陽離子型芋頭淀粉絮凝劑的制備及其性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，水污染問題越發(fā)嚴(yán)重，此時亟待一種環(huán)境友好型絮凝劑以解決用水緊張的狀況。淀粉是地球上最為豐富的生物質(zhì)能源之一，通過對其醚化，酯化，接枝共聚等手段制備成高效，可生物降解的淀粉基絮凝劑，可實(shí)現(xiàn)淀粉資源可持續(xù)化利用。芋頭資源來源廣泛，產(chǎn)量高，每年因過多芋頭廢料的堆放造成資源的浪費(fèi)，且開發(fā)應(yīng)用少有報道，因此本論文提供了一種深加工芋頭淀粉的方案，將芋頭淀粉制備成環(huán)境友好型淀粉基絮凝劑，不僅可以減少廢料的堆放，提高經(jīng)濟(jì)效益，還可

2、以拓寬芋頭淀粉的應(yīng)用領(lǐng)域，提高產(chǎn)品附加值。
　　首先，NaOH沉淀法提取芋頭淀粉后，采用2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(GTA)為陽離子醚化劑，NaOH為堿催化劑，制備了陽離子型芋頭淀粉(Cationic Taro Starch，CTS)絮凝材料，確定合成體系含水量為25％后，采用了響應(yīng)面法對其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳工藝條件為:淀粉5g，反應(yīng)溫度為54.95℃，反應(yīng)時間為2.63h，GTA的投加量為0.92g，NaOH的投加量為

3、0.09g。優(yōu)化所得最終產(chǎn)物陽離子取代度(DS)為0.509，溶解度為53.5％，膨潤力為46.4％，糊液透明度為67.2％，相比于原淀粉，溶解度，糊液透明度變大，膨潤力變小。后對產(chǎn)品進(jìn)行紅外光譜(FTIR)和掃描電鏡(SEM)表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn):紅外光譜上顯示CTS有季銨鹽特征峰，掃描電鏡顯示產(chǎn)品顆粒表面粗糙有褶皺，兩者皆表明產(chǎn)品與目標(biāo)產(chǎn)物一致。
　　其次，選用直接紫N，活性翠藍(lán)KN-G，中性深黃GL，分散艷藍(lán)E-4R為研究對象，進(jìn)

4、一步考察CTS絮凝材料對染料的絮凝脫色性能。對直接紫N，活性翠藍(lán)KN-G，中性深黃GL，分散艷藍(lán)E-4R投加量分別為0.6g/L，0.5g/L，1.0g/L，1.8g/L，吸附平衡時間分別為30min，50min，20min，20min，染液pH為8，8，7，7時為最佳條件。脫色的吸附熱力學(xué)研究表明，CTS對四種染料的絮凝吸附均可用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型來描述，其中對直接紫N和分散艷藍(lán)E-4R更符合Langm

5、uir模型，是以單分子層吸附為主，多分子層吸附共存的復(fù)雜過程;對活性翠藍(lán)KN-G和中性深黃GL更符合Freundlich模型，是以多分子層吸附為主，單分子層吸附共存的過程。熱力學(xué)參數(shù)結(jié)果表明:脫色過程均為自發(fā)進(jìn)行的吸熱過程，對直接紫N以化學(xué)吸附為主，對活性翠藍(lán)KN-G，中性深黃GL，分散艷藍(lán)E-4R以物理吸附為主，過程均為熵增過程。動力學(xué)方程擬合得出，對四種染料的脫色過程均可用準(zhǔn)二級動力學(xué)方程闡述，活化能分別為47.963kJ/mol，

6、69.730kJ/mol，66.278kJ/mol，79.269kJ/mol，為活化能小，反應(yīng)速率快，可在常溫條件下自發(fā)進(jìn)行的過程。
　　最后，為拓寬CTS的適用范圍，將CTS與市售三種絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)，聚合硫酸鐵(PFS)，聚丙烯酰胺(PAM)進(jìn)行復(fù)配，制備了三種復(fù)合型絮凝劑:CTS+PAC，CTS+PFS，CTS+PAM。當(dāng)CTS∶PAC，CTS∶PFS，CTS∶PAM質(zhì)量比分別為1∶1，3∶2，3∶2時，為最佳復(fù)配

7、組合。后考察了投加量，pH，沉降溫度對三種復(fù)合型絮凝劑出水濁度的影響。當(dāng)CTS+PAC投加量為60mg/L時高嶺土上清液剩余濁度最低，高于對照組CTS和PAC對高嶺土的最佳絮凝性能，相對于單一CTS，性能提升了14.2％，適合在弱堿性(pH=8)和中低溫條件(20-30℃)下進(jìn)行;CTS+PFS在投加量為80mg/L時出水濁度最低，絮凝性能高于對照組PFS，但與CTS相當(dāng)，適合在中性及弱堿性，20-50℃條件下進(jìn)行;CTS+PAM在投加

8、量為80mg/L時，絮凝性能高于對照組CTS和PAM，相比于單一CTS，性能提升了16.2％，適合在pH=8，20-50℃條件下進(jìn)行。將三種復(fù)合絮凝劑比較結(jié)果發(fā)現(xiàn):三種絮凝劑最佳絮凝性能大小為:CTS+PAC≈CTS+PAM＞CTS+PFS，CTS+PAC相比于其他兩種復(fù)合型絮凝劑，在少劑量條件下，便有優(yōu)秀的絮凝性能，但CTS+PFS和CTS+PAM相比較CTS和CTS+PAC受pH、溫度影響較小，其中CTS+PAM受溫度影響較小，CT