基于淀粉接枝丙烯酰胺絮凝劑的制備和性能評價

胡張雁 韓永和 肖淑君 方登志 郭 相

（1.湖北省枝江市61699部隊，湖北 枝江 443200；2.武漢市軍械士官學校，湖北 武漢 430075）

一、接枝淀粉絮凝劑應用現狀分析

在我國經濟飛速發展的推動下，工業獲得了前所未有的發展，這雖然對國民經濟水平的提高起到了積極的促進作用，但在工業生產的過程中，工業廢水的排放量也不斷增多，這些廢水對人體健康和自然生態環境都構成危害。為此，工業廢水治理現成為我國當前環境保護工作亟待解決的首要問題之一。現階段，我國在水質處理過程中，采用最多的是絮凝技術，使用的絮凝劑一般分為無機和有機高分子兩類，無機絮凝劑價格較便宜，但使用量較大，由此產出的污泥量也較多，不利于環保，有機高分子絮凝劑用量較少且效果較好，但是價格較昂貴，限制了其推廣。為了解決這一問題，有必要尋求一種價格較低廉、處理效果較好的新型絮凝劑。接枝淀粉以其自身生物降解性高、價格便宜而被作為一種新型的絮凝劑獲得廣泛應用。

淀粉接枝共聚是目前應用比較廣泛的一種淀粉改性方法，主要是利用淀粉分子上的羥基與其它高分子化合物的基團發生接枝共聚反應，從而生成一種全新的共聚物，這種共聚物以半剛性鏈和親水的淀粉大分子作為骨架，再配以丙烯酰胺的柔性支鏈形成剛柔結合的空間網狀分子結構。經過接枝改性后的淀粉在使用功能上有了大幅度提升，可應用于建材、化學化工、環保、食品、農林等領域。

二、淀粉接枝丙烯酰胺絮凝劑的制備與性能評價

淀粉與丙烯酰胺的接枝共聚物屬于一種較為重要的淀粉衍生物，其作為絮凝物表現出多種獨特的性能，它的絮凝性能要遠遠高于聚丙烯酰胺，并且淀粉這種原材料的來源非常豐富，價格也十分低廉，這使得人們對其的關注程度不斷提高。為此，本文通過實驗對淀粉接枝丙烯酰胺絮凝劑的制備與性能進行研究。

（一）實驗部分

1 實驗材料。淀粉；可溶性淀粉和丙烯酰胺均為分析純；引發劑為自制試劑；聚丙烯酰胺為膠體產品，分子量為3.52×106；高嶺土為化學純。

2 合成。可按照以下做法合成接枝共聚物：先對恒溫的蒸餾水通氮氣30min，然后加入淀粉及引發劑，在攪拌10min左右之后加入丙烯酰胺單體，在這一過程中需要控制好溫度，最后繼續通氮氣直至反應結束為止。

3 測定

①可采取如下方法對絮凝效果進行測定：先將絮凝劑配置成0.1%的溶液，同時將待處理的物料裝入50mL的量筒當中，然后向其中加入定量的絮凝劑溶液，再將量筒倒置10次，隨后靜置，將絮團的沉降時間記錄下來，并以此為依據計算出沉降速度。以上工作完成之后，靜置15min取上層清液，用分光光度計測定其透光率。

②在對接枝率進行測定時可按照如下方法進行：先將經由丙酮提純的產物放入到索氏抽提器當中，并用冰乙酸（體積比為60:40）和乙二醇液回流抽提3小時，在將殘留物抽提出來，用甲醇進行沉淀之后進行數次洗滌，隨后烘干，最后用凱式法測對定樣的含氮量進行測定，并以此為依據計算產物的接枝率。

③在測定特性粘數過程中，可以采用烏氏粘度計，并利用一點法測定樣品在1mol/L氯化鈉水溶液中的相對粘度，然后查表獲取相關數據計算出產物的特性粘數，整個測定過程的溫度控制在30℃。

（二）絮凝劑制備條件的確定

1 淀粉品種的選擇。目前，玉米、馬鈴薯、木薯等淀粉在市面上最為常見，除了這些天然淀粉作物之外，改性淀粉也相對較多。通常，淀粉為團粒結構，親水但不溶于水，不同的淀粉品種，顆粒直徑、分子量、吸水性等存在很大差別，這些都會對接枝反應具有一定程度的影響。通過實驗對不同淀粉品種對接枝反應產物的特性粘數以及丙烯酰胺的轉化率的影響進行了分析，從測試的結果可知，特性粘數與淀粉原料有密切關系，但對反應物影響不大，如果單純從成本的角度進行考慮，玉米淀粉是來源最為充足且價格最為低廉的品種之一，故此可將玉米淀粉作為接枝共聚反應的原料。

2 原料配比的確定。在選定玉米淀粉作為原料之后，對丙烯酰胺與淀粉的配比對接枝共聚反應的影響進行了分析，并對產物絮凝濕法磷酸料漿的上層清液透光率進行測定，結果顯示選擇丙烯酰胺與淀粉2.7:1的配比最符合經濟性的要求，效果也相對較好。

3 引發劑濃度。在整個接枝共聚反應當中，引發劑濃度的影響相對較大，在引發劑濃度不斷增加的過程中，接枝率以及轉化率都會隨之相應增加，經過試驗最終確定最佳的引發劑濃度為1×10-3mol/L。

（三）絮凝效果測評

1 絮凝劑用量的影響。通過實驗可知，當絮凝劑用量不斷增加時，絮團的沉降時間會隨之相應縮短，并且上清液的透光率也會相應增大，實驗中未出現明顯絮凝惡化現象，主要是因為兩種絮凝劑均為非離子型，它們的絮凝機理均為絮附架橋作用，所以當絮凝劑用量增大時并未引起非常嚴重的絮凝惡化現象。最終得出的實驗結果為淀粉丙烯酰胺共聚物最佳用量為4mg/kg，而聚丙烯酰胺最佳用量為6mg/kg。

2 pH值的影響。常溫下配置高嶺土懸浮液，對不同pH的絮凝效果測定。結果顯示，在pH為中性時，淀粉丙烯酰胺共聚物的絮凝效果最佳；而在pH為酸性時，共聚物的沉降速度相對較為緩慢，但總體變化不大；pH為堿性時，沉降效果出現了非常明顯的變化，變化速度較緩慢，此時上清液的澄清度有所降低。由此可知，共聚物比較適合在pH為中性或酸性的條件下使用。

[1]葛學武，等.淀粉接枝丙烯酰胺制備絮凝劑的研究方法[J].高分子材料科學與工程，2009（10）.