改性天然高分子絮凝剂的研究与应用现状毕业设计

改性天然高分子絮凝剂的研究与应用现状毕业设计目录1。

概述 (1)2。

絮凝剂絮凝机理研究概况 (1)3。

絮凝剂研究应用现状 (1)3。

1碳水化合物类絮凝剂 (2)3。

1。

1以淀粉为原料的改性絮凝剂 (2)3。

1。

2魔芋葡甘聚糖磷酸酯改性絮凝剂 (8)3。

1。

3丹宁为原料的改性絮凝剂 (9)3。

1。

4以木质素为原料的改性絮凝剂 (9)3。

2甲壳素类絮凝剂 (14)3。

2。

1甲壳素和壳聚糖的应用 (14)3。

2。

2壳聚糖改性 (15)4。

结论 (17)5。

展望 (18)参考文献 (18)1。

概述随着人们环境意识的增强，以及我国可持续性发展战略的实施，防止污染、保护环境的工作已引起各级政府的高度重视。

目前，我国水环境的污染已比较严重，水体污染和水源危机是关系到国计民生的重要问题，今后几年供水紧和污水净化将成为我国乃至世界各地面临的主要难题之一。

城市生活污水和工业废水在排放到天然水体之前，须经过处理，以除去水中的悬浮物、杂质、粒子等。

在废水处理过程中，絮凝沉降法是目前国外普遍采用的处理废水的一种既经济又简便的水质处理方法，而改性天然高分子絮凝剂由于原料来源广泛、价格低廉、无毒、易于生物降解、无二次污染等特点，显示了良好的应用前景，受到了国外众多研究工作者的重视和关注。

2。

絮凝剂絮凝机理研究概况自20世纪50年代以来，人们对絮凝作用机理作了大量深入的研究，先后提出了许多理论。

总的来说，大致经历了三个主要的发展阶段。

20世纪60年代以前，有关絮凝的理论主要以胶体化学理论作为其理论基础，有根据经典胶体化学理论的Gwoy一Chap man双电层模型而建立的DLVO凝聚物理理论，以及由Smolu- chowski提出并由Camp和Stein加以实用化的絮凝速度梯度理论，该理论强调了压缩颗粒双电层的扩散层机理，降低或消除颗粒间的势能峰垒的凝聚作用机理以及层流速度梯度决定着颗粒间碰撞效率的机理。

20世纪60年代后，相继提出了电中和吸附凝聚、吸附架桥理论以及微涡旋混凝动力学理论，强调了凝聚絮凝过程中的化学作用3。

絮凝剂研究应用现状改性天然有机高分子絮凝剂按其原料来源可分为碳水化合物类、甲壳素类和微生物絮凝剂类。

4碳水化合物类絮凝剂这类物质广泛的存在于植物中，包括淀粉、纤维素、木素和丹宁等。

由于它们含有活性基团，如羟基、酚羟基等，表现出较活泼的化学性质，通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝、共聚等化学改性，其活性基团大量增加，对悬浮体系的悬浮物有更强的捕捉与促沉作用，可提高絮凝效果。

在这类物质中，淀粉改性絮凝剂的研究尤为引人注目，因为天然淀粉资源十分丰富，如土豆、玉米、木薯、菱角、小麦等均有高含量的淀粉，它们可以通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联等改变其性质。

在国外水处理剂市场中，有不少改性淀粉絮凝剂，如美国氨氰公司的Aerofloc，Buckman 公司的Budond，国家淀粉化学公司的Zfloc- Aid 和 Starch -es613- 45 以及Zyork Shiree、Dyew are 公司的 Wispro -loc。

我国研究淀粉衍生物作为水处理絮凝剂近年来也已取得了较好的成果。

我国也有从其它天然高分子化合物改性而得的絮凝剂，如魔芋葡甘聚糖磷酸酯絮凝剂、丹宁絮凝剂、木素絮凝剂等。

4。

1以淀粉为原料的改性絮凝剂天然淀粉资源十分丰富，如土豆、玉米、木薯、菱角、小麦等均有高含量的淀粉，据统计，自然界中含淀粉的天然碳水化合物年产量达 5000 亿吨，是人类可以取用的最丰富的有机资源。

