氧化淀粉及其復(fù)配物阻垢性能的研究

胡春玲,劉存川

(1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646000;2.長慶油田采氣三廠作業(yè)二區(qū)，內(nèi)蒙古 烏審旗 017300)

1 概述

淀粉屬于天然高分子環(huán)狀聚合物，具有"外腔親水，內(nèi)腔疏水"的特性，其外側(cè)的大量羥基對高價金屬離子具有螫合作用，故天然淀粉具有一定的緩蝕阻垢性能[1]。淀粉氧化后可生成低分子量的氧化產(chǎn)物，且分子鏈上的羥基被酸解或氧化成羧基阻垢性能提高，本文研究了玉米淀粉改性后的阻垢性能同時選擇了四種化合物與其進行復(fù)配以提高阻垢效果。

2 實驗部分

2.1 實驗方法

2.1.1 酸解淀粉

將玉米淀粉調(diào)制成35%的淀粉乳，加熱至50℃,加入相對于淀粉2%的鹽酸,反應(yīng)3.5h,反應(yīng)完成后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值6-7,過濾、洗滌、烘干。

2.1.2 氧化淀粉

將酸解后的淀粉調(diào)制成35%的淀粉乳，加入氫氧化鈉調(diào)整pH值9～10，加熱至50℃．加入相對于淀粉1.5%的過氧化氫，反應(yīng)5h，過濾、洗滌、烘干。

2.1.3 鼓泡法測定阻垢率

升高實驗溫度在50℃的條件下，模擬循環(huán)冷卻水在換熱器中的受熱和在冷卻塔中的曝氣兩個過程，向含有240mg/LCa2+的標準試液中鼓入空氣，促使碳酸氫鈣分解為碳酸鈣，反應(yīng)如下：

試液迅速達到其自然平衡。然后用鈣黃綠素-酚酞混合指示劑及EDTA測定試液中鈣離子的穩(wěn)定濃度。鈣離子的穩(wěn)定濃度越大，則該水處理劑的阻垢性能越好。

2.2 實驗結(jié)果與討論

2.2.1 阻垢實驗

將氧化后的淀粉按照以下添加量加入試液中，用鼓泡法測定阻垢性能，結(jié)果見表1。

表1 氧化淀粉阻垢率

由表1可知,當試液中氧化淀粉的添加量增加的時候，試液中鈣離子濃度也逐漸增加，說明，氧化改性之后的淀粉對試液中的鈣離子具有一定的阻垢分散作用，但是在最佳添加量3～4mg/L的情況下，阻垢率也只達到了50.76%，所以下面對長分子鏈的淀粉先進行酸解，降低分子量增加分子中的羧基含量，再進行氧化改性后測試其阻垢率。

2.2.2 氧化酸解淀粉阻垢實驗

將酸解之后的淀粉再氧化，之后按照以下添加量加入試液中，用鼓泡法測定阻垢性能，結(jié)果見表2。

表2 氧化酸解淀粉阻垢率

由表2可知，氧化酸解后的淀粉對試液的阻垢效果相比較于氧化淀粉已有明顯提高，在最佳添加量3～4mg/L條件下，阻垢率已提高到58.28%。但是阻垢效果仍然有上升空間。所以，單獨使用改性淀粉做循環(huán)水阻垢劑的效果一般，考慮由改性淀粉與其他化合物進行復(fù)配使用。

2.2.3 氧化酸解淀粉與木質(zhì)素復(fù)配物阻垢實驗

木質(zhì)素是自然界僅次于纖維素的第二大天然高分子化合物, 木質(zhì)素及其衍生物具有一定的分散、螯合性能。在水處理中可作為絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑等使用[2]。將氧化酸解淀粉與木質(zhì)素按照以下比例進行復(fù)配后，按照5mg/L的總添加量加入試液中，用鼓泡法測定阻垢性能，結(jié)果見表3。

