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[毕业设计]学位论文计划及开题报告书
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陕 西 科 技 大 学2009 级硕士研究生学位论文开题报告题目 疏水性淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝剂的研究 化学化工学院 分析化学 0908008 研 究 生 唐宏科 王熙所在学院 学科专业 学 导 号 师年月日1

一、选题的目的和意义: 近二十年来, 化学改性天然有机高分子化合物的研究工作方兴未艾。

在众多 研究方向中,淀粉改性产品的研究开发尤为引人注目。

淀粉广泛存在于许多植物 的种子、根、茎等组织中,尤其是谷类如稻米、小麦、玉米等谷类;马铃薯、木 薯等薯类的组织中大量贮存。

据统计,自然界中含淀粉的天然碳水化合物年产量 达 5000 亿吨,远远超过其他有机物,是人类可以取用的丰富的有机资源。

由于 淀粉原料来源广泛、种类繁多,产量丰富,特别是我国以农产品为主,资源极为 丰富,而且价格低廉,以它为原料合成化学改性天然有机高分子化合物在可生物 降解和降低成本方面具有有机高分子聚合物不可比拟的优势。

天然淀粉虽具亲水性,但不溶于水,随着温度升高膨胀糊化、粘度高、流动 性差等自然属性,使其使用受到很大的限制。

淀粉改性是指在淀粉原有的固有特 性基础上,为改善其加工操作性能和扩大淀粉的应用范围,利用热、酸、碱、氧 化剂、酶制剂以及具有各种官能团的有机反应试剂与淀粉发生化学反应,或经过 物理变化, 改变天然淀粉的性质, 增加其某些性能或引进新的特性而制备的淀粉。

絮凝技术是目前国内外普遍用于水处理的一种既经济又简便的方法, 广泛 应用于循环用水、工业废水处理及污泥脱水等过程。

而改性淀粉絮凝剂以其选择 性大、原料来源丰富、价廉且无毒的特点, 越来越受到青睐通常在淀粉接枝丙烯 酰胺共聚物絮凝剂大分子中引入阳离子基团和疏水基团可以提高聚合物对悬浮 颗粒特别是水体中有机物的吸附能力, 同时絮凝剂具备了疏水缔合高聚物的性 质,有利于大分子间的相互作用, 降低絮体的亲水性能, 加快絮体沉降速度, 减小 絮凝物体积, 提高絮团强度与滤饼脱水能力。

淀粉接枝絮凝剂目前还存在着单体引发剂成本过高,合成工艺不成熟,无法 大规模投入使用,所以,开发新的合成工艺,尝试新的引发剂与单体,研究新的 絮凝方法就显得尤为重要。

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二、国内外研究动态和水平(附主要参考文献,须有相当数量的学术论文或学位 论文) 国外水处理剂市场有不少改性淀粉絮凝剂,如美国氨氰公司(American 巴克曼实验室(Buekman Laboratories International, Inc.) Cyanamid Co.)的 Aerofloe, 的 Budond, 国家淀粉化学公司(National Starch and Chemical Corp.)的 Zfloe-Aid 和 Starches613-45。

相比之下,我国在这方面的研究尚处于开发阶段,仍属于薄弱 环节,但近年来已取得一些可喜成果。

(一)淀粉接枝共聚改性 接枝共聚改性是淀粉改性的有效途径之一。

乙烯基单体与淀粉的接枝共聚反 应是淀粉改性制备生物可降解高分子材料的重要途径, 激发羟基引发剂的筛选是 淀粉接枝共聚反应的关键所在。

近年来,国内外化学家在该领域取得了长足的进 展。

据报道,用硝酸铈铵为引发剂制得玉米淀粉接枝丙烯酰胺、丙烯酸单体的共 聚物,其对高岭土有絮凝效果。

青岛大学的巫拱生以硫脉-双氧水为催化剂制得 玉米与丙烯酰胺的接枝共聚物,可用作造纸工业含 Hg2+矿废水处理的絮凝剂; RathSH 等利用 Ce4+氧化还原体系引发淀粉与丙烯酰胺进行接枝共聚反应,淀粉 接枝率高达 94.9%,支链相对分子质量超过 300 万。

内蒙古工业大学的邱广明等 以过硫酸钾(KPS)作引发剂,淀粉与丙烯酰胺接枝共聚,考虑了接枝共聚物对纸 浆的絮凝和助留效果的影响。

李旭祥分别以硝酸铈盐、硫酸亚铁、高锰酸钾和过 硫酸铵为引发剂,对淀粉-丙烯睛接枝共聚,得到用于处理印染废水的改性淀粉 絮凝剂,表明过硫酸铵作引发剂浊度去除率最高。

接枝共聚物具有多羟基团和酰 胺基团,呈支化结构,适当地分散了絮凝基团,对多种工业污水的絮凝效果较其 他高分子絮凝剂(如 Snafloc700)及无机絮凝剂(如硫酸铝)要好。

