申请日2015.09.02
公开(公告)日2017.03.08
IPC分类号C02F1/56; C02F1/62; C02F1/64; C08B37/08; C02F103/30; C02F101/20; C02F101/22
摘要
本发明涉及一种预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂及其制备方法。该絮凝剂及其制备方法，其特征在于，它是以预糊化淀粉和壳聚糖为原料，以硝酸铈铵为引发剂，在pH为9的条件下，合成改性淀粉/壳聚糖共聚物絮凝剂。在上述步骤中，改性淀粉与壳聚糖质量比为(2-5)：1, 反应温度为30-60℃，反应时间为8h，引发剂用量占体系总质量的0.1-1%。采用上述方法制备的预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂具有高效、价廉、能去除重金属离子、环境友好的特点，针对不同的污水，与常规絮凝剂相比，在较少的使用量下，能使废水重金属脱除率达到90%。
权利要求书
1.一种预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂的制备方法，其特征在于,它是以预糊化淀粉和壳聚糖为原料，以硝酸铈铵为引发剂，在碱性条件下，合成预糊化淀粉/壳聚糖接枝共聚物絮凝剂。
2.项1所述预糊化淀粉的制备方法，其特征在于，分析纯淀粉粒在温度为105-150℃、高压蒸汽压力为20—100个标准大气压条件下，通过连续式喷射蒸煮器，用高压蒸汽同淀粉乳混合使之糊化。
3.项1所述预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂制备方法，其特征在于，在上述合成步骤中，预糊化淀粉与壳聚糖的质量比为(2-5)：1，反应温度为30-60℃，反应时间为8h，引发剂用量占体系总质量的0.1-1%。
4.项1和项3所述的淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂，其特征在于，所选用淀粉天然淀粉，选自天然植物根部淀粉、块茎淀粉、谷物淀粉、豆类淀粉或其混合物。
5.上述项所述预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂，其中所述壳聚糖为化学改性脱乙酰基壳多糖，其pH值为3～5(水中浓度1%)，脱乙酰度>70%。
说明书
一种用于去除工业废水中重金属离子的预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用去除重金属离子的絮凝剂及其制备方法，具体涉及一种用于处理印染废水中金属离子的预糊化淀粉-壳聚糖接枝接枝共聚物絮凝剂，属于水处理絮凝技术领域。
背景技术
常用的水处理絮凝剂主要分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类。无机絮凝剂主要是聚合氯化铝、聚合氯化铁为主的絮凝剂，其原理是，通过混凝固体的碰撞，使其水解产物附聚、架桥絮凝形成可沉降的或可过滤的絮凝物，以达到净化水质的目的。但无机絮凝剂均有色度去除效率低，容易有金属残留危害人体健康等缺陷。因此无机絮凝剂固有缺点将其限制在有限的范围内。为了弥补无机絮凝剂的缺陷，有机高分子絮凝剂被广泛地应用和研究。有机絮凝剂是指能产生絮凝作用的天然的或人工合成的有机分子物质，其主要为水溶性线型高分子物质，比如蛋白质或多糖类化合物等，在水中大部分可电离，形成高分子电解质。但是，在实际使用中，有机絮凝剂存在速溶性差，废渣含水率高，容易受到水中共存离子、pH值及温度的影响，而且价格较贵等问题。而且，无论无机絮凝剂还是有机絮凝剂都对印染废水中的Cr2+，Pb2+，Hg2+等重金属离子的去除效率都比较低。
壳聚糖又称壳多糖、甲壳糖，是一种天然高分子直链多糖，是甲壳素在碱性条件下水解并脱去部分乙酰基后生成的衍生物。甲壳素是自然界中储量仅次于纤维素的第二大有机资源，来源十分丰富。壳聚糖可以借助氢键和离子键形成类似笼状的分子，对重金属离子具有较强的吸附能力。但是，壳聚糖在作为絮凝剂使用时，pH值适用范围较窄，常温下溶解度较低，絮凝性能相对较弱。
