CN102702367A - 一种阳离子型交联淀粉黄原酸酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳离子型交联淀粉黄原酸酯的制备方法。将NaOH和2，3-环氧丙基三甲基氯化铵用冷水溶解，与淀粉搅拌混合。于微波快速反应器中60℃下反应9min；用乙醇水溶液洗涤产物，最后烘干即得醚化淀粉；将水、氢氧化钠和氯化钠配制的碱性溶液加入到上述醚化淀粉调成粉浆。同时溶解环氧氯丙烷于碱性溶液中，将其缓慢滴入粉浆中，50℃反应2h；用盐酸调节溶液pH为7；抽滤后用无水乙醇洗涤，干燥即得交联醚化淀粉；将交联醚化淀粉溶于水中，先加入氢氧化钠溶液，再加入二硫化碳，50℃下搅拌反应2h，再加入硫酸镁溶液，继续搅拌反应10min；抽滤，用蒸馏水、丙酮、乙醚依次洗涤，干燥即得阳离子型淀粉黄原酸酯。产品用于处理重金属废水时无需添加阳离子聚合物。

Description

一种阳离子型交联淀粉黄原酸酯的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种阳离子型交联淀粉黄原酸酯的制备方法。

背景技术

随着我国工业的快速发展，含重金属废水排量增加，污染问题日益严重。一般而言，重金属污染是指铅、汞、镉、铬、铜以及类金属砷等生物毒性显著的重金属造成的环境污染。重金属废水主要来源于矿山排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属企业生产废水、电镀废水、钢铁厂酸洗排水等，这些大量的含重金属废水，除部分有价值的高浓度废液由企业或者专业回收公司回收外，大量低浓度重金属废水，需处理达标排放。因此研究开发新型重金属废水处理剂及治理技术对生产企业而言，是进行技术创新以及扩大生产迫切需要解决的问题。

从重金属废水中去除和回收重金属的方法主要有化学法、离子交换法和吸附法等，目前应用最为广泛的主要是化学沉淀法，用于处理浓度较高的重金属离子废水，对于重金属废水浓度较低时处理效果不好。我国的有机高分子絮凝剂目前己商品化的产品主要是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸两大类。但这两类絮凝剂用于重金属废水处理效果差，难以达到工业要求的排放标准。

目前，我国正处于经济快速发展而水污染问题仍未得到控制时期，开发新型高效多功能的有机高分子絮凝剂己成为国内外学者共同关心的课题。不溶性淀粉黄原酸酯是一种新型高效的吸附材料，近年来受到了广泛重视及研究，这种废水净化材料主要是通过淀粉的改性来制备，价格低廉，具有化学沉淀，离子交换等多种功能，是一种很好的重金属离子吸附剂，而且淀粉黄原酸酯处理重金属废水后，产生的沉淀物容易处理，无二次污染，属绿色化学品。淀粉黄原酸酯主要有水溶性淀粉黄原酸酯(insoluble starchxanthate，SSX)和不溶性淀粉黄原酸酯(soluble starch xanthate，ISX)。研究发现，在去除重金属时，不溶性淀粉黄原酸酯对废水中重金属(特别是镉)的去除能力、可靠性和操作方便性方面胜过水溶性淀粉黄原酸酯。

天然淀粉经酯化工艺处理后，使其活性基团大大增加，聚合物呈枝化结构，形成分散絮凝基团，从而具有更强的捕捉与沉降作用。淀粉黄原酸酯是通过架桥絮状反应引起有机或无机微粒沉淀失去稳定性，然后絮状物沉积并从水中分离出来。淀粉黄原酸酯与金属作用形成金属硫化物沉淀，其溶度积常数非常低，因此可用以沉淀重金属离子并从水相中分离。

