論文作者：呂彤 韓薇 陳笛 趙強(qiáng)

摘要：采用了半干法合成出高取代度(DS=0.4)的陽離子淀粉。 研究 表明，在室溫下，當(dāng)陽離子淀粉的加入量為200～300 mg/L、廢液的pH為11時(shí)，該產(chǎn)品對(duì)實(shí)際印染廢水的脫色率達(dá)到78%、COD去除率達(dá)到90%。

關(guān)鍵詞：半干法 高取代度陽離子淀粉 印染廢水 脫色 COD去除率

新型絮凝劑(混凝劑)的研究和開發(fā)已成為一大熱點(diǎn)。研制和開發(fā)高效、價(jià)廉、無毒的優(yōu)質(zhì)絮凝劑一直是國內(nèi)外水處理研究學(xué)者努力的重要方向[1~3]。天然型高分子絮凝劑被人們譽(yù)為“綠色絮凝劑”，它具有可生物降解、無毒、用量少、不破壞生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)。將農(nóng)副產(chǎn)品中的有機(jī)高分子物質(zhì)經(jīng)提取或加工改性后可制成天然型高分子絮凝劑產(chǎn)品。在眾多天然改性高分子絮凝劑中，改性淀粉絮凝劑的研制開發(fā)尤為引人注目。因?yàn)榈矸蹃碓磸V、價(jià)格低廉，而且產(chǎn)物完全可被生物降解，在 自然 界中形成良性循環(huán)[4~6]。本文以淀粉為原料，采用半干法制備出高取代度的陽離子淀粉[7，8]，并將其對(duì)印染廢水的處理效果進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容 和 方法

1.1 陽離子淀粉的制備

采用半干法合成陽離子淀粉。此法是利用催化劑與醚化劑一起和少量水混合均勻后，加入淀粉混合均勻，然后在60~90 ℃下反應(yīng)2~5 h，再用80%的乙醇洗滌，除去多余的醚化劑,烘干即可得陽離子淀粉。

陽離子基團(tuán)取代度(DS)的測(cè)定采用克達(dá)爾定氮法[9]。用SP-2000型紅外光譜儀測(cè)定紅外譜圖，印證醚化劑季銨鹽結(jié)構(gòu)的特征峰。

1.2 脫色、去濁實(shí)驗(yàn)

1.2.1脫色實(shí)驗(yàn)

采用活性染料染棉織物的印染廢水。染色配方：染料2. 5%(相對(duì)織物重量);布重：25 g;NaCl 30 g/L;浴比：1∶40;Na2CO3 20 g/L。試驗(yàn)方法：取100 mL廢液放入250 mL燒杯中，在350 r/min轉(zhuǎn)速下加入一定量的DS=0.4的陽離子淀粉，攪拌5 min后，在120 r/min下攪拌5 min，靜置30~45 min，取上層清液進(jìn)行水質(zhì) 分析 ，用723型分光光度計(jì)在λ=537 nm處測(cè)定其吸光度。COD的測(cè)定采用重鉻酸鉀法。

1.2.2去濁實(shí)驗(yàn)

采用1 g/L硅藻土懸浮液。其方法是取 250 mL懸浮液，加入不同量的陽離子淀粉，在200 r/min 轉(zhuǎn)速下快攪1 min ，100 r/min慢速下攪拌5 min，靜置15 min后，在同一液面深度處吸取上清液，測(cè)透光率。

2 結(jié)果與討論

2.1 陽離子淀粉的印證

所得產(chǎn)物采用克達(dá)爾定氮法測(cè)定含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.24%，取代度DS=0.4，反應(yīng)效率RE=88.89%(RE=)。

由圖1對(duì)比醚化劑①和原淀粉②及陽離子淀粉③可知，③除了具有原淀粉的碳鏈骨架結(jié)構(gòu)外，還具有醚化劑季銨鹽結(jié)構(gòu)的特征峰(850~900 cm-1)和醚化劑中-CH3對(duì)稱彎曲振動(dòng)吸收峰(1450~1500 cm-1)，及1100~1150 cm-1處-C-O-伸縮振峰，說明原淀粉與醚化劑已發(fā)生醚化反應(yīng)，此產(chǎn)品確是陽離子淀粉。

