CN101397345A - 阳离子淀粉的制备及在废水处理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阳离子淀粉的制备及在废水处理中的应用。采用微波法，醚化剂与淀粉的摩尔比为0.1～1.5∶1，淀粉与氢氧化钠的摩尔比为1～5∶1，氢氧化钠为催化剂，溶剂用量为氢氧化钠的1～4倍，反应时间为2－10min，其中，醚化剂的结构式为，其中n＝7－13，得到取代度为0.001－0.042的阳离子淀粉。将阳离子淀粉作为絮凝剂，加入量为0.02－3g/L。用作废水处理絮凝剂，将在很大程度上解决目前絮凝剂应用中面临的诸多问题，如原料短缺、环境污染等等，同时为天然高分子材料开辟全新的应用领域，具有重要现实意义和广阔发展前景。此外，阳离子淀粉制备原材料成本低、工艺简单，工业应用前景较好。
Description
技术领域
本发明涉及阳离子淀粉的制备及在废水处理中的应用。
背景技术
阳离子淀粉是一类很重要的淀粉衍生物，它是胺类化合物与淀粉分子的羟基在碱催化作用下起反应生成的具有铵基的醚化产物。关于阳离子淀粉的合成早在1930年已有报道，其制备方法主要有湿法、干法和半干法。由于淀粉不溶于溶剂，常规的反应条件一般为非均相，目前，仅有以3-氯-2-羟丙基三甲胺氯化铵为醚化剂制备的阳离子淀粉已实现工业化生产。以长链的季铵盐为阳离子醚化剂，常规的反应方法如溶剂法、捏合机法等，取代度很低，工业价值不大。
絮凝剂是指用来将水中的溶质、胶体或者悬浮颗粒产生的悬浮物沉淀的物质。目前应用比较广泛的是聚丙烯酰胺为主的合成高分子絮凝剂，随着对水环境保护要求的日趋严格，该类絮凝剂的毒性问题、难降解问题日益受到关注。阳离子淀粉由于其氮原子上带有正电荷，可以与水中微粒起电中和吸附架桥作用，从而使体系中的微利脱稳、絮凝，从而有效的降低水中悬浮固体的含量，降低水的浊度。早在1970年，就有关于淀粉与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的接枝共聚物，作为絮凝剂的报道。后来的报道基本以淀粉与丙烯酰胺的接枝共聚物及其絮凝性能。结果表明，淀粉类衍生物具有较好的絮凝性能。但淀粉与长链季胺盐的醚化产物作为絮凝剂基本未见报道。此外，由于淀粉与石油化工原料相比具有价廉、既可收获又可再生、永不枯竭、生物可降解性，与石油化工原料相比污染小、符合绿色环境保护等特点，此外，从农副产品中提取和改性有机高分子物质对发展中国家，特别是对我国充分有效地利用天然资源，走“可持续发展”的道路，具有重要意义。
发明内容
本发明根据现有技术的不足，开发了一种新的制备阳离子淀粉的方法及在废水处理中的应用。
本发明的阳离子淀粉的制备方法，采用微波法，醚化剂与淀粉的摩尔比为0.1～1.5：1，淀粉与氢氧化钠的摩尔比为1～5：1，氢氧化钠为催化剂，溶剂用量为氢氧化钠的1～4倍，反应时间为2-10min，其中，醚化剂的结构式为
其中n＝7-13，得到取代度为0.001-0.042的阳离子淀粉。
所述的微波法是采用功率为700W-1200W的微波炉。
所述的有机溶剂为水、乙醇或异丙醇。
所述的淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉或薯类淀粉。
本发明的阳离子淀粉在废水处理中的应用，将阳离子淀粉作为絮凝剂，加入量为0.02-3g/L。优选絮凝剂加入量为0.3-2g/L。
淀粉经季铵化处理后，其氮原子上带有正电荷，可以与水中微粒起电中和和吸附架桥作用，从而使体系中的微利脱稳、絮凝，因此，阳离子淀粉用作絮凝剂具有一定的理论可行性。针对目前我国絮凝剂工业的发展面临着提高性能、降低成本以及环境友好等诸多方面的问题，以阳离子淀粉用作絮凝剂，将在很大程度上解决目前减水剂应用中面临的诸多问题，同时为天然高分子材料开辟全新的应用领域，具有重要的现实意义和广阔的发展前景。此外由于阳离子淀粉制备原材料成本低、工艺简单，工业应用前景较好。
