醋酸酯阳离子两性淀粉印染废水处理剂

Posted 2023-01-14 淀粉

篇首语：人们常说，常识是两点之间最短的直线。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了醋酸酯阳离子两性淀粉印染废水处理剂相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

由于印染过程中会使用大量的染料、助剂等化学物质，所以会产生大量的印染废水，据不完全统计，我国印染废水排放量达3000～4000kt/d。目前国内外对印染废水的处理采用较多的是絮凝技术，既可提高水质处理的效率，又非常经济简便。常用的絮凝剂有以聚铝为代表的无机高分子絮凝剂和以PAM为代表的有机高分子絮凝剂。化学絮凝剂虽应用广泛，但其自身组分使处理后水体含微量有毒物质，长期使用可能会引起水体的二次污染。随着对水环境保护要求的日趋严格，天然高分子絮凝剂以其易于生物降解、对环境无毒等优点越来越受到青睐，淀粉衍生物、植物胶改性水处理剂、微生物絮凝剂以及甲壳素衍生物等研究领域都逐渐成为新的研究热点。

醋酸酯阳离子两性淀粉印染废水处理剂是淀粉经改性后分子中既含有阴离子基团、又含有阳离子基团的变性淀粉。可使制得的变性淀粉对污水中带正电荷和负电荷的离子同时具有吸附螯合作用，与单一阴离子变性淀粉或阳离子变性淀粉相比，增大了吸附脱色的能力。具有更大的应用价值和更广泛的应用市场。

1实验部分

1.1实验材料和主要仪器设备
材料：醋酸酯淀粉自制（取代度0.0745），实验用水为去离子水，氢氧化钠、乙醇均为AR级（中国医药集团上海化学试剂公司），3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵（69%）（上海笛柏化学品技术有限公司）。

仪器：DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，上海亨代劳仪器有限公司；pHS-3C型精密酸度计，上海虹益仪器仪表有限公司；101-1AB型电热鼓风干燥箱，天津泰斯仪器有限公司；UV-7504型分光光度计，上海精密仪器仪表有限公司。

1.2醋酸酯阳离子两性淀粉的制备
称取25g醋酸酯淀粉，加水275g，以10%NaOH溶液调节体系pH为11，加热使反应体系升温至40℃，边搅拌边加入3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵醚化剂12.5g与NaOH的混合液，反应时间4～16h，反应结束后用稀HCl调至pH为中性，过滤，用乙醇/水混合液（体积比1∶1）反复洗涤、干燥、研碎，并以0.15mm（100目）/25.4mm分样筛分筛。

1.3产品的检测

1.3.1醋酸酯阳离子两性淀粉阳离子取代度的测定
氮元素含量测定方法见（GB/T22427.10—2008）《淀粉及其衍生物氮含量测定方法》中规定的凯氏定氮法。其原理是：在催化剂作用下，用浓硫酸消化淀粉及其衍生物，生成（NH4）2SO4；然后在凯氏定氮器中与碱作用，通过蒸馏释放出NH3，收集于H3BO3溶液中；用已知浓度的HCl标准溶液滴定，根据HCl消耗的量计算出氮的含量，然后乘以相应的换算因子，即得氮的含量。

1.3.2醋酸酯阳离子两性淀粉脱色效果的测定
各种水处理剂脱色率的测试方法：在1000mL印染废水中加入0.2g变性淀粉水处理剂，以200r/min的转速快速搅拌10min，使絮凝剂充分分散，随后以40r/min的转速搅拌15min。静置10min后，取上清液，于波长550nm处测定其透光率。

实验用的印染废水取自于江阴市澄东综合污水处理有限公司，主要含有酸性染料、活性染料、直接染料、靛蓝染料以及一些印染助剂。

2结果与讨论

2.1醋酸酯阳离子两性淀粉的合成影响因素讨论

2.1.1醚化剂的加入量对阳离子取代度的影响
在醋酸酯阳离子两性淀粉的合成中，醚化剂3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵的加入量对阳离子取代度影响较大。取醋酸酯淀粉25g，反应时间6h，反应温度40℃，pH为11，改变m（醚化剂）∶m（醋酸酯淀粉），考察其对醋酸酯阳离子两性淀粉的阳离子取代度的影响，结果如表1所示。

由表1可见，随着m（醚化剂）∶m（醋酸酯淀粉）由1∶5变为1∶1，阳离子取代度由0.0050变为0.0413，取代度的变化较大。作为两性淀粉印染废水处理剂，对染料的脱色效果还要取决于阳离子和阴离子的比例关系，因此确定阳离子剂的投料量与阳离子取代度的关系尤为重要。

2.1.2反应体系pH对阳离子取代度的影响
在醋酸酯阳离子两性淀粉的合成中，反应体系的pH对阳离子取代度亦有很大的影响。取醋酸酯淀粉25g，m（醚化剂）∶m（醋酸酯淀粉）为1∶2，反应时间6h，反应温度45℃，通过改变反应体系的pH考察其对醋酸酯阳离子两性淀粉的阳离子取代度的影响，结果如表2所示。

