陽離子淀粉復合聚鐵基絮凝劑的制備及絮凝效果研究

王彥娜，梁慧鋒，郭桂全，袁洪晶

陽離子淀粉復合聚鐵基絮凝劑的制備及絮凝效果研究

王彥娜，梁慧鋒，郭桂全，袁洪晶

（邢臺學院化學工程與生物技術學院，河北邢臺 054000）

以聚鐵基化合物為基本單元，用3-氯-2-羥丙基氯化銨（CHPTA）為醚化劑制備陽離子淀粉（CS），修飾聚合硫酸鐵（PFS）和聚硅酸鋁鐵（PSAF），制得兩種聚鐵基-淀粉復合絮凝劑，即PFS+CS和PSAF+CS。并通過紅外光譜（IR）對絮凝劑進行了結構表征；通過對廢水絮凝前后CODGr及Zn2+含量測定，探討了絮凝劑的絮凝效果。結論表明，聚鐵基-陽離子改性淀粉復合絮凝劑的絮凝效果較好。

聚鐵基化合物；陽離子淀粉；復合絮凝劑；絮凝效果

隨著工業經濟的發展，水污染對人類的發展造成了深遠影響。為了解決日益嚴峻的水污染問題，絮凝劑的研究和利用也日漸成熟［1］。絮凝劑的種類繁多，目前研究較多的是無機-有機復合絮凝劑，其兼具無機絮凝劑的快速破膠能力，同時克服了單一絮凝劑適用范圍小、用量大、絮凝效果不佳等缺點［2-3］。

淀粉是一種可再生綠色環保資源，是由葡萄糖單體構成的天然高分子，通過改性可加大其絮凝效果［4］。其中陽離子改性淀粉常作為優良的高分子絮凝劑，是由于其對廢水中負電荷物質的親和性［5］，聚鋁和聚鐵基復合絮凝劑均可用于污水處理及水質凈化，但鋁對人體有害，故無機部分常選用聚鐵基［6］。

1　復合絮凝劑的制備

陽離子改性淀粉（CS）：向燒杯中加入4mL CHPTMA，滴入2mL 10mol/L NaOH和12mL蒸餾水在低于10℃下活化反應10min，再加15g淀粉，把處理過的藥品滴入淀粉中，攪拌均勻。于50℃下預干燥1h，粉碎后置于密閉容器中，85℃下反應得到白色固體粗產品［7］。

聚合硫酸鐵（PFS）：稱取10g硫酸亞鐵，加入10mL蒸餾水和2mL濃硫酸，磁力攪拌30min，邊攪拌邊滴加3mL 雙氧水，靜置，制得紅褐色粘稠狀聚合硫酸鐵溶液。

聚硅酸鋁鐵（PSAF）：稱取5.36g硅酸鈉，加入100mL 蒸餾水，攪拌至完全溶解，稀硫酸調節pH為5～6，在水浴鍋中稍加熱，出現大量絮狀物直至溶液呈果凍狀，靜置。向其中加入氯化鋁2.4g，攪拌5min后加入氯化鐵3.3g，繼續攪拌30min，放置熟化，有懸濁液聚硅酸鋁鐵生成。

聚合硫酸鐵-陽離子改性淀粉復合絮凝劑（PFS+CS）：稱取4g PFS，1g CS和15mL蒸餾水，先后加入燒杯。用稀硫酸調節pH為1.5。減壓過濾，60℃下烘干制得灰色固體PFS+CS。

聚硅酸鋁鐵-陽離子改性淀粉復合絮凝劑（PSAF+CS）：稱取8g CS，加入15mL PSAF，稀鹽酸調節pH為2.0，在50℃下反應1h，減壓抽濾并烘干，制得橙黃色固體PSAF+CS。

2　復合絮凝劑的紅外光譜（IR）表征

對PFS、PSAF、CS、PFS+CS、PSAF+CS進行紅外光譜分析，探討反應前后物質結構的變化。結果如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2紅外光譜圖可看出各物質反應前后的結構變化。其中，1 000cm-1附近的吸收峰分別是淀粉中的伯醇、仲醇和醚鍵的特征吸收，1 658cm-1處的吸收峰是由于O—H鍵的振動產生，2 934cm-1處的吸收峰歸屬于C—H的振動，—OH的伸縮振動產生了3 500cm-1處的吸收峰。其中圖1中PFS+CS和圖2中PSAF+CS在3 500cm-1左右都較PFS、CS及PSAF、CS的吸收峰有加寬，這表明在這個波數附近PFS和CS、PSAF和CS的吸收峰發生重疊，即形成了復合絮凝劑。