表3 氧化酸解淀粉與木質(zhì)素復(fù)配物阻垢率

由表3可知，適量復(fù)配木質(zhì)素后，復(fù)配物的阻垢率高于單獨使用氧化酸解淀粉，木質(zhì)素：氧化酸解淀粉3∶2時阻垢率達到60.11%，此時如果再增加木質(zhì)素的配比，因木質(zhì)素的溶解問題導(dǎo)致阻垢率反而下降。而木質(zhì)素磺酸鹽的溶解度明顯高于木質(zhì)素本身，下面就由木質(zhì)素磺酸鹽進行復(fù)配實驗。

2.2.4 氧化酸解淀粉與木質(zhì)素磺酸鹽復(fù)配物阻垢實驗

磺化木質(zhì)素可用作分散劑、增塑劑和混凝土減水劑等，同時磺酸基團往往能有效穩(wěn)定金屬離子，對鐵垢也具有一定的阻垢分散作用[3]。將氧化酸解淀粉與木質(zhì)素磺酸鹽按照以下比例進行復(fù)配后，按照5mg/L的總添加量加入試液中，用鼓泡法測定阻垢性能，結(jié)果見表4。

表4 氧化酸解淀粉與木質(zhì)素磺酸鹽復(fù)配物阻垢率

由表4可知，木質(zhì)素磺酸鹽與氧化酸解淀粉復(fù)配之后，其阻垢性能優(yōu)于木質(zhì)素復(fù)配物，最高阻垢率可以達到69.39%。但是由于磺酸鹽本身化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，屬于較難自然降解的化合物，應(yīng)避免大量使用。

2.2.5 氧化酸解淀粉與焦性沒食子酸復(fù)配物阻垢實驗

焦性沒食子酸，是一種具有多種用途的化學(xué)試劑和化工原料, 廣泛用于醫(yī)藥合成、農(nóng)藥及電子產(chǎn)品等, 作為高分子材料的助劑以及化學(xué)分析試劑等[4]。將氧化酸解淀粉與焦性沒食子酸按照以下比例進行復(fù)配后，按照5mg/L的總添加量加入試液中，用鼓泡法測定阻垢性能，結(jié)果見表5。

表5 氧化酸解淀粉與焦性沒食子酸復(fù)配物阻垢率

由表5可知，由于焦性沒食子酸是比較常見的水處理劑之一，與氧化酸解淀粉復(fù)配后可大幅提高阻垢率，最高阻垢率可達到72.96%，最佳配比焦性沒食子酸：淀粉3∶2。下面再嘗試用另一種常見的天然高分子化合物單寧與氧化酸解淀粉進行復(fù)配。

2.2.6 氧化酸解淀粉與單寧復(fù)配物阻垢實驗

單寧由于分子中具有多種活性官能團,它可作為絮凝劑、阻垢分散劑、緩蝕劑、離子交換樹脂在水處理中得到應(yīng)用[5]。將氧化酸解淀粉與單寧按照以下比例進行復(fù)配后，按照5mg/L的總添加量加入試液中，用鼓泡法測定阻垢性能，結(jié)果見表6。

表6 氧化酸解淀粉與單寧復(fù)配物阻垢率

由表6可知，當氧化淀粉與常用的阻垢分散劑單寧復(fù)配后，阻垢率明顯提高，在最佳配比1∶1的條件下阻垢率達到81.82%。此時的阻垢效果已基本達到一般循環(huán)冷卻水的阻垢要求了。

3 結(jié)語

以玉米淀粉為原料通過酸解氧化改性后，可以作為循環(huán)水阻垢劑進行使用，但是單獨使用時的阻垢效果不好，阻垢率最高只能夠達到58.28%。選擇其他高分子化合物與氧化酸解淀粉復(fù)配實驗后發(fā)現(xiàn)，單寧作為一種常見的水處理劑，與氧化玉米淀粉1∶1復(fù)配時對試液的阻垢效果最好，阻垢率為80.4%。