陽離子淀粉的制備及其處理含磷廢水的研究

冒愛榮，錢曉榮，陳 亮，戴 建，林可純

(鹽城工學院化學與生物工程學院，江蘇鹽城 224051)

陽離子淀粉的制備及其處理含磷廢水的研究

冒愛榮，錢曉榮，陳 亮，戴 建，林可純

(鹽城工學院化學與生物工程學院，江蘇鹽城 224051)

以淀粉為原料、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨為陽離子醚化劑，采用濕法制備陽離子淀粉?？疾炝藀H、吸附劑用量、吸附時間和吸附溫度等因素對吸附效果的影響。室溫下，陽離子淀粉對含磷模擬廢水的吸附工藝條件為:pH為3.0，吸附劑用量為12.0 g/L，吸附時間為2.0 h。在上述條件下，陽離子淀粉對磷的去除率可達90.41%。

陽離子淀粉;吸附;含磷廢水

引 言

目前，水體富營養化現象備受人們關注，它所導致的水質惡化嚴重影響了人們的生產和生活。磷是多數水體富營養化的控制性因素，富營養化水體中磷的來源主要包括外部(農業施肥、含磷工業廢水不達標排放等)進入水體的磷，以及水體內部自身底泥沉積物釋放出的磷。其中，外源污染是磷的主要來源，湖泊、水庫、河流中的磷80%來自于污水排放。機械工業常用磷化作為零件的保護層，磷化過程中產生大量的污染物，尤以磷酸鹽的排放量較大，超標嚴重。因此深入研究廢水除磷新技術，控制磷的排放，已成為一個亟待解決的問題。目前，含磷廢水的主要處理方法有生物法［1］、化學沉淀法［2］、吸附法［3-5］等，其中吸附法中常用的吸附劑有改性膨潤土、沸石、鋼渣和粉煤灰等，但在抗干擾性、溶解損失以及再生方面仍然存在一些問題。因此，尋求一種吸附容量方面性能優異的高效吸附劑已成為吸附法除磷的發展趨勢。本文以3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨為陽離子醚化劑，制備了陽離子淀粉，并以制得的陽離子淀粉為吸附劑，處理了含磷廢水，對吸附工藝進行了優化。

1 實驗部分

1.1 藥品和儀器

3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CTA，50%)，淀粉、NaOH、異丙醇、無水乙醇、鹽酸、硫酸、磷酸二氫鉀、鉬酸銨、抗壞血酸，均為分析純。

JJ-1型電動攪拌器(常州國華儀器有限公司)，SHZ-D(III)型循環水式真空泵(鞏義市英峪予華儀器廠)，pHS-3C型酸度計(上海雷磁儀器廠)，HZQ-C型水浴振蕩器(哈爾濱市東明醫療儀器廠)，WFJ-7200型可見分光光度計(尤尼柯儀器有限公司)。

1.2 實驗方法

1)陽離子淀粉的制備［6-7］

稱取100 g淀粉于三口燒瓶中，加入300 mL蒸餾水、10 mL異丙醇，攪拌均勻。稱1.6 g氫氧化鈉于小燒杯中，加適量水溶解，倒入三口燒瓶。稱8 g CTA，用 30 mL蒸餾水溶解?？刂品磻獪囟仍?0℃，開始滴加CTA水溶液，控制滴加速度、維持反應溫度不變，滴加完成后繼續反應5 h。用1 mol/L硫酸調節pH=6～7，冷卻，用80%乙醇溶液洗滌、抽濾至濾液不含氯離子，然后放置到恒溫烘箱80℃中5 h，即得陽離子淀粉。

2)絮凝實驗

于100 mL碘量瓶中，加入0.6 g陽離子淀粉和50 mL含磷模擬廢水，以硫酸溶液調節pH至3.0，室溫下于恒溫水浴振蕩器上振蕩2.0 h。

3)磷的測定［8］

測定原理:在酸性介質中，正磷酸鹽與鉬酸銨反應生成磷鉬雜多酸后，立即被抗壞血酸還原，生成藍色的絡合物。

水樣分析:取將方法2)處理后的清液25 mL，加入1 mL抗壞血酸溶液(100 g/L)混勻，30 s后加2 mL鉬酸銨溶液(130 g/L)充分混勻。室溫下放置15 min后，以水做參比，用1cm比色皿，于700 nm波長處測定其吸光度。從工作曲線上查得磷的含量。

工作曲線的繪制:取7支具塞刻度管分別加入0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0 和 15.0 mL 磷酸鹽標準溶液(2.0 μg/L)，加水至 25 mL，然后按水樣分析方法進行處理。以水做參比，測定吸光度，繪制吸光度對磷的含量的工作曲線。

4)磷的去除率的計算方法

式中:ρ(P)出水為經2)方法處理后水中磷的質量濃度，mg/L;ρ(P)原水為含磷模擬廢水的初始質量濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 pH對去除率的影響

分別移取50 mL含磷模擬廢水于6只碘量瓶中，用硫酸溶液分別調節 pH 為 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 和 7.0，分別加入 0.5 g 陽離子淀粉，室溫下于恒溫水浴振蕩器上振蕩1.5 h，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，計算出pH對去除率的影響見圖1。

