淀粉基复合絮凝剂的制备及其研究

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淀粉是一类十分重要的天然高分子材料,以淀粉作为原材料制备的天然高分子絮凝剂在水处理方面的研究取得了重大进展。然而,这一类絮凝剂在水处理过程中仍然存在着制备过程复杂、成本高、反应条件要求严格、无法实现大规模的生产等一系列问题。因此,制备一种廉价、高效短流程、水处理效果优异的淀粉基复合絮凝剂成为了迫切的需求。本文以不同辐照剂量的高能电子束对玉米淀粉进行改性处理,从中选择较理想的辐照淀粉,在此基础上引入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)与丙烯酰胺(AM)单体,结合双螺杆挤出工艺,制备出淀粉基复合絮凝剂,研究了辐照对淀粉结构的影响以及絮凝剂样品的制备条件与其性能之间的关系,并结合水处理实验结果确定最佳条件。具体研究内容和结论如下:首先,以高能射线对淀粉进行4-80kGy范围的辐照处理,系统的研究了各个辐照剂量的淀粉所表现的性质。结果表明:在20kGy以前,辐照淀粉粘度下降明显,说明此时淀粉分子大小有所下降;辐照对淀粉的影响主要是断链降解,在经4kGy初步辐照时,淀粉中200万级别的分子量含量从19.8%降低至6%,随着辐照剂量增大,淀粉分子量区间整体向小分子量区间平移;辐照后,淀粉内的自由基含量随着辐照剂量的增加而逐渐提升,原玉米淀粉中支、直链含量比值为73:27,当辐照剂量增至10kGy时,支链淀粉相对含量减少至55.8%,直链淀粉相对含量增加至40.2%,继续增加辐照剂量,淀粉分子最终分解为众多短直链以及大量葡萄糖链碎片。其次,选出相对较理想的4kGy辐照淀粉与DMC、AM单体共混,通过初期探索实验设计出正交实验方案,结合双螺杆挤出工艺,制备出淀粉基复合絮凝剂,并研究了产物的各项指标。分析发现:所制产物外观呈现出一种紧密的凹槽结构;对各个产物的水溶性进行测定发现,产物的水溶性较强,均达到93%以上;产物接枝率随样品配比中DMC、AM单体含量的增加而逐渐增加,且DMC含量的变化对产物的接枝率的影响较大,在DMC、AM单体含量分别达到10%与5%后,产物的接枝率变化逐渐变小;通过对产物中的Cl离子以及N元素含量进行分析得出辐照淀粉成功接枝了两种单体;产物的热稳定性与淀粉的失重过程相似,稳定性较理想。最后,将所制的各个产物应用于纺织厂印染废水处理实验当中,并研究了各个产物对废水水质的影响。结果表明:产物的最佳投加量为0.5g/L,此时所制备的6号与9号样品表现出最优异的性能,浊度去除率分别为97.8%、92.6%,色度去除率分别为93.7%、93.6%,化学需氧量(COD)去除率分别为88.7%、88.8%。污水经辐照后再进行水处理实验,能在一定程度上降低水体色度与COD值,并且适量加入聚合铝以及对污水进行轻度辐照处理,均能有效降低絮凝沉降的时间;出于对絮凝沉降过程的优化,提出将离心分离技术应用到水处理过程中,处理后对水体的浊度、色度值影响微小;研究还发现pH值为6-8时,所制样品的絮凝效果最优异。通过本文的研究,提出了一种高效短流程、能实现大规模制造且廉价的淀粉基复合絮凝剂制备方法,该法制备的絮凝剂具有良好的水处理效果,为淀粉基复合絮凝剂的工业应用提供了一种参考。
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