醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉印染廢水處理劑

由于印染過(guò)程中會(huì )使用大量的染料、助劑等化學(xué)物質(zhì)，所以會(huì )產(chǎn)生大量的印染廢水，據不完全統計，我國印染廢水排放量達3000～4000kt/d。目前國內外對印染廢水的處理采用較多的是絮凝技術(shù)，既可提高水質(zhì)處理的效率，又非常經(jīng)濟簡(jiǎn)便。常用的絮凝劑有以聚鋁為代表的無(wú)機高分子絮凝劑和以PAM為代表的有機高分子絮凝劑�；瘜W(xué)絮凝劑雖應用廣泛，但其自身組分使處理后水體含微量有毒物質(zhì)，長(cháng)期使用可能會(huì )引起水體的二次污染。隨著(zhù)對水環(huán)境保護要求的日趨嚴格，天然高分子絮凝劑以其易于生物降解、對環(huán)境無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到青睞，淀粉衍生物、植物膠改性水處理劑、微生物絮凝劑以及甲殼素衍生物等研究領(lǐng)域都逐漸成為新的研究熱點(diǎn)。

醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉印染廢水處理劑是淀粉經(jīng)改性后分子中既含有陰離子基團、又含有陽(yáng)離子基團的變性淀粉�？墒怪频玫淖冃缘矸蹖�污水中帶正電荷和負電荷的離子同時(shí)具有吸附螯合作用，與單一陰離子變性淀粉或陽(yáng)離子變性淀粉相比，增大了吸附脫色的能力。具有更大的應用價(jià)值和更廣泛的應用市場(chǎng)。

1實(shí)驗部分

1.1實(shí)驗材料和主要儀器設備
材料：醋酸酯淀粉自制（取代度0.0745），實(shí)驗用水為去離子水，氫氧化鈉、乙醇均為AR級（中國醫藥集團上�；瘜W(xué)試劑公司），3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨（69%）（上海笛柏化學(xué)品技術(shù)有限公司）。

儀器：DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，上海亨代勞儀器有限公司；pHS-3C型精密酸度計，上海虹益儀器儀表有限公司；101-1AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津泰斯儀器有限公司；UV-7504型分光光度計，上海精密儀器儀表有限公司。

1.2醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的制備
稱(chēng)取25g醋酸酯淀粉，加水275g，以10%NaOH溶液調節體系pH為11，加熱使反應體系升溫至40℃，邊攪拌邊加入3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨醚化劑12.5g與NaOH的混合液，反應時(shí)間4~16h，反應結束后用稀HCl調至pH為中性，過(guò)濾，用乙醇/水混合液（體積比1∶1）反復洗滌、干燥、研碎，并以0.15mm（100目）/25.4mm分樣篩分篩。

1.3產(chǎn)品的檢測

1.3.1醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉陽(yáng)離子取代度的測定
氮元素含量測定方法見(jiàn)（GB/T22427.10—2008）《淀粉及其衍生物氮含量測定方法》中規定的凱氏定氮法。其原理是：在催化劑作用下，用濃硫酸消化淀粉及其衍生物，生成（NH4）2SO4；然后在凱氏定氮器中與堿作用，通過(guò)蒸餾釋放出NH3，收集于H3BO3溶液中；用已知濃度的HCl標準溶液滴定，根據HCl消耗的量計算出氮的含量，然后乘以相應的換算因子，即得氮的含量。

1.3.2醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉脫色效果的測定
各種水處理劑脫色率的測試方法：在1000mL印染廢水中加入0.2g變性淀粉水處理劑，以200r/min的轉速快速攪拌10min，使絮凝劑充分分散，隨后以40r/min的轉速攪拌15min。靜置10min后，取上清液，于波長(cháng)550nm處測定其透光率。

實(shí)驗用的印染廢水取自于江陰市澄東綜合污水處理有限公司，主要含有酸性染料、活性染料、直接染料、靛藍染料以及一些印染助劑。

2結果與討論

2.1醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的合成影響因素討論

2.1.1醚化劑的加入量對陽(yáng)離子取代度的影響
在醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的合成中，醚化劑3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨的加入量對陽(yáng)離子取代度影響較大。取醋酸酯淀粉25g，反應時(shí)間6h，反應溫度40℃，pH為11，改變m（醚化劑）∶m（醋酸酯淀粉），考察其對醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的陽(yáng)離子取代度的影響，結果如表1所示。

由表1可見(jiàn)，隨著(zhù)m（醚化劑）∶m（醋酸酯淀粉）由1∶5變?yōu)?∶1，陽(yáng)離子取代度由0.0050變?yōu)?.0413，取代度的變化較大。作為兩性淀粉印染廢水處理劑，對染料的脫色效果還要取決于陽(yáng)離子和陰離子的比例關(guān)系，因此確定陽(yáng)離子劑的投料量與陽(yáng)離子取代度的關(guān)系尤為重要。

2.1.2反應體系pH對陽(yáng)離子取代度的影響
在醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的合成中，反應體系的pH對陽(yáng)離子取代度亦有很大的影響。取醋酸酯淀粉25g，m（醚化劑）∶m（醋酸酯淀粉）為1∶2，反應時(shí)間6h，反應溫度45℃，通過(guò)改變反應體系的pH考察其對醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的陽(yáng)離子取代度的影響，結果如表2所示。

