胺接枝共聚物的陰離子化反應(yīng)的影響,并對該產(chǎn)品進行了實驗室評價。
關(guān)鍵詞:接枝;共聚物;陰離子化;絮凝劑
為了滿足環(huán)保市場的需要,環(huán)境材料特別是污水治理材料,如無機絮凝劑和有機高分子絮凝劑大量涌現(xiàn)出來。考慮污水中懸浮物及膠體污染物的特性、陽離子污染物的清除和天然高分子本身特有的優(yōu)良性質(zhì),以及現(xiàn)在新型絮凝劑大多數(shù)是非離子和陽離子型絮凝劑。作者研制了以淀粉為基材的陰離子天然高分子絮凝劑。天然高分子絮凝劑屬于有機高分子絮凝劑,它與無機絮凝劑相配伍,具有應(yīng)用范圍廣,用量少,絮凝沉降速度快,受共存鹽類、pH及溫度影響小,生成污泥量少,使用簡便,無二次污染,可生物降解,價格低廉等許多優(yōu)點[1]。日益受到人們的關(guān)注。而本文作者研制的陰離子絮凝劑除具有上述的優(yōu)點外, 尤其對含金屬離子的污水有很好的處理效果。
1 實驗
1.1 原料
淀粉,丙烯酰胺(分析純),磷酸鈉(分析純), 靛藍二磺酸鈉(分析純)。
1.2 合成
在三口燒瓶中加入適量的淀粉和丙烯酰胺在特定催化劑的作用下,反應(yīng)數(shù)小時,制得淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物。秤取定量的該接枝共聚物于三口燒瓶中,加入適量濃度的堿溶液,加熱,攪拌, 反應(yīng)數(shù)小時,可得到陰離子化的天然高分子絮凝劑,即部分水解的淀粉接枝聚丙烯酰胺。
反應(yīng)式如下:(水解度采用GB 12065.6—89 方法測定)。
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2 結(jié)果與討論
本文是重點對淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的水解,即陰離子天然高分子絮凝劑的制備進行了考察,各工藝條件對水解度(HD%)的影響敘述如下。
2.1 溫度的影響
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| 圖1 溫度對陰離子化的影響 |
從圖1中可以看出,當(dāng)反應(yīng)時間為3 h,堿配配比為1.5(質(zhì)量比),投料比為0.30,堿性水解時,隨著溫度的升高,水解度逐漸增大,但當(dāng)溫度超過65℃后,水解度又呈下降趨勢。這是由于溫度較低時,淀粉接枝聚丙烯酰胺分子鏈不夠伸展, 反應(yīng)主要是在團粒表面進行而不利于水解,而在溫度不斷升高,淀粉接枝聚丙烯酰胺分子鏈易伸展,反應(yīng)活性點增加,有利于水解[2]。但溫度過高,淀粉高分子鏈易糊化產(chǎn)生凝膠,限制了小分子鏈的活動,反應(yīng)活性點減少,不利于水解。故水解溫度選在65℃左右較為理想。
2.2 時間的影響
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| 圖2 時間對陰離子化的影響 |
從圖2中可以看出,當(dāng)反應(yīng)溫度為65℃,堿配比為1.5(質(zhì)量比),投料比為3.0,隨著反應(yīng)時間的增加,水解度不斷增加,但當(dāng)反應(yīng)時間超過 3.0 h,隨著反應(yīng)時間的增加,水解度增加緩慢。故反應(yīng)時間選在3.0 h為宜。
2.3 堿配比的影響
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| 圖3 堿配比(質(zhì)量比)對陰離子化的影響 |
從圖3中可以看出,當(dāng)反應(yīng)溫度為65℃,反應(yīng)時間為3 h,投料比為3.0,隨著堿配比的增加, 水解度逐漸升高,當(dāng)比值超過1.4時水解度有曾下降趨勢。這主要是因為強堿的存在有利于水解反應(yīng)的快速進行,但水解度較低,而弱堿的水解速度則相對較慢,但水解程度較高。故堿的配比選為1.4為宜。
2.4 投料比對反應(yīng)的影響
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| 圖4 水解劑與接枝物的比對反應(yīng)的影響 |
從圖4中可以看出,當(dāng)反應(yīng)溫度為65℃,反應(yīng)時間為3 h,堿配比為1.5(質(zhì)量比),隨著水解劑的增加,水解度逐漸上升,但當(dāng)超過0.30后,隨著水解劑用量的不斷增加,水解度增加不明顯。故投料比選為0.30為宜。
2.5 應(yīng)用
將陰離子型淀粉聚丙烯酰胺絮凝劑配制成濃度為0.1%的水溶液,并將無機絮凝劑聚鋁鹽配制成濃度為5%的水溶液,將兩者配合對印染廢水進行處理后,用分光光度計分別測得應(yīng)用不同水解度的絮凝劑處理后的廢水的吸光度,并將聚丙烯酰胺配制成濃度為0.1%的水溶液,在相同條件下處理該廢水,兩者進行比較。結(jié)果見表1。
| 表1 吸光度的比較 |
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3 結(jié)論
陰離子型天然高分子絮凝劑對含陽離子的印染廢水處理的結(jié)果,表明它是一種絮凝脫色較好的絮凝劑。與陰離子型聚丙烯相比也可以看出該產(chǎn)品的脫色效果好。
淀粉的剛性主鏈配以丙烯酰胺的陰離子的柔性支鏈,形成一種剛?cè)嵯酀拇蠓肿?具有較高的分子量和較好的絮凝效果,它絮體形成速度快,絮體密實程度高,絮體顆粒大,濁度去除率高。
基于陰離子型天然高分子絮凝劑的結(jié)構(gòu)特點,使它具有應(yīng)用范圍廣,絮凝效果好,尤其對pH 值較高的廢水處理效果更好,對金屬離子有絡(luò)合作用,而且本身該產(chǎn)品無毒、可降解、無二次污染, 是一種功能型環(huán)境材料。其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。
參考文獻:
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[3] 沃茲堡O B;變性淀粉的性能和應(yīng)用[M].沈言行, 周永元譯.北京:紡織工業(yè)出版社,1989.
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