淀粉是绿色植物将二氧化碳和水经光合作用合成的天然植物多糖;淀粉作为一种天然高分子不但具有价格便宜、可再生、来源广及可完全被生物降解的优点，而且还有无毒、分子量分布广及活性基团多等优点。对淀粉及其衍生物通过化学处理，可以增强其对悬浮体系中颗粒物的捕捉与絮凝作用。淀粉的预糊化，是指淀粉粒在适当温度下在水中溶胀、分裂、形成均匀糊状溶液的作用。糊化作用是为了将淀粉粒中有序及无序(晶质与非晶质)态的淀粉分子之间的氢键断开，分散在水中成为胶体溶液，充分利用其长链结构、柔性结构及刚性 结构，增强淀粉颗粒的反应性和溶解性。
随着我国环境压力日益巨大，国家对工业污水的排放制定了越来越严的排放标准，印染废水中的重金属残留问题急需一种高效并且廉价的方法得以解决。淀粉和壳聚糖均为天然高分子材料，其具有来源广泛，价格低廉，并且产物完全可被生物降解的特点，可在自然界中形成良性循环。而淀粉和壳聚糖都存在室温下溶解度较低、絮凝性能差等不足，所以我们通常都要对二者进行处理后使用，使其添加相应的基团，达到去除重金属污染物的功能。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种由具有高效、价廉、环境友好的预糊化淀粉和壳聚糖共聚絮凝剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
该预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂是以预糊化淀粉和壳聚糖为原料，硝酸铈铵为引发剂，在碱性条件下，合成预糊化淀粉-壳聚糖接枝接枝共聚物，并用红外光谱对聚合物结构进行表征。
本发明涉及如下方面：
1.一种预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂的制备方法，其特征在于,它是以预糊化淀粉和壳聚糖为原料，以硝酸铈铵为引发剂，在碱性条件下，合成预糊化淀粉/壳聚糖接枝共聚物絮凝剂。
2.项1所述预糊化淀粉的制备方法，其特征在于，淀粉粒在温度为105-150℃、高压蒸汽压力为20—100个标准大气压条件下，通过连续式喷射蒸煮器，用高压蒸汽同淀粉乳混合使之糊化。
3.项1所述预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂制备方法，其特征在于，在上述合成步骤中，在pH值为9，预糊化淀粉与壳聚糖的质量比为(2-5)：1，反应温度为30-60℃，反应时间为8h，引发剂用量占体系总质量的0.1-1%。
4.项1和2所述的淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂，其特征在于，所选用淀粉天然淀粉，选自天然植物根部淀粉、块茎淀粉、谷物淀粉、豆类淀粉或其混合物。
5.上述项所述预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂，其中所述壳聚糖为化学改性脱乙酰基壳多糖，其pH值为3～5(水中浓度1%)，脱乙酰度>70%。
针对不同的使用环境，选用不同的预糊化淀粉与壳聚糖接枝共聚。由于预糊化淀粉上具有很好的分散性和大量的羟基，而壳聚糖分子链上具有大量的伯氨基，所以预糊化淀粉和壳 聚糖可以通过正负电荷吸引形成接枝共聚物。并且，经过改性后的淀粉-壳聚糖接枝共聚物具有分子量分布广，活性基团多，结构多样等特点。而且淀粉和壳聚糖都具有来源丰富，价格低廉的特点，最重要的是两种主要的原料均来自于天然，安全无毒。并可以完全生物降解，具有优良的环境友好性。
预糊化淀粉-壳聚糖接枝共聚物絮凝剂正是符合高效、无毒、环保、适用性强等要求，适合复杂的工业废水脱色和沉降。并且，该共聚絮凝剂具有优良的环境友好性，可完全被生物降解，不会造成二次污染。
经过实验，预糊化淀粉与壳聚糖在质量比为2：1，反应温度为60℃，引发剂硝酸铈铵质量占整个体系质量0.5%，反应时间为8小时时，接枝共聚物絮凝剂使普通工业废水重金属离子脱除率可达到90%以上，为最佳反应条件。