淀粉及其衍生物是一种多功能的天然高分子化合物，具有无毒、可生活降解等优点。

它是一种六元环状天然高分子，含有许多羟基，通过这些羟基的化学反应生产改性淀粉，另外，淀粉还能与乙烯类单体如丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等起接枝共聚反应生成共聚物，可用作絮凝剂、增稠剂、黏合剂、造纸助留剂等。

淀粉作为一种天然资源目前已广泛应用于各个工业领域。

通过分子切断、重排、氧化或在淀粉分子中引入取代基，所制得的性质发生变化的淀粉衍生物，被广泛地用于水处理、食品、造纸和纺织等行业。

随着淀粉工业的发展，变性淀粉的研究和生产日趋旺盛起来，在工业中的应用也愈加广泛。

早在1941年，W。

E。

Raybould发现碱化淀粉有一定的絮凝作用。

此后，越来越多的研究工作者致力于改性淀粉絮凝剂的研究工作。

本文分别就絮凝剂中常用的非离子型变性淀粉絮凝剂、阳离子型变性淀粉絮凝剂、阴离子型变性淀粉絮凝剂、两性变性淀粉絮凝剂和复合型变性淀粉絮凝剂等进行介绍，综述其生产和研究进展，展望了淀粉类絮凝剂在污水处理中的发展趋势。

4。

1。

1常用的淀粉衍生物的生产及应用淀粉变性一般可采取物理、化学和酶法等方法生产。

经过不同方法处理的变性淀粉可作为多功能污水絮凝剂用于水处理，按所带电荷的不同，淀粉类絮凝剂可分为非离子型、阳离子型、阴离子型、两性和复合型等。

（1）非离子型淀粉衍生物絮凝剂丙烯酰胺接枝淀粉淀粉接枝共聚物是以亲水的、半刚性的淀粉大分子为骨架，与柔性的聚丙烯酰胺支链相配合形成接枝共聚物，其在水中充分溶胀，有很大的分子空间体积和细长支链，使其具有比聚丙烯酰胺更大的絮凝能力，较强的适应能力和稳定性。

因其聚合物侧链基团与许多物质亲和、吸附，形成氢键;或这种侧链与被絮凝物质形成物理交联状态，使被絮凝物质沉淀下来，常用于处理印染废水中的染料、造纸厂水的短纤维及其他悬浮物。

但单纯丙烯酰胺接枝淀粉的絮凝效果不太理想，近年来的研究趋向于淀粉接枝丙烯酰胺共聚物与其他絮凝剂的复合应用，或者将其再进行复合变性以适应工业需求。

如曾媛等以聚合氯化铝(PAC)和淀粉-丙烯酰胺接枝聚合物(ST-AM)为原料，合成了一种新型的无机-有机复合絮凝剂(PACSAM)。

结果表明在很宽的pH围，PAC-SAM均表现出了良好的脱色性能。

在PACSAM加入量为25 mg/L时， PACSAM对实际印染废水的脱色率、COD去除率、浊度去除率分别为96。

4%、92。

1%、98。

5%，废水处理效果明显。

羟丙基淀粉羟丙基淀粉是环氧丙烷与淀粉在碱性条件下发生醚化反应制得的。

其高取代度产物呈非离子状态，淀粉糊十分稳定，甚至在高pH的条件下也能保持醚键的稳定性，且制备工艺简单，在水中通过化学搭桥和捕集清扫作用与被絮凝物质发生共沉，能在较宽的pH条件下处理各种工业废水。

目前将其用于污水处理报道很少，原因是羟丙基淀粉较之其他淀粉衍生物，絮凝效果并不十分理想。

其他类型的非离子型淀粉衍生物以N，Nc-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，与可溶性淀粉发生交联反应，使其与多个淀粉分子/架桥0在一起，形成的N，Nc-亚甲基双丙烯酰胺交联淀粉微球(ASM)。

新法等用反相悬浮法合成了N，N -'亚甲基双丙烯酰胺交联淀粉微球，并以其对Cu2+、Cr3+、Cd2+、Pb2+吸附性能做了研究。

结果显示ASM对金属离子具有良好的吸附性能。

此研究也表明ASM在含重金属离子废水的处理中也有较好的应用前景。

虽然目前国外对其在水处理中的应用研究不多，但ASM合成工艺条件简单且易于控制，反应时间短，与其他吸附剂相比具有明显的成本优势，在含重金属离子废水的处理中具有广阔的市场潜力。

