_改性淀粉絮凝剂的制备及其在造纸废水处理中的应用

中国造纸学报TransactionsofChinaPulpandPaperVol.30，No.2，2015改性淀粉絮凝剂的制备及其在造纸废水处理中的应用廖益强卢泽湘郑德勇林铭魏起华张慧谢拥群(福建农林大学材料工程学院，福建福州，350002)摘要:以玉米淀粉和丙烯酰胺为原料、硝酸铈铵为引发剂，通过接枝共聚反应对淀粉进行改性，合成了淀粉/丙烯酰胺接枝共聚物(SAM)，即改性淀粉絮凝剂。将合成的SAM絮凝剂用于造纸废水絮凝处理，讨论了SAM絮凝剂用量、废水的温度和pH值等因素对处理效果的影响。研究显示，在丙烯酰胺与淀粉质量比为2∶1、引发剂浓度2.0mmol/L、反应温度40℃、反应时间3h、反应体系pH值4.0的条件下，SAM絮凝剂合成反应的接枝率达到68.5%;红外光谱分析表明丙烯酰胺成功接枝在玉米淀粉基质中。将SAM絮凝剂用于处理混合造纸废水，当SAM絮凝剂用量为12mg/L、废水pH值7～9、温度30℃条件下，CODCr去除率为88.4%，浊度去除率为91.2%，BOD5去除率为85.5%，处理后废水透光率为93.3%。关键词:改性淀粉;絮凝剂;造纸废水;接枝共聚中图分类号:TQ314.253;X793文献标识码:A文章编号:1000-6842(2015)02-0034-05收稿日期:2014-11-25基金项目:福建省教育厅资助项目(JA09068，JB13036，6112c07a7);福建省自然科学基金资助项目(2014J01069，K55NI946A);国家级大学生创新创业训练计划项目(201310389024，201410389024)。作者简介:廖益强，男，1971年生;博士，副教授;主要从事生物质综合利用方面的研究工作。E-mail:fafulyq01@163.com改性淀粉絮凝剂具有无毒、价廉、易于生物降解、原料来源广以及可在自然界形成良性循环等优点而受到广泛关注［1-3］。20世纪80年代以来，国外对改性淀粉絮凝剂研发日益增多，如美、日、英等国在废水处理中已开始使用淀粉衍生物絮凝剂，目前已有很多商品化产品［4-6］。我国在改性淀粉絮凝剂的研究方面也取得了一定进展，通过淀粉表面官能团的转化和接枝共聚反应，合成一系列无毒、低成本、具有良好絮凝效果的有机高分子絮凝剂［7-8］，但合成的絮凝剂用于废水处理时效果并不理想，且用于造纸废水处理方面的研究很少［9］。因此，如何充分利用农副产品中的天然有机高分子化合物，开发高效、多功能、价廉的生物质基絮凝剂对综合利用天然资源及处理工业废水具有十分重要的现实意义。本研究采用化学接枝方法，以玉米淀粉和丙烯酰胺为原料、硝酸铈铵为引发剂，通过接枝共聚反应对淀粉进行改性，制备了淀粉/丙烯酰胺接枝共聚物(SAM)，即改性淀粉絮凝剂，并将其用于造纸废水处理，旨在研究SAM絮凝剂的制备工艺及其在造纸废水处理中的使用效果。1实验1.1材料实验用淀粉为玉米淀粉(食品级)，购自山西胡兰利康食品有限公司。丙烯酰胺，化学纯，重结晶后50℃下干燥并密封备用;硝酸铈铵、重铬酸钾为分析纯;丙酮、无水乙醇为化学纯;高纯度氩，纯度≥99.999%。实验用造纸废水取自福建青山纸业股份有限公司，为进入废水处理车间的混合废水。废水主要指标:BOD5为372mg/L，CODCr为1252mg/L，SS为185为mg/L，pH值为9，温度为35℃，浊度126mg/L，透光率5.6%。1.2仪器Nicolet380傅里叶红外光谱仪(美国热电公司)，GZ20散射式浊度仪(苏州青安仪器有限公司)，722可见分光光度计(上海宇隆仪器有限公司)，PH51pH计(新加坡EVTECH优特有限公司)，BSA22E电子天平(北京赛多利斯仪器有限公司)。1.3实验方法1.3.1SAM合成称取5.0g淀粉置于带有搅拌器、温度计和回流冷凝装置的250mL四口烧瓶中，加入150mL蒸馏水。在氩气保护下，于80℃恒温水浴中加热30min，淀粉糊化形成半透明溶液，然后降温至40℃搅拌15min，加入一定浓度的硝酸铈铵溶液和一定量的丙43第30卷第2期改性淀粉絮凝剂的制备及其在造纸废水处理中的应用烯酰胺，反应3h后冷却至室温，得到反应产物，即含有20%～30%淀粉的SAM絮凝剂。1.3.2单体转化率、接枝率、接枝效率的计算反应产物用丙酮沉淀，无水乙醇洗涤4次去除可溶性淀粉，真空干燥至质量恒定后，粉碎、筛分，所得产物为粗接枝共聚物。采用Alpha1506紫外可见分光光度计测定反应体系中游离的丙烯酰胺单体含量，并按公式(1)计算单体转化率。由于粗接枝共聚物中含有丙烯酰胺均聚物，取2.0g粗接枝共聚物用冰乙酸和乙二醇的混合溶剂(体积比为3∶2)在索氏提抽器中抽提4h至质量恒定，再用甲醇洗涤3次，沉淀后于60℃下真空干燥至质量恒定，所得产物为纯接枝共聚物(S