由表2可见，随着反应体系pH的升高，阳离子取代度升高，尤其是当pH由10升高到11时，阳离子取代度急剧上升，由0.0034变为0.0148，这是由于当反应体系的pH升高时，淀粉被活化，反应效率提高，另外阳离子醚化剂3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵在碱性较高的体系中有利于形成正离子，便于阳离子醚化反应。但当反应体系pH升到12时，体系的黏度急剧上升，难以搅拌，不能进行理想的醚化反应，阳离子取代度有所下降。所以反应体系pH=11为最佳。

2.1.3反应温度对阳离子取代度的影响
取醋酸酯淀粉25g，m（醚化剂）∶m（醋酸酯淀粉）为1∶2，反应时间6h，pH为11，改变反应温度考察其对醋酸酯阳离子两性淀粉的阳离子取代度的影响，结果如表3所示。

由表3可见，随反应温度的升高，阳离子取代度先增大后减小，在45℃时达最大值0.0220。这是因为在较低的反应温度下，淀粉活化程度不高，因此反应效率也偏低；但若反应温度较高，虽然淀粉的活化程度较高，但是醚化剂3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵不稳定，影响反应效果，因此产品取代度也不高。综合考虑，取45℃为最适反应温度。

2.1.4反应时间对阳离子取代度的影响
取醋酸酯淀粉25g，m（醚化剂）∶m（醋酸酯淀粉）为1∶2，反应温度40℃，pH为11，改变反应温度，考察其对醋酸酯阳离子两性淀粉的阳离子取代度的影响，结果如表4所示。

由表4可见，反应时间为4～8h，取代度增加较多；但当反应时间长于8h后，产品的阳离子取代度有所降低，这可能是由于醚化剂3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵长时间挥发较多，影响反应的结果。

2.2醋酸酯阳离子两性淀粉脱色效果的测定

2.2.1不同变性淀粉水处理剂的色度去除率对比
分别取醋酸酯淀粉（阴离子取代度0.0745）、季胺阳离子淀粉（阳离子取代度0.0131）、醋酸酯阳离子两性淀粉（阴离子取代度0.0745、阳离子取代度0.0131），按上述方法进行印染废水脱色实验，脱色效果如表5所示。

由表5可见，在加料质量浓度都为0.2g/L时，阴离子取代度相同的醋酸酯淀粉和醋酸酯阳离子两性淀粉，色度去除率由39.25%升高为90.64%，说明醋酸酯两性淀粉的脱色效果明显优于醋酸酯淀粉；阳离子取代度相同的季胺型阳离子淀粉与醋酸酯两性淀粉相比，色度去除率由50.13%升高为90.64%，说明醋酸酯阳离子两性淀粉的脱色效果亦比阳离子淀粉好。

这是因为在印染废水中含有酸性染料、活性染料、直接染料、靛蓝染料等，这些染料在水溶液中有的呈阳离子态，有的呈阴离子态，而醋酸酯阳离子两性淀粉同时对阴、阳离子具有中和、吸附、螯合作用，再加上淀粉的半刚性链和柔性支链能将污水中悬浮的颗粒通过架桥作用絮凝沉降，因此是一种理想的印染废水处理剂。。

2.2.2不同阳离子取代度醋酸酯两性淀粉的色度去除率对比
取不同阳离子取代度的醋酸酯两性淀粉（阴离子取代度都为0.0745），分别编号为1～6号：阳离子取代度分别为0.00089、0.0050、0.0085、0.0131、0.0200、0.0413，按上述方法进行印染废水脱色实验，结果如表6所示。

由表6可见，阳离子取代度从0.00089变到0.0131时，印染废水色度去除率急剧上升，变化较大；当阳离子取代度超过0.0131，达到0.0200后，印染废水色度去除率变化不大，甚至还略有下降的趋势。这说明对于醋酸酯两性淀粉来说合适的阴阳离子配比对印染废水的脱色效果有很大影响。

3结论
根据对各种类型变性淀粉水处理剂印染废水色度去除率对比，结果表明笔者制备的醋酸酯阳离子两性淀粉的脱色效果良好，是值得推广的印染废水处理剂。阴离子取代度为0.0745，阳离子取代度0.0131的醋酸酯阳离子两性淀粉脱色效果最佳。经测算合成1t上述醋酸酯阳离子两性淀粉印染废水处理剂的原材料消耗为10623元，与现企业采用的絮凝脱色剂PAM10000元/t相比，在成本略有上升，但是从絮凝脱色水处理工艺比较来看，笔者制备的两性淀粉印染废水处理剂处理工艺简单，能彻底去除染料等有色物质，且处理残渣易被生物降解，不会对环境造成二次污染。