天然淀粉改性絮凝劑的應用分析

肖瑀 鄭學斌 仰玲玲 劉艷萍 許睿

摘 要：隨著社會的進步，人們越來越意識到環境保護的重要性。人們的生產、生活離不開廢水的排放，但若這些廢水沒有進行適當處理，則會對環境造成非常嚴重的污染。因此在降低控制廢水處理成本的同時，提升廢水處理的效果，是目前較為熱門的研究領域。在一系列絮凝劑中，天然淀粉改性絮凝劑既有著較好的凈水效果，同時其制作成本較低，制作原料較易獲取，這些特點也讓改性天然淀粉絮凝劑成為目前使用最為廣泛的廢水處理絮凝劑之一。

關鍵詞：天然淀粉;絮凝劑;凈水;應用

Application Analysis of Natural Starch Modified Flocculant

XIAO Yu， ZHENG Xuebin， YANG Lingling， LIU Yanping， XU Rui

（Hefei Technology College， Hefei 238000， China）

Abstract： With the progress of society， people are more and more aware of the importance of environmental protection. People’s production and life are inseparable from the discharge of waste water， but if the waste water is not properly treated， it will cause very serious pollution to the environment. Therefore， it is a popular research field to reduce the cost of wastewater treatment and improve the effect of wastewater treatment. In a series of flocculants， the modified natural starch flocculant not only has good purification effect， but also has low production cost and easy access to raw materials. These characteristics also make the modified natural starch flocculant become one of the most widely used flocculants for wastewater treatment.

Keywords： natural starch; flocculant; water purification; application

環境保護直接影響著人們今后的生活與可持續發展，而廢水處理一直是環境保護中的重點、難點，廢水會污染河流、湖泊，嚴重的則會影響到人們的用水安全，而飲用水資源是地球上較為緊缺的資源，因此相關部門對廢水的排放應更加嚴格管理。其中絮凝方法是一種低成本、高效率的廢水處理方法，這種方法所使用的原材料非常容易獲取，而其對廢水的處理效果又比較好，因此成為了最廣泛使用的廢水處理方法之一。在一系列絮凝劑中，天然淀粉的來源廣泛，且不會對環境造成二次傷害，是理想的絮凝劑原材料。

1 淀粉類絮凝劑

淀粉屬于多分子化合物的一種，其分子鏈上存在游離羥基，這些羥基會和酸、酯、醚等發生反應，利用此原理可制備改性淀粉類絮凝劑。改性淀粉類絮凝劑按照其親水基離子的帶電性可以將其分為非離子淀粉絮凝劑、陽離子淀粉絮凝劑、陰離子淀粉絮凝劑以及兩性型淀粉絮凝劑[1]。

1.1 非離子淀粉絮凝劑

非離子淀粉絮凝劑的制作方式比較簡單，是通過氨基、醛基、醚化等活性基團與淀粉中的游離羥基反應而成。這種絮凝劑對于液體中的重金屬離子有著較強的吸附作用，可對工廠中排出的廢水進行一定程度的凈化，減少工廠廢水對環境造成的污染。

非離子淀粉絮凝劑有淀粉接枝聚丙烯酰胺、羥丙基淀粉、羥乙基淀粉和氧化淀粉等，種類十分豐富，原材料也容易獲得。但相對其他類型絮凝劑，此類型的絮凝劑凈水效果較小，還需對后續廢水進行較為復雜的處理，因此這種絮凝劑的應用范圍相對受限，研究人員都在集中研究凈水效果較佳的陽離子淀粉絮凝劑或者兩性型淀粉絮凝劑。

1.2 陽離子淀粉絮凝劑

使用胺類醚化試劑與淀粉發生反應，同時通過堿的催化作用，生成醚類衍生物，這種衍生物就是陽離子淀粉，可以起到絮凝劑的作用。

陽離子淀粉絮凝劑也有很多種類，如季胺鹽型、叔胺鹽型、伯胺鹽型以及仲胺鹽型陽離子淀粉等，這些種類的陽離子淀粉絮凝劑在凈水方面都有一定的應用，其中，季胺陽離子淀粉絮凝劑是應用最為廣泛的一種。

在所有的天然淀粉改性絮凝劑中，陽離子淀粉絮凝劑的應用最為廣泛，因為陽離子淀粉絮凝劑不僅可以吸附廢水中的重金屬離子，也可以通過電中和的形式與廢水中帶負電荷的污染物粒子發生反應，使污染物沉降脫離廢水，達到凈化廢水的目的。通過這種方式處理的廢水，其污染物含量會大量降低，達到一個較好的凈水效果[2]。