2）阳离子淀粉衍生物絮凝剂阳离子改性淀粉是胺类化合物与淀粉分子的羟基在碱催化作用下反应生成的具有氨基的醚衍生物，使氮原子带正电荷，其对负电荷物质的亲和性可以吸附絮凝工业废水中带负电荷的有机或无机悬浮物质。

阳离子淀粉一般分为季铵型和叔胺型，季铵型阳离子淀粉絮凝剂一般采用淀粉和季铵盐醚化剂(GTA或CTA等)反应制得， pH适应围广，在工业废水处理中是优良的高分子絮凝剂。

叔胺型阳离子淀粉是较早开发的品种，但因其只能在酸性条件下呈电性，相对与可在较大pH围呈电性的季铵型阳离子淀粉絮凝剂有明显缺陷，所以对其研究不多。

近年来有关阳离子型淀粉絮凝剂的研究报道很多，如Svetlana Bratskaya等采用浊度测量和胶体滴定的方法，研究了取代度为1。

54阳离子马铃薯淀粉衍生物高岭土分散体系中的絮凝性能。

发现絮凝剂用量随着取代度的增加而减少。

Chen 等用高岭土研究了阳离子淀粉的絮凝机理，发现阳离子淀粉主要依靠静电相互作用对废水中的离子进行吸附。

因此阳离子淀粉絮凝剂可用于去除含重铬酸盐、氰化物等有害物质及阴离子表面活性剂的各种污水，此外也能对含煤粉、碳、矿沙纤维素等悬浮液进行沉降，且具有较强的脱色能力，对COD有较高的去除率。

鲁娇等研究发现阳离子淀粉对油、聚合物、悬浮物的去除也有比较理想的处理效果。

由此可见，阳离子淀粉絮凝剂在水处理工业上应用十分广泛。

也有采用其他醚化剂制备的，如YupingWei等分别以缩水甘油基辛基二甲基氯化铵(GODAC)、缩水甘油基十二烷基二甲基氯化铵(GDDAC)和缩水甘油基十四烷基二甲基氯化铵(GTDAC)等为阳离子化试剂合成了系列阳离子型淀粉衍生物。

通过研究高岭土悬浮液清液层的透射率发现，产物中含长链的S-GTDAC的絮凝效果最好，透射率为93。

9%(S-GODAC为90。

4%，S-GDDAC为92。

7% )，絮凝性能优于商业产品MP-584。

一般阳离子型淀粉絮凝剂的絮凝效果与其取代度有很大的关系。

如Krentz等研究了不同取代度(DS)淀粉衍生物的絮凝效率，比较了其结构性质。

发现取代度为0。

6的阳离子淀粉具有较好的脱水效率、成本效率和生态安全性。

由此可见，阳离子改性淀粉絮凝剂相对于其他类型的淀粉絮凝剂优势比较明显，所以近几年对这方面的报道很多。

不过目前阳离子淀粉醚化剂的种类较少，一般采用季铵盐进行醚化反应，但季铵盐性质不稳定、难合成、吸水性极强，且价格较高。

因此，开发更多类型的醚化剂以拓展阳离子淀粉的生产工艺将成为今后的发展趋势。

阴离子型变性淀粉絮凝剂淀粉磷酸酯淀粉与磷酸盐酯化反应得到淀粉磷酸脂。

淀粉磷酸双脂是主要的食品添加剂，而单脂的取代度一般在0。

02~0。

2之间，被广泛应用于许多工业中。

在废水处理方面，常作为洗煤厂尾水的处理。

若与其他絮凝剂混合使用不但能够提高絮凝效果，还可应用于各种生活污水、食品生产废水、纸浆废水、油钻井水及矿物加工的高悬浮物废水的处理。

RandalL。

Shogren研究发现磷酸化玉米淀粉作为絮凝剂虽不能有效地去除水中的高岭土离子，但若有少量的Ca2+存在，磷酸化淀粉可有效降低高岭土浓度至3~4 ppm。

虽然常用的人工聚合絮凝剂(聚丙烯酰胺/聚丙烯酸)的处理效果可达到1ppm，但是这种淀粉成本低廉，经济优势明显。

淀粉磷酸脂在直接用于污水处理效果并不十分突出，但将磷酸酯淀粉与其他类絮凝剂混合使用，处理效果明显。

如含4~10 mg/kg磷酸酯淀粉与聚丙烯酰胺配合使用，每吨洗煤厂废水只需0。

28 kg磷酸酯淀粉与0。