阳离子淀粉的制备及其处理含磷废水的研究

冒爱荣，钱晓荣，陈 亮，戴 建，林可纯

(盐城工学院化学与生物工程学院，江苏盐城 224051)

阳离子淀粉的制备及其处理含磷废水的研究

冒爱荣，钱晓荣，陈 亮，戴 建，林可纯

(盐城工学院化学与生物工程学院，江苏盐城 224051)

以淀粉为原料、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂，采用湿法制备阳离子淀粉。考察了pH、吸附剂用量、吸附时间和吸附温度等因素对吸附效果的影响。室温下，阳离子淀粉对含磷模拟废水的吸附工艺条件为:pH为3.0，吸附剂用量为12.0 g/L，吸附时间为2.0 h。在上述条件下，阳离子淀粉对磷的去除率可达90.41%。

阳离子淀粉;吸附;含磷废水

引 言

目前，水体富营养化现象备受人们关注，它所导致的水质恶化严重影响了人们的生产和生活。磷是多数水体富营养化的控制性因素，富营养化水体中磷的来源主要包括外部(农业施肥、含磷工业废水不达标排放等)进入水体的磷，以及水体内部自身底泥沉积物释放出的磷。其中，外源污染是磷的主要来源，湖泊、水库、河流中的磷80%来自于污水排放。机械工业常用磷化作为零件的保护层，磷化过程中产生大量的污染物，尤以磷酸盐的排放量较大，超标严重。因此深入研究废水除磷新技术，控制磷的排放，已成为一个亟待解决的问题。目前，含磷废水的主要处理方法有生物法［1］、化学沉淀法［2］、吸附法［3-5］等，其中吸附法中常用的吸附剂有改性膨润土、沸石、钢渣和粉煤灰等，但在抗干扰性、溶解损失以及再生方面仍然存在一些问题。因此，寻求一种吸附容量方面性能优异的高效吸附剂已成为吸附法除磷的发展趋势。本文以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂，制备了阳离子淀粉，并以制得的阳离子淀粉为吸附剂，处理了含磷废水，对吸附工艺进行了优化。

1 实验部分

1.1 药品和仪器

3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA，50%)，淀粉、NaOH、异丙醇、无水乙醇、盐酸、硫酸、磷酸二氢钾、钼酸铵、抗坏血酸，均为分析纯。

JJ-1型电动搅拌器(常州国华仪器有限公司)，SHZ-D(III)型循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂)，pHS-3C型酸度计(上海雷磁仪器厂)，HZQ-C型水浴振荡器(哈尔滨市东明医疗仪器厂)，WFJ-7200型可见分光光度计(尤尼柯仪器有限公司)。

1.2 实验方法

1)阳离子淀粉的制备［6-7］

称取100 g淀粉于三口烧瓶中，加入300 mL蒸馏水、10 mL异丙醇，搅拌均匀。称1.6 g氢氧化钠于小烧杯中，加适量水溶解，倒入三口烧瓶。称8 g CTA，用 30 mL蒸馏水溶解。控制反应温度在40℃，开始滴加CTA水溶液，控制滴加速度、维持反应温度不变，滴加完成后继续反应5 h。用1 mol/L硫酸调节pH=6～7，冷却，用80%乙醇溶液洗涤、抽滤至滤液不含氯离子，然后放置到恒温烘箱80℃中5 h，即得阳离子淀粉。

2)絮凝实验

于100 mL碘量瓶中，加入0.6 g阳离子淀粉和50 mL含磷模拟废水，以硫酸溶液调节pH至3.0，室温下于恒温水浴振荡器上振荡2.0 h。

3)磷的测定［8］

测定原理:在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。

水样分析:取将方法2)处理后的清液25 mL，加入1 mL抗坏血酸溶液(100 g/L)混匀，30 s后加2 mL钼酸铵溶液(130 g/L)充分混匀。室温下放置15 min后，以水做参比，用1cm比色皿，于700 nm波长处测定其吸光度。从工作曲线上查得磷的含量。

工作曲线的绘制:取7支具塞刻度管分别加入0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0 和 15.0 mL 磷酸盐标准溶液(2.0 μg/L)，加水至 25 mL，然后按水样分析方法进行处理。以水做参比，测定吸光度，绘制吸光度对磷的含量的工作曲线。

4)磷的去除率的计算方法

式中:ρ(P)出水为经2)方法处理后水中磷的质量浓度，mg/L;ρ(P)原水为含磷模拟废水的初始质量浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 pH对去除率的影响