由表2可見(jiàn)，隨著(zhù)反應體系pH的升高，陽(yáng)離子取代度升高，尤其是當pH由10升高到11時(shí)，陽(yáng)離子取代度急劇上升，由0.0034變?yōu)?.0148，這是由于當反應體系的pH升高時(shí)，淀粉被活化，反應效率提高，另外陽(yáng)離子醚化劑3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨在堿性較高的體系中有利于形成正離子，便于陽(yáng)離子醚化反應。但當反應體系pH升到12時(shí)，體系的黏度急劇上升，難以攪拌，不能進(jìn)行理想的醚化反應，陽(yáng)離子取代度有所下降。所以反應體系pH=11為最佳。

2.1.3反應溫度對陽(yáng)離子取代度的影響
取醋酸酯淀粉25g，m（醚化劑）∶m（醋酸酯淀粉）為1∶2，反應時(shí)間6h，pH為11，改變反應溫度考察其對醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的陽(yáng)離子取代度的影響，結果如表3所示。

由表3可見(jiàn)，隨反應溫度的升高，陽(yáng)離子取代度先增大后減小，在45℃時(shí)達最大值0.0220。這是因為在較低的反應溫度下，淀粉活化程度不高，因此反應效率也偏低；但若反應溫度較高，雖然淀粉的活化程度較高，但是醚化劑3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨不穩定，影響反應效果，因此產(chǎn)品取代度也不高。綜合考慮，取45℃為最適反應溫度。

2.1.4反應時(shí)間對陽(yáng)離子取代度的影響
取醋酸酯淀粉25g，m（醚化劑）∶m（醋酸酯淀粉）為1∶2，反應溫度40℃，pH為11，改變反應溫度，考察其對醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的陽(yáng)離子取代度的影響，結果如表4所示。

由表4可見(jiàn)，反應時(shí)間為4~8h，取代度增加較多；但當反應時(shí)間長(cháng)于8h后，產(chǎn)品的陽(yáng)離子取代度有所降低，這可能是由于醚化劑3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨長(cháng)時(shí)間揮發(fā)較多，影響反應的結果。

2.2醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉脫色效果的測定

2.2.1不同變性淀粉水處理劑的色度去除率對比
分別取醋酸酯淀粉（陰離子取代度0.0745）、季胺陽(yáng)離子淀粉（陽(yáng)離子取代度0.0131）、醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉（陰離子取代度0.0745、陽(yáng)離子取代度0.0131），按上述方法進(jìn)行印染廢水脫色實(shí)驗，脫色效果如表5所示。

由表5可見(jiàn)，在加料質(zhì)量濃度都為0.2g/L時(shí)，陰離子取代度相同的醋酸酯淀粉和醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉，色度去除率由39.25%升高為90.64%，說(shuō)明醋酸酯兩性淀粉的脫色效果明顯優(yōu)于醋酸酯淀粉；陽(yáng)離子取代度相同的季胺型陽(yáng)離子淀粉與醋酸酯兩性淀粉相比，色度去除率由50.13%升高為90.64%，說(shuō)明醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的脫色效果亦比陽(yáng)離子淀粉好。

這是因為在印染廢水中含有酸性染料、活性染料、直接染料、靛藍染料等，這些染料在水溶液中有的呈陽(yáng)離子態(tài)，有的呈陰離子態(tài)，而醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉同時(shí)對陰、陽(yáng)離子具有中和、吸附、螯合作用，再加上淀粉的半剛性鏈和柔性支鏈能將污水中懸浮的顆粒通過(guò)架橋作用絮凝沉降，因此是一種理想的印染廢水處理劑。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.2.2不同陽(yáng)離子取代度醋酸酯兩性淀粉的色度去除率對比
取不同陽(yáng)離子取代度的醋酸酯兩性淀粉（陰離子取代度都為0.0745），分別編號為1~6號：陽(yáng)離子取代度分別為0.00089、0.0050、0.0085、0.0131、0.0200、0.0413，按上述方法進(jìn)行印染廢水脫色實(shí)驗，結果如表6所示。

由表6可見(jiàn)，陽(yáng)離子取代度從0.00089變到0.0131時(shí)，印染廢水色度去除率急劇上升，變化較大；當陽(yáng)離子取代度超過(guò)0.0131，達到0.0200后，印染廢水色度去除率變化不大，甚至還略有下降的趨勢。這說(shuō)明對于醋酸酯兩性淀粉來(lái)說(shuō)合適的陰陽(yáng)離子配比對印染廢水的脫色效果有很大影響。

3結論
根據對各種類(lèi)型變性淀粉水處理劑印染廢水色度去除率對比，結果表明筆者制備的醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉的脫色效果良好，是值得推廣的印染廢水處理劑。陰離子取代度為0.0745，陽(yáng)離子取代度0.0131的醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉脫色效果最佳。經(jīng)測算合成1t上述醋酸酯陽(yáng)離子兩性淀粉印染廢水處理劑的原材料消耗為10623元，與現企業(yè)采用的絮凝脫色劑PAM10000元/t相比，在成本略有上升，但是從絮凝脫色水處理工藝比較來(lái)看，筆者制備的兩性淀粉印染廢水處理劑處理工藝簡(jiǎn)單，能徹底去除染料等有色物質(zhì)，且處理殘渣易被生物降解，不會(huì )對環(huán)境造成二次污染。