基于淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备和性能评价

摘 要：本文在对接枝淀粉絮凝剂的应用现状进行分析的基础上，通过实验对淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备进行介绍，并对其絮凝性能进行了测定，结果表明，淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂的絮凝效果会受到絮凝剂用量和pH值的影响。期望通过本文的研究能够对接枝淀粉絮凝剂的大范围推广应用有所帮助。

关键词：淀粉接枝；丙烯酰胺；絮凝剂

中图分类号：TQ31 文献标识码：A

一、接枝淀粉絮凝剂应用现状分析

在我国经济飞速发展的推动下，工业获得了前所未有的发展，这虽然对国民经济水平的提高起到了积极的促进作用，但在工业生产的过程中，工业废水的排放量也不断增多，这些废水对人体健康和自然生态环境都构成危害。为此，工业废水治理现成为我国当前环境保护工作亟待解决的首要问题之一。现阶段，我国在水质处理过程中，采用最多的是絮凝技术，使用的絮凝剂一般分为无机和有机高分子两类，无机絮凝剂价格较便宜，但使用量较大，由此产出的污泥量也较多，不利于环保，有机高分子絮凝剂用量较少且效果较好，但是价格较昂贵，限制了其推广。为了解决这一问题，有必要寻求一种价格较低廉、处理效果较好的新型絮凝剂。接枝淀粉以其自身生物降解性高、价格便宜而被作为一种新型的絮凝剂获得广泛应用。

淀粉接枝共聚是目前应用比较广泛的一种淀粉改性方法，主要是利用淀粉分子上的羟基与其它高分子化合物的基团发生接枝共聚反应，从而生成一种全新的共聚物，这种共聚物以半刚性链和亲水的淀粉大分子作为骨架，再配以丙烯酰胺的柔性支链形成刚柔结合的空间网状分子结构。经过接枝改性后的淀粉在使用功能上有了大幅度提升，可应用于建材、化学化工、环保、食品、农林等领域。

二、淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备与性能评价

淀粉与丙烯酰胺的接枝共聚物属于一种较为重要的淀粉衍生物，其作为絮凝物表现出多种独特的性能，它的絮凝性能要远远高于聚丙烯酰胺，并且淀粉这种原材料的来源非常丰富，价格也十分低廉，这使得人们对其的关注程度不断提高。为此，本文通过实验对淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂的制备与性能进行研究。

（一）实验部分

1 实验材料。淀粉；可溶性淀粉和丙烯酰胺均为分析纯；引发剂为自制试剂；聚丙烯酰胺为胶体产品，分子量为3.52×106；高岭土为化学纯。

2 合成。可按照以下做法合成接枝共聚物：先对恒温的蒸馏水通氮气30min，然后加入淀粉及引发剂，在搅拌10min左右之后加入丙烯酰胺单体，在这一过程中需要控制好温度，最后继续通氮气直至反应结束为止。

3 测定

①可采取如下方法对絮凝效果进行测定：先将絮凝剂配置成0.1%的溶液，同时将待处理的物料装入50mL的量筒当中，然后向其中加入定量的絮凝剂溶液，再将量筒倒置10次，随后静置，将絮团的沉降时间记录下来，并以此为依据计算出沉降速度。以上工作完成之后，静置15min取上层清液，用分光光度计测定其透光率。

②在对接枝率进行测定时可按照如下方法进行：先将经由丙酮提纯的产物放入到索氏抽提器当中，并用冰乙酸（体积比为60：40）和乙二醇液回流抽提3小时，在将残留物抽提出来，用甲醇进行沉淀之后进行数次洗涤，随后烘干，最后用凯式法测对定样的含氮量进行测定，并以此为依据计算产物的接枝率。

③在测定特性粘数过程中，可以采用乌氏粘度计，并利用一点法测定样品在1mol/L氯化钠水溶液中的相对粘度，然后查表获取相关数据计算出产物的特性粘数，整个测定过程的温度控制在30℃。

（二）絮凝剂制备条件的确定

1 淀粉品种的选择。目前，玉米、马铃薯、木薯等淀粉在市面上最为常见，除了这些天然淀粉作物之外，改性淀粉也相对较多。通常，淀粉为团粒结构，亲水但不溶于水，不同的淀粉品种，颗粒直径、分子量、吸水性等存在很大差别，这些都会对接枝反应具有一定程度的影响。通过实验对不同淀粉品种对接枝反应产物的特性粘数以及丙烯酰胺的转化率的影响进行了分析，从测试的结果可知，特性粘数与淀粉原料有密切关系，但对反应物影响不大，如果单纯从成本的角度进行考虑，玉米淀粉是来源最为充足且价格最为低廉的品种之一，故此可将玉米淀粉作为接枝共聚反应的原料。

2 原料配比的确定。在选定玉米淀粉作为原料之后，对丙烯酰胺与淀粉的配比对接枝共聚反应的影响进行了分析，并对产物絮凝湿法磷酸料浆的上层清液透光率进行测定，结果显示选择丙烯酰胺与淀粉2.7：1的配比最符合经济性的要求，效果也相对较好。

3 引发剂浓度。在整个接枝共聚反应当中，引发剂浓度的影响相对较大，在引发剂浓度不断增加的过程中，接枝率以及转化率都会随之相应增加，经过试验最终确定最佳的引发剂浓度为1×10-3mol/L。

（三）絮凝效果测评

1 絮凝剂用量的影响。通过实验可知，当絮凝剂用量不断增加时，絮团的沉降时间会随之相应缩短，并且上清液的透光率也会相应增大，实验中未出现明显絮凝恶化现象，主要是因为两种絮凝剂均为非离子型，它们的絮凝机理均为絮附架桥作用，所以当絮凝剂用量增大时并未引起非常严重的絮凝恶化现象。最终得出的实验结果为淀粉丙烯酰胺共聚物最佳用量为4mg/kg，而聚丙烯酰胺最佳用量为6mg/kg。

2 pH值的影响。常温下配置高岭土悬浮液，对不同pH的絮凝效果测定。结果显示，在pH为中性时，淀粉丙烯酰胺共聚物的絮凝效果最佳；而在pH为酸性时，共聚物的沉降速度相对较为缓慢，但总体变化不大；pH为碱性时，沉降效果出现了非常明显的变化，变化速度较缓慢，此时上清液的澄清度有所降低。由此可知，共聚物比较适合在pH为中性或酸性的条件下使用。

参考文献

[1]葛学武，等.淀粉接枝丙烯酰胺制备絮凝剂的研究方法[J].高分子材料科学与工程，2009（10）.