1.3 陰離子淀粉絮凝劑

在淀粉的分子鏈上引入如磷酸基、黃原酸、羧基等陰離子基團，取代原有的羥基基團，生成的淀粉衍生物具有螯合、絮凝以及交換等功能，這些功能都可以在廢水處理工藝中發揮重要作用。早在洗煤工藝中，就存在對陰離子淀粉絮凝劑的應用。

1.4 兩性型淀粉絮凝劑

所謂兩性型淀粉絮凝劑，就是將陰離子團與陽離子團同時引入淀粉的分子鏈中。在制備兩性型淀粉絮凝劑時，常用的陰離子基團和陽離子基團分別有磷酸酯基、羧基、黃原酸基、胺基、叔胺基和季胺基等。

淀粉絮凝劑中的陰離子基團與陽離子基團是使淀粉絮凝劑起到凈水作用的關鍵因素，但是陰離子基團與陽離子基團在凈水時所發揮的作用不一樣。陰離子基團主要表現為凈水過程中的交換、螯合、絮凝功能，陽離子基團則能夠起到架橋的作用。因此兩性型淀粉絮凝同時兼備交換、螯合、絮凝以及架橋的作用。

廢水中由于存在重金屬、工業用酸等，因而有的廢水會同時攜帶具有污染性質的陰離子與陽離子，在這種廢水中，無論單獨使用陰離子淀粉絮凝劑或陽離子絮凝劑都較難起到良好的凈水效果，而兩性型淀粉絮凝劑因為其同時具備陰離子基團和陽離子基團，可以應用于陰、陽污染離子共存的廢水中，且能夠起到較好的凈水效果。兩性型淀粉絮凝劑在凈水時可以適用于pH值更廣的廢水中，并且還具備非常好的抗鹽性，所以這種絮凝劑是目前國內外凈水研究的熱點內容。

1.5 復合絮凝劑

隨著社會的進步以及發展，人們的生產以及生活水平都得到了很大的提高，人們在生產、生活中制造出來的垃圾也越來越多，對于環境的污染和破壞也越來越嚴重，廢水中含有的污染物質成分也變得越來越復雜。單一的淀粉絮凝劑已逐漸無法滿足這種情況下的凈水要求，無論是處理能力，還是絮凝劑的制造成本方面，都需要巨大的改進。復合絮凝劑則在這樣的背景下產生，學者們也紛紛進行了復合絮凝劑的研究，希望能夠通過優勢互補的原則，達到最優的凈水效果。

如學者趙曉杰使用芭蕉芋氧化淀粉與陽離子聚合物聚二甲基二烯丙基氯化銨來制備復合絮凝劑。在因造紙產生的廢水中，加入使用該種方法制備的復合絮凝劑，可以起到非常好的絮凝效果。楊豆用淀粉接枝丙酰胺制備出了高分子絮凝劑，并與具有吸附作用的活性炭一起使用，提高其絮凝效果。

趙曉杰和楊豆的研究都表明復合淀粉絮凝劑比單一淀粉絮凝劑具有更好的凈水效果。因此在進行絮凝劑的制作時，可以考慮加入其他具有凈水作用的物質，通過兩種或者多種凈水材料的配合，提升凈水能力。同時，在成本方面，活性炭的成本并不高，并且獲取也較為容易，所以復合淀粉絮凝劑是未來淀粉絮凝劑的發展方向。

2 天然淀粉改性絮凝劑的應用分析

不同種類的淀粉絮凝劑具有不同的作用，在實際凈水工作中，會根據廢水的實際情況，如廢水的酸堿性、含有的污染物質種類等進行絮凝劑的選擇，這樣可以最大化地將廢水進行凈化，有利于水資源的回收利用[3-4]。

2.1 高灰煤泥水凈水工作時的絮凝劑選擇

由清水洗煤環節產生的煤泥水是生產中容易產生的廢水，長期以來，煤泥水的凈化問題一直難以得到有效的解決。目前，普遍采用高分子絮凝劑進行煤泥水的凈化工作。天然淀粉屬于容易獲得的高分子化合物，用其制得的改性絮凝劑可以起到良好的煤泥水凈化效果[5]。