圖2　PSAF、CS、PSAF+CS的IR圖

3　絮凝效果實驗

3.1CODGr去除實驗

采用重鉻酸鉀滴定法，使用復合絮凝劑PFS+CS、PSAF+ CS對鄰苯二甲酸氫鉀模擬廢水絮凝前后進行CODGr去除實驗［8］，相關數據見表1。

由表1可知，復合絮凝劑可絮凝模擬廢水中大部分污染物，這表明復合絮凝劑對CODGr的去除效果很好，去除率可達到70%以上。

表1　CODGr去除效果

3.2重金屬去除實驗

利用原子吸收分光光度計測定系列Zn2+濃度的標準曲線，相關數據見表2，其中A代表樣品的吸光度。

表2　Zn2+標準曲線測定結果

將表2數據進行線性擬合，得到Zn2+濃度-吸光度標準曲線，其回歸方程［A］= 0.278 3［C］-0.004 8及相關系數R2=0.998 2。

使用復合絮凝劑對Zn2+模擬廢水進行絮凝實驗，作原子吸收處理。絮凝前后的數據如表3所示。

表3　Zn2+去除結果

由表3可知，復合絮凝劑可沉淀廢水中Zn2+，且去除率可達40%以上，由此表明，復合絮凝劑對重金屬元素離子（Zn2+）絮凝效果較好。

4　結論

制備了兩種復合絮凝劑PFS+CS和PSAF+CS，并通過紅外光譜表征研究了絮凝劑復合前后的結構變化，結果表明，改性淀粉與聚鐵基無機組分得到結合，制得了新型的復合絮凝劑。同時，對模擬廢水進行絮凝效果實驗，其中CODGr去除率可達70%以上，對重金屬離子Zn2+的去除率達40%以上，說明復合絮凝劑的絮凝效果較好。

［1］ 毛艷麗，張延風，羅世田，等.水處理用絮凝劑絮凝機理及研究進展［J］.華中科技大學學報：城市科學版，2008，25（2）：78-82.

［2］ 張振花，何玉鳳，張俠，等.聚鐵和聚鋁類絮凝劑的改性及在廢水處理中的應用研究進展［J］.水處理技術，2010，36（09）：10-15.

［3］ 劉志遠，李昱辰，王鶴立，等.復合絮凝劑的研究進展及應用［J］.工業水處理，2011，31（5）：5-8.

［4］ 王新語.淀粉基復合吸附材料的合成及吸附性能研究［D］.魯東大學，2013.

［5］ 具本植.高取代度陽離子淀粉的制備與應用研究［D］.大連：大連理工大學，2000.

［5］ 鄭懷禮.聚鐵基復合絮凝劑的研究［D］.重慶：重慶大學，2003.

［6］ 盧珍仙.利用玉米淀粉制備高取代度陽離子淀粉的研究［J］.化學世界，2005，46（12）：734-736.

［7］ 姜應新.新型陽離子淀粉的合成及其應用性能研究［D］.大連：大連理工大學，2010.

［8］ GB/T 11914-1989，水質化學需氧量的測定—重鉻酸鹽法［S］.

Preparation and Flocculation Cationic Starch Polymer Composite Flocculant Iron Machine Effect

Wang Yan-na，Liang Hui-feng，Guo Gui-quan，Yuan Hong-jing

Poly iron-based compound as the basic unit，with 3-chloro-2-hydroxypropyl ammonium chloride（CHPTA）ether agent prepared cationic starch（CS），modified PFS（PFS）and poly aluminum silicate iron（PSAF），to obtain two kinds of ironbased poly-starch composite flocculant，namely PFS+CS and PSAF+CS.And by infrared spectroscopy（IR）for flocculants were characterized；wastewater flocculation around CODGrand Zn2+content measured by，discussed flocculation flocculant.Conclusions show that the iron-based poly-flocculation effect of cationic modified starch composite flocculant better.

Poly iron-based compounds；cationic starch；composite flocculant；flocculation

X703

B

1003-6490（2016）06-0100-02