本发明的效果是：利用微波法得到的阳离子淀粉较传统的溶液法、捏合机法，一方面反应时间较短，工艺简单；另一方面，得到的三种不同链长的阳离子淀粉具有较好的絮凝效果。由于阳离子淀粉结构中含有季铵盐，可以与水中微粒起电中和吸附架桥作用，可以用作废水处理絮凝剂，将在很大程度上解决目前絮凝剂应用中面临的诸多问题，如原料短缺、环境污染等等，同时为天然高分子材料开辟全新的应用领域，具有重要现实意义和广阔发展前景。此外，阳离子淀粉制备原材料成本低、工艺简单，工业应用前景较好，其合成方法以及用作絮凝剂目前仍无文献报道。
附图说明
图1：十四烷基季铵盐阳离子淀粉与市售絮凝剂不同投加量絮凝效果的比较。
具体实施方式
实例1：
制备取代度为0.0015十四烷基季铵盐阳离子淀粉(n＝13)：淀粉干基5g，十四烷基季铵盐为醚化试剂，其中醚化剂与淀粉的摩尔比为0.2，NaOH为0.25g，水0.5mL，置于微波炉中(功率700W)，反应时间为2min，精制后产物经测试，即可得到取代度为0.0015的阳离子淀粉。
实例2：
制备取代度为0.0174辛铵盐阳离子淀粉(n＝7)：淀粉干基5g，辛烷季铵盐为醚化试剂，其中醚化剂与淀粉的摩尔比为0.2，NaOH为0.25g，水0.5mL，置于微波炉中(功率900W)，反应时间为1min，精制后产物经测试，即可得到取代度为0.0174的阳离子淀粉。
实例3：
制备取代度为0.0414十二烷基季铵盐阳离子淀粉(n＝11)：淀粉干基5g，十二烷基季铵盐为醚化试剂，其中醚化剂与淀粉的摩尔比为0.3，NaOH为1g，水0.5mL，置于微波炉中(功率1200W)，反应时间为2min，精制后产物经测试，即可得到取代度为0.0414的阳离子淀粉。
至于用其它阳离子醚化剂制备的阳离子淀粉，均可采用例1—3的工艺过程进行，只是改变原料配比，微波功率或反应时间即可。其中以得到的十二烷基季铵盐阳离子淀粉为例，其絮凝性能如表1所示，可以看出微波法得到的阳离子淀粉，在取代度和加入量相同的前提下，絮凝效果优于溶液法和捏合机法。絮凝实验测定方法按照GB/T16881-1997。此外对于采用微波法得到的三种不同链长的阳离子淀粉而言，其絮凝性能如表2所示，可以看出微波法得到三种的阳离子淀粉其透光率都在90％以上，都可满足絮凝剂的要求。其中十四烷基季铵盐阳离子淀粉取代度为0.0033，加入量在0.02-3g/L范围，高岭土混浊液的透光率基本在91以上，且随着加入量的增加而增加，絮凝效果优于市售产品MP-584(成分为丙烯酸类共聚物)如图1所示。由此可见，与溶液法、捏合机法相比微波法除了反应时间较短，工艺简单外，同时得到的阳离子淀粉还具有较好的絮凝性能。
表1 三种方法得到的十二烷基季铵盐阳离子淀粉的絮凝性能比较
表2 微波法得到的不同链长阳离子淀粉絮凝性能比较
本发明公开和提出的阳离子淀粉的制备以及在废水处理中的应用，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的方法与产品已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (6)
1.阳离子淀粉的制备方法，其特征是采用微波法，醚化剂与淀粉的摩尔比为0.1～1.5：1，淀粉与氢氧化钠的摩尔比为1～5：1，氢氧化钠为催化剂，溶剂用量为氢氧化钠的1～4倍，反应时间为2～10min，其中，醚化剂的结构式为
其中n＝7-13，得到取代度为0.001～0.042的阳离子淀粉。
2.如权利要求1所述的阳离子淀粉的制备方法，其特征是所述的微波法是采用功率为700W-1200W的微波炉。
3.如权利要求1所述的阳离子淀粉的制备方法，其特征是所述的有机溶剂为水、乙醇或异丙醇。
4.如权利要求1所述的阳离子淀粉的制备方法，其特征是所述的所述的淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉或薯类淀粉。
5.权利要求1的阳离子淀粉在废水处理中的应用，其特征是将阳离子淀粉作为絮凝剂，加入量为0.02-3g/L。
6.如权利要求5所述的阳离子淀粉的应用，其特征是所述的絮凝剂加入量为0.3-2g/L。
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