學者孫英娟用天然淀粉制成了非離子型淀粉接枝共聚物以及陽離子淀粉接枝共聚物，探究兩種淀粉改性絮凝劑在高灰煤泥水的凈水工作中的效果。結果發現，兩種絮凝劑都能夠取到非常良好的凈水效果，其中，陽離子淀粉接枝共聚物起到的作用更大，而陽離子淀粉絮凝劑也更適用于如煤泥水這樣帶有大量懸浮顆粒，并且這些懸浮顆粒所帶電荷為負電荷的廢水處理[6]。

2.2 高嶺土懸濁液沉降工作中天然淀粉改性絮凝劑的應用

高嶺土是一種十分珍貴的黏土礦物，可以用來制作紙張、陶瓷、耐火材料等，這些材料在制作時都會排出大量廢水，這些廢水中常常會懸浮有高嶺土顆粒。因此，高嶺土懸濁液的沉降工作也是一個十分困難的問題。

天然淀粉改性絮凝劑也可以應用在高嶺土懸濁液的沉降工作中，其中的陰離子淀粉絮凝劑就經常用來進行高嶺土懸濁液的沉降。學者萬俊與刁靜茹等都以高嶺土懸浮液為對象，利用陰離子淀粉絮凝劑進行沉降實驗。萬俊制作出了磷酸基淀粉絮凝劑，刁靜茹則通過以丙烯酰胺接枝共聚物、淀粉、NaOH、CS2為原料，制作出了新型高分子重金屬絮凝劑，對高嶺土懸濁液都具有很好的沉降效果。其中，刁靜茹制備的重金屬絮凝劑具備了螯合作用，可以更好地捕捉廢水中的Cu2+離子，對于含銅廢水也有著比較好的凈化效果。

2.3 印染和造紙污水的凈化工作中天然改性淀粉絮凝劑的應用

在印染和造紙工作中，也會存在污水排放的問題，這些污水中含有纖維、淤泥等，而且這2種工藝所產生的污水量比較大，如果不進行處理直接進行排放，會對環境造成非常大的破壞。

學者馬希晨研究印染和造紙污水的凈水材料，他利用淀粉、丙烯酰胺接枝共聚物，制備出了兩性型淀粉絮凝劑，這種絮凝劑中的陽離子濃度達到了50%以上，陰離子濃度達到了23%以上。實驗結果表明，這種方法制得的兩性型淀粉絮凝劑有著極強的凈化印染和造紙污水的效果。

兩性型淀粉絮凝劑不僅僅在印染和造紙污染中具有非常好的凈水效果，學者吳瑤對兩性型淀粉絮凝劑的更多用處進行了研究，結果發現，兩性型絮凝劑還可以運用在電鍍廢水的凈水處理中。兩性型淀粉絮凝劑可以將電鍍廢水中的銅離子去除98.32%，具有非常好的效果。

3 結語

天然淀粉屬于高分子化合物，利用這種化合物所制成的淀粉絮凝劑具有高效、無毒、易降解等優點，不僅僅可以達到去除水中污染物的目的，使用這種絮凝劑不會對環境造成二次污染。淀粉的來源十分廣泛，可以從植物中提取，所以利用淀粉制備絮凝劑，其生產成本較低，可以節約大量的凈水成本。對于會產生大量廢水的生產企業來說，使用淀粉絮凝劑進行其廢水的處理，可以較好地控制企業的生產成本，提升企業的經濟效益，企業的收入增加，就會有更好的發展。復合絮凝劑的作用比較大，但是這種絮凝劑還需要更多的研究摸索，相信更多種類的復合絮凝劑的出現，會讓凈水工作再次邁入一個新的發展階段。

參考文獻

[1]楊小玲.天然淀粉改性絮凝劑的應用研究進展[J].化學與粘合，2019，41（1）：68-71.

[2]戴思行，王欠欠，劉誠，等.淀粉類調整劑在礦物浮選中的應用和作用機理研究進展[J].礦產綜合利用，2021（4）：73-79.

[3]沈哲，張亞雷，代朝猛.改性淀粉絮凝劑的應用現狀和研究進展[J].水處理技術，2012，38（10）：1-3.

[4]降林華，朱書全，鄒立壯，等.天然改性淀粉絮凝劑的合成與應用[J].環境化學，2008，27（4）：449-453.

[5]任杰，高博強，唐宇農，等.FeCl3與接枝型淀粉改性絮凝劑聯用"化學沉淀-絮凝"工藝除磷去濁性能[J].環境化學，2020，39（11）：2988-2998.

[6]陳煒，沈少航，閔廣宇，等.接枝型陽離子淀粉絮凝劑在污泥脫水中的應用與機理研究[J].環境化學，2021，40（7）：2217-2225.