阴离子天然高分子絮凝剂的合成和应用
摘要:介绍了以淀粉为基材的阴离子天然高分子絮凝剂的合成工艺和应用效果。探讨了反应条件,包括反应温度、反应时间、投料比等因素对淀粉聚丙烯酰胺接枝共聚物的阴离子化反应的影响,并对该产品进行了实验室评价。
关键词:接枝;共聚物;阴离子化;絮凝剂
为了满足环保市场的需要,环境材料特别是污水治理材料,如无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂大量涌现出来。考虑污水中悬浮物及胶体污染物的特性、阳离子污染物的清除和天然高分子本身特有的优良性质,以及现在新型絮凝剂大多数是非离子和阳离子型絮凝剂。作者研制了以淀粉为基材的阴离子天然高分子絮凝剂。天然高分子絮凝剂属于有机高分子絮凝剂,它与无机絮凝剂相配伍,具有应用范围广,用量少,絮凝沉降速度快,受共存盐类、pH及温度影响小,生成污泥量少,使用简便,无二次污染,可生物降解,价格低廉等许多优点[1]。日益受到人们的关注。而本文作者研制的阴离子絮凝剂除具有上述的优点外, 尤其对含金属离子的污水有很好的处理效果。
1 实验
1.1 原料
淀粉,丙烯酰胺(分析纯),磷酸钠(分析纯), 靛蓝二磺酸钠(分析纯)。
1.2 合成
在三口烧瓶中加入适量的淀粉和丙烯酰胺在特定催化剂的作用下,反应数小时,制得淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物。秤取定量的该接枝共聚物于三口烧瓶中,加入适量浓度的碱溶液,加热,搅拌, 反应数小时,可得到阴离子化的天然高分子絮凝剂,即部分水解的淀粉接枝聚丙烯酰胺。
反应式如下:(水解度采用GB 12065.6—89 方法测定)。
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2 结果与讨论
本文是重点对淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的水解,即阴离子天然高分子絮凝剂的制备进行了考察,各工艺条件对水解度(HD%)的影响叙述如下。
2.1 温度的影响
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| 图1 温度对阴离子化的影响 |
从图1中可以看出,当反应时间为3 h,碱配配比为1.5(质量比),投料比为0.30,碱性水解时,随着温度的升高,水解度逐渐增大,但当温度超过65℃后,水解度又呈下降趋势。这是由于温度较低时,淀粉接枝聚丙烯酰胺分子链不够伸展, 反应主要是在团粒表面进行而不利于水解,而在温度不断升高,淀粉接枝聚丙烯酰胺分子链易伸展,反应活性点增加,有利于水解[2]。但温度过高,淀粉高分子链易糊化产生凝胶,限制了小分子链的活动,反应活性点减少,不利于水解。故水解温度选在65℃左右较为理想。
2.2 时间的影响
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| 图2 时间对阴离子化的影响 |
从图2中可以看出,当反应温度为65℃,碱配比为1.5(质量比),投料比为3.0,随着反应时间的增加,水解度不断增加,但当反应时间超过 3.0 h,随着反应时间的增加,水解度增加缓慢。故反应时间选在3.0 h为宜。
2.3 碱配比的影响
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| 图3 碱配比(质量比)对阴离子化的影响 |
从图3中可以看出,当反应温度为65℃,反应时间为3 h,投料比为3.0,随着碱配比的增加, 水解度逐渐升高,当比值超过1.4时水解度有曾下降趋势。这主要是因为强碱的存在有利于水解反应的快速进行,但水解度较低,而弱碱的水解速度则相对较慢,但水解程度较高。故碱的配比选为1.4为宜。
2.4 投料比对反应的影响
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| 图4 水解剂与接枝物的比对反应的影响 |
从图4中可以看出,当反应温度为65℃,反应时间为3 h,碱配比为1.5(质量比),随着水解剂的增加,水解度逐渐上升,但当超过0.30后,随着水解剂用量的不断增加,水解度增加不明显。故投料比选为0.30为宜。
2.5 应用
将阴离子型淀粉聚丙烯酰胺絮凝剂配制成浓度为0.1%的水溶液,并将无机絮凝剂聚铝盐配制成浓度为5%的水溶液,将两者配合对印染废水进行处理后,用分光光度计分别测得应用不同水解度的絮凝剂处理后的废水的吸光度,并将聚丙烯酰胺配制成浓度为0.1%的水溶液,在相同条件下处理该废水,两者进行比较。结果见表1。
| 表1 吸光度的比较 |
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3 结论
阴离子型天然高分子絮凝剂对含阳离子的印染废水处理的结果,表明它是一种絮凝脱色较好的絮凝剂。与阴离子型聚丙烯相比也可以看出该产品的脱色效果好。
淀粉的刚性主链配以丙烯酰胺的阴离子的柔性支链,形成一种刚柔相济的大分子,具有较高的分子量和较好的絮凝效果,它絮体形成速度快,絮体密实程度高,絮体颗粒大,浊度去除率高。
基于阴离子型天然高分子絮凝剂的结构特点,使它具有应用范围广,絮凝效果好,尤其对pH 值较高的废水处理效果更好,对金属离子有络合作用,而且本身该产品无毒、可降解、无二次污染, 是一种功能型环境材料。其发展前景相当广阔。
参考文献:
[1] 马希晨,曹亚峰,崔 励.聚丙烯酰胺接枝阳离子絮凝剂的研究[J].农村农源,1996,(1):29-31.
[2] VARMA I K, SINGH O P, Sandle N K. Graft copolymerization of starch with acrylamide [ J]. Angew Makromol Chem,1983,119:83-84.
[3] 沃兹堡O B;变性淀粉的性能和应用[M].沈言行, 周永元译.北京:纺织工业出版社,1989.
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