圖1 pH對去除率的影響

由圖1可知，pH是影響去除率的主要因素之一。隨著pH的增加，去除率先增加后減少。當pH為3.0時，去除率達到最大。因此，將 pH確定為3.0，此時陽離子淀粉對含磷模擬廢水中磷的去除率為 86.34%。

原因是:陽離子淀粉的取代基帶正電荷，電中和能力較強，易與帶負電荷的磷酸根陰離子中和。在堿性條件下，存在大量的游離OH－，中和了陽離子淀粉的陽離子電荷，從而降低了陽離子淀粉對磷的吸附效果。而在酸性條件下，溶液中含有大量的游離H+，對陽離子淀粉的吸附能力有促進作用，所以吸附效果較好。

2.2 吸附劑用量對去除率的影響

分別移取50 mL含磷模擬廢水于10只碘量瓶中，用硫酸溶液調節 pH 為 3.0，分別加入 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 和 1.0 g 陽離子淀粉，在室溫下于恒溫水浴振蕩器上振蕩1.5 h，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，得出吸附劑用量對去除率的影響如圖2所示。

圖2 吸附劑用量對去除率的影響

由圖2可以看出，隨著絮凝劑用量的增加，去除率先增加后減少。在用量為0.6g(即12.0g/L)時達到最大。所以，將吸附劑用量確定為0.6g，此時陽離子淀粉對含磷模擬廢水中磷的去除率為87.78%。

2.3 溫度對去除率的影響

分別移取50 mL含磷模擬廢水于6只碘量瓶中，分別加入0.6 g陽離子淀粉，用硫酸溶液調節pH 為3.0，分別于室溫、30、40、50、60 和 70 ℃ 下的水浴振蕩器上振蕩1.5 h，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，計算出吸附溫度對去除率的影響見圖3。

圖3 溫度對去除率的影響

由如圖3可知，隨著溫度的增加，去除率也相應減小，表明溫度是影響吸附效果的主要因素之一，且陽離子淀粉對磷的吸附過程為一放熱過程。在保證較高去除率的前提下，綜合操作條件的簡便性，將操作溫度確定為室溫，此時陽離子淀粉對含磷模擬廢水中磷的去除率為87.78%。

2.4 吸附時間對去除率的影響

分別移取50 mL磷標準溶液于5只碘量瓶中，分別加入0.6 g陽離子淀粉，用硫酸溶液調節pH為3.0。室溫下，分別于水浴振蕩器上振蕩 30、60、90、120和150 min，后靜置3.0 h。測定上清液中磷的含量，得出時間對去除率的影響見圖4。

圖4 時間對去除率的影響

由圖4可以看出，隨著時間的增加，去除率也相應增加。當時間大于2.0 h時，去除率達到最大，當時間大于2.0 h時，去除率不再增加。所以本實驗中選擇時間為2.0 h作為最佳條件，此時陽離子淀粉對含磷廢水中磷的去除率為90.41%。

3 結論

室溫下，陽離子淀粉處理含磷廢水的最佳工藝條件為:pH為3.0，陽離子改性淀粉用量為12.0 g/L，時間2.0 h。在此工藝條件下，陽離子淀粉對含磷廢水的去除率可達到90.41%。

［1］關鵬程.生物法除磷的研究進展［J］.山西建筑，2010，36(14):183-184.

［2］張繼華.化學沉淀法處理含磷廢水［J］.工業水處理，2000，20(5):43-44.

［3］翟由濤.吸附法除磷研究進展［J］.安徽農業科學，2010，38(15):8154-8158.

［4］王曉明，張華，宮宇周.幾種基質對磷的吸附效果對比研究［J］.環境科學與技術，2010，33(6):530-533.

［5］趙桂瑜，周琪，謝麗.鋼渣吸附法去除水溶液中磷的研究［J］.同濟大學學報(自然科學版)，2007，35(11):1510-1514.

［6］貝本植，張淑芬，楊錦宗.陽離子淀粉干法制備研究進展［J］.精細化工，200l，18(6):477-480.

［7］肖錦，周勤.天然高分子絮凝劑［M］.北京:化學工業出版社，2005:39-40.

［8］GB/T11893－89，水質總磷的測定鉬酸銨分光光度［S］.

Study on Cationic Starch Preperation and Phosphorus Containing Wastewater Treatment

MAO Ai-rong，QIAN Xiao-rong，CHEN Liang，DAI Jian，LIN Ke-chun
(Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224003，China)

Cationic starch was prepared via reaction of starch with 3-chlorine-2-hydroxypropyl trimethylammonium chloride by wet-process.Effects of pH，adsorbent dosage，adsorption time and temperature on adsorption efficiency were investigated.At room temperature，the optimal adsorption condition of cationic starch for simulated phosphorus containing wastewater was:pH 3.0，adsorbent dosage 12.0 g/L，adsorption time 2.0 h，under this condition，removal rate of cationic starch for phosphorus could up to 90.41%.

Cationic starch;adsorption;phosphorus containing wastewater

O647.31

B

1001-3849(2011)06-0044-03

2011-02-20

2011-03-11