不溶性淀粉黄原酸酯的制备工艺一般是先用环氧氯丙烷等交联剂与淀粉反应，制得交联淀粉，再使交联淀粉黄原酸化。交联变性使淀粉分子间形成了紧密且可变形的立体网状结构，有助于对重金属离子的絮凝和沉淀，因此不溶性淀粉黄原酸酯在废水处理时无残余硫化物，适用于多种工业废水的处理，如含有镉、铬、铜、铅、锌等金属离子的废水。

国外对不溶性淀粉黄原酸酯有一定的研究，美国于上世纪80年开始工业化生产不溶性淀粉黄原酸酯，陆续开发出Aerofloc、Budond、Zfloc-Aid、Starches 613-45等以不溶性淀粉黄原酸酯为主要成分的水处理剂产品。近年来，国外除以淀粉为原料制备外，陆续开发出了不溶性蔗渣黄原酸酯(IBX)和不溶性木材黄原酸酯(IWX)，对重金属也有较好的去除效果。

国内有关不溶性淀粉黄原酸酯的制备及其应用始于上世纪八十年代，相关报道尚不是很多，现有研究主要是针对制备工艺的优化、处理模拟工业重金属废水。对于处理实际工业重金属废水时，多已去除铜离子或锌离子的研究为主，对于处理时的协同效应及机理方面涉及不多。也有研究以淀粉与丙烯酰胺接枝共聚制备硫代氨基淀粉黄原酸盐(DSX)，或者可溶性淀粉基黄原酸酯-聚丙烯酰胺接枝共聚物(SSXA)，但制备工艺麻烦，成本较高，难以推广应用。

现有研究表明，不溶性淀粉黄原酸酯稳定性不好，其水溶液在储存过程中易发生氧化、水解和分解等副反应引起含硫量降低；同时，应用不溶性淀粉黄原酸酯处理废水中重金属时，常需加入阳离子聚合物以提高对金属吸附能力，并克服不溶性淀粉黄原酸酯稳定性较差的缺点。而阳离子型淀粉黄原酸酯可解决不溶性淀粉黄原酸酯稳定性差，在处理工业重金属废水处理时需添加阳离子聚合物的问题。

不溶性淀粉黄原酸酯在重金属废水处理领域具有广阔的应用前景，作为一种新型的高效的吸附材料，近年来逐渐受到人们的广泛重视及研究，这种废水净化材料主要是通过淀粉的改性来制备的。其价格低廉，具有化学沉淀，离子交换等多种功能，用于处理重金属废水，保护环境，极具发展潜力，是今后重金属处理的主要发展方向之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种阳离子型交联淀粉黄原酸酯的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种阳离子型交联淀粉黄原酸酯的制备方法，以重量份计，称取5份NaOH和8份2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，用150份冷水溶解，将溶液均匀地喷洒到650份淀粉上，并不断搅拌。然后静置30min，使淀粉均匀浸透；再置于微波快速反应器中在60℃下加热反应9min；结束取出反应产物，冷却至室温；再用体积分数为70％的乙醇水溶液洗涤，洗涤结束后在60℃条件下，于干燥箱中干燥至恒重，得醚化淀粉；

按100份水、0.8份氢氧化钠和3份氯化钠配制碱性溶液，将碱性溶液1000份加入到上述醚化淀粉调成粉浆；将调好的粉浆置于装有温度计的磁力搅拌器上搅拌，同时溶解6份环氧氯丙烷于30份碱性溶液中，边搅拌边将其在3min内缓慢滴入粉浆中，50℃下维持搅拌状态，反应2h后，用体积分数为20％的盐酸调节溶液的pH为7；静置，抽滤，用无水乙醇洗涤，最后在的恒温箱中干燥8h，即得交联醚化淀粉；

准确称取交联醚化淀粉溶于250份水中，于50℃下搅拌均匀，5min内加入100份0.2g/mL氢氧化钠溶液，30min后加入25份二硫化碳，在50℃下保持搅拌，反应2h后加入0.11g/mL硫酸镁溶液150mL，继续搅拌反应10min后，抽滤，再用蒸馏水、丙酮、乙醚依次洗涤，最后65℃干燥4h，即得阳离子型淀粉黄原酸酯。