圖1 陽離子淀粉與醚化劑紅外光譜圖

2.2 絮凝劑用量對(duì)處理效果的 影響

2.2.1 色度去除率

由圖2可看出，色度的去除率隨絮凝劑用量的增加而增加，但當(dāng)用量達(dá)到一定范圍內(nèi)，去除率增加不明顯，當(dāng)絮凝劑用量大于500 mg/L時(shí)，去除率開始減小。其原因是陽離子淀粉絮凝劑是通過對(duì)印染廢水中帶負(fù)電荷的染料起中和吸附架橋作用而使體系脫色的，這種絮凝劑作用一般隨其投加量增加而得到增強(qiáng)。但是當(dāng)加入的陽離子淀粉量太大時(shí)，則印染廢水中的染料顆粒因吸附了陽離子淀粉而帶上正電荷，染料粒子因電荷排斥而重新分散穩(wěn)定，導(dǎo)致處理效果下降。因此陽離子淀粉的最佳用量范圍為200~300 mg/L。

圖2 陽離子淀粉用量與色度去除率的關(guān)系 圖3 陽離子淀粉用量與COD去除率的關(guān)系

2.2.2 COD去除率

從圖3可以看出，COD去除率先隨陽離子淀粉用量的增加而升高，到某一最高值后，隨著用量的增加，去除率開始降低。這同樣說明陽離子淀粉超過某一用量后，會(huì)引起絮凝脫色效果下降，致使所測(cè)的COD升高，去除率降低。

2.3 pH對(duì)絮凝效果和COD去除率的影響

分別用HAc，Na2CO3(NaOH)調(diào)節(jié)1 L廢液樣的酸度，制備一系列不同pH的廢液，在30℃下再分別加入200 mg/L絮凝劑進(jìn)行處理，然后測(cè)定pH對(duì)絮凝效果的影響。所得脫色效果如表1所示。

從圖4、5可清楚地看到，曲線走勢(shì)有2個(gè)峰值，說明該絮凝劑在pH=6和pH=11左右條件下，脫色效果好。這是因?yàn)樵诖藯l件下膠體顆粒多帶負(fù)電荷，而陽離子淀粉帶正電荷，它們相遇產(chǎn)生電荷中和作用，從而使體系中微粒脫穩(wěn)、絮凝。而pH值過高時(shí)，體系中負(fù)電荷增多，會(huì)中和陽離子淀粉的正電荷，使陽離子淀粉部分失效，脫色率又有所降低。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，COD在偏堿性條件下去除率較高，但堿性較高時(shí)，絮凝劑則會(huì)失效。

表1 絮凝劑處理不同pH的印染廢水的結(jié)果

圖4 pH對(duì)色度去除率的影響 圖5 pH對(duì)COD去除率的影響

2.4 溫度對(duì)絮凝效果和COD去除率的影響

實(shí)驗(yàn)表明絮凝劑對(duì)溫度較敏感，在低于50 ℃的條件下，脫色效果較好，這是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，陽離子淀粉更易發(fā)生溶脹作用，懸浮在液體中不易下沉，從而降低了絮凝作用。

在低于40 ℃的條件下，COD去除率較高，而高于40 ℃去除率迅速降低，這是淀粉的溶脹作用導(dǎo)致上層清液中的淀粉絮凝劑增多，而陽離子淀粉是高分子有機(jī)物，致使上層清液中的COD升高，去除率降低。

圖6 溫度對(duì)色度去除率的影響 圖7 溫度對(duì)COD去除率的影響

2.5 絮凝攪拌速度對(duì)絮凝效果的影響

攪拌速度選擇的恰當(dāng)，可以加速絮凝作用，從而有利于絮凝劑發(fā)揮作用，提高絮凝效果。如果攪拌的速度過快，則會(huì)將能夠沉降的顆粒攪拌后變成不能沉降的顆粒，從而降低絮凝效果，如果攪拌速度過慢，則會(huì)使絮凝劑和固體顆粒不能充分接觸，從而不利于絮凝劑捕集膠體顆粒，而且絮凝劑的濃度分布不均勻，不利于發(fā)揮絮凝作用。

圖8 攪拌速度與色度去除率的影響 圖9 攪拌時(shí)間與色度去除率的影響

2.6 攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響

攪拌時(shí)間過長，會(huì)將本應(yīng)沉降的顆粒經(jīng)長時(shí)間攪拌又分散成不能沉降的顆粒，降低了絮凝效果;如果攪拌時(shí)間過短，則會(huì)使絮凝劑和固體顆粒不能充分接觸，吸附，從而不利于絮凝劑捕集膠體顆粒不能使絮凝劑充分發(fā)揮效能。

3 結(jié) 論

本文利用半干法制備出高取代度陽離子淀粉，對(duì)印染廢水的脫色及COD去除率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：取代度為0.4的陽離子淀粉使用量為200~300 mg/L，pH為11，在常溫下對(duì)印染廢水的脫色率為78%，COD的去除率達(dá)90%。該絮凝劑原料來源充足，制備工藝簡單，絮凝效果好且無毒，可生物降解，是一種環(huán)保型的水處理劑。

參考 文獻(xiàn)

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