分别移取50 mL含磷模拟废水于6只碘量瓶中，用硫酸溶液分别调节 pH 为 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 和 7.0，分别加入 0.5 g 阳离子淀粉，室温下于恒温水浴振荡器上振荡1.5 h，后静置3.0 h。测定上清液中磷的含量，计算出pH对去除率的影响见图1。

图1 pH对去除率的影响

由图1可知，pH是影响去除率的主要因素之一。随着pH的增加，去除率先增加后减少。当pH为3.0时，去除率达到最大。因此，将 pH确定为3.0，此时阳离子淀粉对含磷模拟废水中磷的去除率为 86.34%。

原因是:阳离子淀粉的取代基带正电荷，电中和能力较强，易与带负电荷的磷酸根阴离子中和。在碱性条件下，存在大量的游离OH－，中和了阳离子淀粉的阳离子电荷，从而降低了阳离子淀粉对磷的吸附效果。而在酸性条件下，溶液中含有大量的游离H+，对阳离子淀粉的吸附能力有促进作用，所以吸附效果较好。

2.2 吸附剂用量对去除率的影响

分别移取50 mL含磷模拟废水于10只碘量瓶中，用硫酸溶液调节 pH 为 3.0，分别加入 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 和 1.0 g 阳离子淀粉，在室温下于恒温水浴振荡器上振荡1.5 h，后静置3.0 h。测定上清液中磷的含量，得出吸附剂用量对去除率的影响如图2所示。

图2 吸附剂用量对去除率的影响

由图2可以看出，随着絮凝剂用量的增加，去除率先增加后减少。在用量为0.6g(即12.0g/L)时达到最大。所以，将吸附剂用量确定为0.6g，此时阳离子淀粉对含磷模拟废水中磷的去除率为87.78%。

2.3 温度对去除率的影响

分别移取50 mL含磷模拟废水于6只碘量瓶中，分别加入0.6 g阳离子淀粉，用硫酸溶液调节pH 为3.0，分别于室温、30、40、50、60 和 70 ℃ 下的水浴振荡器上振荡1.5 h，后静置3.0 h。测定上清液中磷的含量，计算出吸附温度对去除率的影响见图3。

图3 温度对去除率的影响

由如图3可知，随着温度的增加，去除率也相应减小，表明温度是影响吸附效果的主要因素之一，且阳离子淀粉对磷的吸附过程为一放热过程。在保证较高去除率的前提下，综合操作条件的简便性，将操作温度确定为室温，此时阳离子淀粉对含磷模拟废水中磷的去除率为87.78%。

2.4 吸附时间对去除率的影响

分别移取50 mL磷标准溶液于5只碘量瓶中，分别加入0.6 g阳离子淀粉，用硫酸溶液调节pH为3.0。室温下，分别于水浴振荡器上振荡 30、60、90、120和150 min，后静置3.0 h。测定上清液中磷的含量，得出时间对去除率的影响见图4。

图4 时间对去除率的影响

由图4可以看出，随着时间的增加，去除率也相应增加。当时间大于2.0 h时，去除率达到最大，当时间大于2.0 h时，去除率不再增加。所以本实验中选择时间为2.0 h作为最佳条件，此时阳离子淀粉对含磷废水中磷的去除率为90.41%。

3 结论

室温下，阳离子淀粉处理含磷废水的最佳工艺条件为:pH为3.0，阳离子改性淀粉用量为12.0 g/L，时间2.0 h。在此工艺条件下，阳离子淀粉对含磷废水的去除率可达到90.41%。

［1］关鹏程.生物法除磷的研究进展［J］.山西建筑，2010，36(14):183-184.

［2］张继华.化学沉淀法处理含磷废水［J］.工业水处理，2000，20(5):43-44.

［3］翟由涛.吸附法除磷研究进展［J］.安徽农业科学，2010，38(15):8154-8158.

［4］王晓明，张华，宫宇周.几种基质对磷的吸附效果对比研究［J］.环境科学与技术，2010，33(6):530-533.

［5］赵桂瑜，周琪，谢丽.钢渣吸附法去除水溶液中磷的研究［J］.同济大学学报(自然科学版)，2007，35(11):1510-1514.

［6］贝本植，张淑芬，杨锦宗.阳离子淀粉干法制备研究进展［J］.精细化工，200l，18(6):477-480.

［7］肖锦，周勤.天然高分子絮凝剂［M］.北京:化学工业出版社，2005:39-40.

［8］GB/T11893－89，水质总磷的测定钼酸铵分光光度［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