有益效果：

(1)产品尤其适用于废水中低浓度重金属的去除。

(2)产品处理重金属废水时无需添加阳离子聚合物。

(3)产品与金属离子结合反应快，出水水质好，污泥少，没有二次污染，是处理重金属废水的有效方法。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

制备方法：

称取5份(重量份，下同)NaOH和8份2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)，用150份冷水溶解，将溶液均匀地喷洒到650份淀粉上，并不断搅拌。然后静置30min，使淀粉均匀浸透。再置于微波快速反应器中在60℃下加热(微波功率400W)反应9min；结束取出反应产物，冷却至室温；再用体积分数为70％的乙醇水溶液洗涤，洗涤结束后在60℃条件下，于干燥箱中干燥至恒重，得醚化淀粉。

按100份水、0.8份氢氧化钠和3份氯化钠配制碱性溶液，将碱性溶液1000份加入到上述醚化淀粉调成粉浆。将调好的粉浆置于装有温度计的磁力搅拌器上搅拌，同时溶解6份环氧氯丙烷于30份碱性溶液中，边搅拌边将其在3min内缓慢滴入粉浆中，50℃下维持搅拌状态，反应2h后，用体积分数为20％的盐酸调节溶液的pH为7。静置，抽滤，用无水乙醇洗涤，最后在的恒温箱中干燥8h，即得交联醚化淀粉。

准确称取交联醚化淀粉溶于250份水中，于50℃下搅拌均匀，5min内加入100份0.2g/mL氢氧化钠溶液，30min后加入25份二硫化碳，在50℃下保持搅拌，反应2h后加入0.11g/mL硫酸镁溶液150mL，继续搅拌反应10min后，抽滤，再用蒸馏水、丙酮、乙醚依次洗涤，最后65℃干燥4h，即得阳离子型淀粉黄原酸酯。

应用方法：

废水中铅II和铬VI浓度的测定采用分光光度法。取150份重金属废水(浓度：铅II500μg/mL；铬VI500μg/mL)，加入1份阳离子型淀粉黄原酸酯，用体积分数10％盐酸调节pH为7，在室温下搅拌30min后，再自然静置30min，取上层清液测定废水中重金属离子浓度，并计算对金属离子的去除率，对铅II的去除率可达87％，对铬VI的去除率可达97％。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种阳离子型交联淀粉黄原酸酯的制备方法，其特征在于，以重量份计，称取5份NaOH和8份2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，用150份冷水溶解，将溶液均匀地喷洒到650份淀粉上，并不断搅拌；然后静置30min，使淀粉均匀浸透；再置于微波快速反应器中在60℃下加热反应9min；结束取出反应产物，冷却至室温；再用体积分数为70％的乙醇水溶液洗涤，洗涤结束后在60℃条件下，于干燥箱中干燥至恒重，得醚化淀粉；

按100份水、0.8份氢氧化钠和3份氯化钠配制碱性溶液，将碱性溶液1000份加入到上述醚化淀粉调成粉浆；将调好的粉浆置于装有温度计的磁力搅拌器上搅拌，同时溶解6份环氧氯丙烷于30份碱性溶液中，边搅拌边将其在3min内缓慢滴入粉浆中，50℃下维持搅拌状态，反应2h后，用体积分数为20％的盐酸调节溶液的pH为7；静置，抽滤，用无水乙醇洗涤，最后在的恒温箱中干燥8h，即得交联醚化淀粉；

准确称取交联醚化淀粉溶于250份水中，于50℃下搅拌均匀，5min内加入100份0.2g/mL氢氧化钠溶液，30min后加入25份二硫化碳，在50℃下保持搅拌，反应2h后加入0.11g/mL硫酸镁溶液150mL，继续搅拌反应10min后，抽滤，再用蒸馏水、丙酮、乙醚依次洗涤，最后65℃干燥4h，即得阳离子型淀粉黄原酸酯。