常文越, 韩雪利用 Ce4+/HN03 作为引发剂,进行丙烯酰胺-淀粉接枝共聚反应,淀粉接枝率高达 94.9%,支链分子量超过 300 万,对多种工业污水絮凝效果不亚于 APM(分子量 为 300 万)产品。

KarmakarNC 等,将合成的淀粉与丙烯酰胺共聚物用于处理洗煤 废水,KarmakarGP 等,则用于铁矿石粘土的絮凝。

尼日利亚 Benin 大学利用天 然改性后的苛性树薯根淀粉作为有机絮凝剂, 用于含铁系矿物质和硅酸盐类的废 水处理,表现出良好的絮凝效果。

鲁德忠等合成了淀粉-丙烯酰胺接枝物,并研 究了其对模拟含石油废水的处理,表明它对含石油废水具有良好的吸附性能。

李 淑红用硝酸铈铵为引发剂制得淀粉-丙烯酰胺接枝物,对固体悬浮物较多,高矿 化度的油田废水进行处理,结果表明其具有良好的去浊及去除 COD 的性能。

处 理过的水浊度及 CODCr 值都达到了排放标准,避免了环境污染。

淀粉接枝物和3

水解聚丙烯酰胺(PAM)用于处理添加盐的人工水的处理曾有过报道,表明淀粉接 枝物的絮凝性能明显优于部分水解的聚丙烯酰胺。

此外还有王玉芹等以 Ce4+-S2O82-为复合引发剂,使 Ce4+ 引发后生成的 Ce3+ 再由 S2O82-,氧化成 Ce4+,实现潜在的 Ce4+-Ce3+-Ce4+ 的多次循环使用,既能保 证 Ce4+引发的高接枝率又可减少 Ce4+用量, 能缓解铈盐昂贵而难以用于工业生产 的问题。

张一峰等以 CS2/H202 为引发剂在碱性条件下合成淀粉与丙烯酰胺接枝共 聚物,用于印染废水、造纸废水以及其他工业废水去除重金属离子。

CaoJianPing 等以 KMnO4 为引发剂,喻发全、贾荣仙等用紫外光引发,使淀粉和丙烯腈接枝 共聚,制得的改性淀粉配以助凝剂碱式氯化铝处理印染废水。

邰玉蕾等用不同的 氧化-还原引发体系合成淀粉接枝二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)阳离子天然 高分子絮凝剂,利用最佳反应条件制备的产物,对炼油废水和生活污水进行了污 水絮凝试验,在去除色度和 COD 方面效果理想,沉降速度较快,絮体较密实, 用于工业废水处理的应用前景较好。

马希晨等报道了两性天然高分子絮凝剂的合 成方法:用淀粉为基材、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、丙烯酰胺、甲基丙 烯酸(MAA)等为原料, 以石蜡油为油相, 过硫酸胺([(NH4)2S2O8])和尿素混合物为 引发剂,利用反相乳液聚合技术,采用四元聚合的方法,合成了两性天然高分子 絮凝剂,在工业废水处理中取得良好效果。

(二)淀粉阳离子化改性 胺类化合物与淀粉分子的羟基起醚化反应生成具有氨基的醚衍生物, 其氮原 子上带有正电荷,得到的醚衍生物具有许多原淀粉所不具备的性质,有与带负电 荷物质相吸的趋向,称为阳离子淀粉。

由于废水处理中大部分微细颗粒和胶体都 有负电荷,对淀粉进行阳离子改性是一个重要研究方向。

阳离子改性淀粉包括季胺型、叔胺型、交联型、双醛和两性等。

阳离子淀粉 在工业废水处理中是优良的高分子絮凝剂和阴离子交换剂, 可以吸附带负电荷的 有机或无机悬浮物质,如悬浮泥土、煤粉、碳、铁矿砂等,可有效地除去废水中 的铬酸盐、重铬酸盐、亚铁氰化钠、铝酸盐、高锰酸盐、阴离子表面活性剂等。

陆兴章等研究了淀粉大分子上悬挂不同类型胺基如伯、仲、叔以及季胺基基 团的阳离子淀粉絮凝剂的制备方法和评价, 结果表明在淀粉大分子上悬挂季胺基 团的阳离子淀粉絮凝剂对月桂酸铁溶液的处理效果最好。

赵彦生等用硝酸铈铵为 引发剂,使玉米淀粉与丙烯酰胺接枝共聚,向该接枝共聚物(SGM)中加入计量的 甲醛和二甲胺通过 Mannich 反应进行阳离子化得到叔胺型接枝阳离子絮凝剂 (CSGM),用其处理毛纺厂印染废水,絮凝效果较非离子型聚丙烯酰胺和阳离子 型聚丙烯酰胺要好。

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