一种具高效脱色性能阳离子型芋头淀粉絮凝剂的制备的制作方法

本发明涉及一种具高效脱色性能的新型阳离子型芋头淀粉絮凝剂的制备方法及用途，属于环保材料制剂技术领域。

背景技术：

随着科学技术的发展，开发出一种可持续性的资源显得尤为重要。自然界中淀粉资源丰富，由于淀粉的葡萄糖残基上带有活性羟基，通过对其可进行醚化，酯化，交联，接枝共聚等，可制备成高效的天然高分子絮凝剂。其具有来源广泛，环境友好，可再生易分解等优点，因此也是开发最早的一种天然高分子水处理剂。

芋头，俗称芋艿，天南星科目，资源极为丰富，据联合国农业组织报告，芋头淀粉产量每年约在5.3×10⁶-5.8×10⁶t，这为芋头淀粉的深度开发打下了坚实的基础，而每年堆积的芋头废料达到了1.5×10⁵t，往往引起资源的浪费和环境的污染问题。目前对芋头淀粉的开发远远低于山药，甘薯，马铃薯等，在化学改性方面，目前报道只有高锰酸钾或feso4-h2o2引发的芋头淀粉与丙烯酰胺单体接枝共聚的研究。芋头淀粉性能优良，具有一定的开发价值，通过深加工芋头淀粉废料，合理利用资源，可以增加经济效益，变废为宝，还可以减少芋头废料的堆放，对于环境污染的减轻也具有重要意义。

目前市场上常用的絮凝剂为传统的铝盐和铁盐的聚合物，如聚合氯化铝(pac)，聚合硫酸铁(pfs)，相比于有机高分子絮凝剂具有适用范围窄，用量大，受环境条件影响大，污泥量大等缺点，其中铝离子的残留积累又会引起老年痴呆等症状。而人工合成有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺(pam)，具有难降解等缺点，且处理废水后的残余单体还有致癌，致畸，致突变等危害。

阳离子淀粉是一种重要的改性淀粉絮凝剂，因其分子链上带有正电基团，可以与污水中带负电胶粒起到电性中和和吸附架桥作用，因此在污水处理领域有着较为广泛的应用。本发明通过以自制的芋头淀粉为淀粉骨架，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂，naoh为碱催化剂，半干法制备了一种新型的阳离子型淀粉絮凝剂，具有一定的应用前景及市场潜力。

技术实现要素：

本发明目的在于为芋头淀粉的深加工提供一种新的思路，减缓我国因过多芋头废弃物的存放而引起的污染，并且以所制备的芋头淀粉为原料，提供了一种工艺简单，絮凝性能较好的环境友好型芋头淀粉基絮凝剂的制备方案，为芋头废料的深加工提供了一套新的工艺。该工艺具有工艺简单，原料价格低廉，对环境影响较小，生产设备简单，易大规模生产等优点。

为实现以上目的，本发明采用了如下技术方案：

一种阳离子型芋头淀粉絮凝剂，其特征在于，该产物的合成方程式如下：

本发明阳离子型芋头淀粉絮凝剂的制备的具体步骤如下：

步骤一：芋头淀粉的制备：将芋头球茎去离子水洗净，去皮，切割成薄片，加入定量的水，控制一定料水比，加入一定量的naoh调成固定ph，在植物组织捣碎机中匀浆5-10min，分别过80目、260目筛，滤液沉降48h后，4000r/min下离心，取沉淀，用去离子水洗涤数次，置于低于40℃下真空干燥即得芋头淀粉。

步骤二：阳离子型芋头淀粉絮凝剂的制备：将如上所述的芋头淀粉投入到混合罐中，用计量的水溶解一定量的碱性催化剂和阳离子醚化剂活化5-10min后，喷洒入芋头淀粉中，搅拌20-60min，将混合物密封，在一定温度下反应一段时间，80％乙醇或丙酮洗涤干燥即得阳离子型芋头淀粉絮凝剂。

如上述步骤一中芋头薄片与水料水比(质量比)为1∶1-1∶5。

如上述步骤一中浸泡溶液ph用0.1mol/lnaoh溶液调成8-10。

如上述步骤二中控制体系含水率为20％-30％。

如上述步骤二中碱性催化剂为naoh，其用量为芋头淀粉的0.5-3wt％。

如上述步骤二中阳离子醚化剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，其用量一般为芋头淀粉12-20wt％。

如上述步骤二中反应温度为50-70℃。

如上述步骤二中反应时间为1-4h。

上述阳离子型芋头淀粉絮凝剂制备方法制备得到的阳离子芋头淀粉絮凝剂取代度≥0.65，产品糊化温度低，溶解度高，且具有强电荷作用。

与现有技术相比，本发明的创新之处在于：

(1)本发明为过多芋头废料堆放引起的环境污染提供了一条新的解决路径，为芋头淀粉的深加工提供了一种新的方案；

(2)本发明化合物，相对于其他类型合成的阳离子型淀粉絮凝剂，反应温度更低，反应时间更短，制备工艺简单，原料价格低廉，且采用半干法工艺制备提高了反应效率，节省了生产成本。

(3)本发明化合物，取代度≥0.65，取代度高，产品糊化温度低，溶解度高，具有强阳离子电荷，对污水吸附架桥能力更强。

(4)本发明化合物，具有环境友好，易降解，无毒，无害，用量小，ph适用范围广等优点，且用途广泛，对水溶性有机质，悬浮颗粒物等都有较强的絮凝沉降作用，还具有一定的杀菌抑菌作用。

附图说明

为了进一步说明产品的结构与性能特给出如下附图：

图1是芋头淀粉阳离子化改性前后的红外光谱图，图1表明：原淀粉和阳离子淀粉在3365cm^-1有-oh特征峰，在2926cm^-1有饱和的c-h吸收峰，这两个都是淀粉碳结构骨架的特征峰。相比于原淀粉，阳离子淀粉在1551.72cm^-1有醚化反应生成的-c-o-醚键的特征峰，1456.89cm^-1有c-n特征峰，从而证明淀产品中有季铵基团。同时，阳离子淀粉在863.38cm^-1处有醚化剂季铵盐结构-ch2-n(ch3)3特征峰，证明醚化反应的顺利进行，产物与目标产物一致。

图2是芋头淀粉阳离子化改性前后的sem图(其中a、b为原淀粉，c、d为阳离子型淀粉)：图2表明：，芋头淀粉具有其特有的多角形形貌，颗粒大小分布相对均匀，表面光滑平整，结构紧密，棱角光滑，说明其排列规整程度较高，结晶度高。c图为改性之后的芋头淀粉，仍保持原淀粉的颗粒性，聚集程度相对疏松，说明改性之后的季铵盐基团导致分子链距离增大，排列的规整程度降低，有利于分子的分散，糊化温度降低亦说明了这一点。d图相较于为改性前的同倍数下的b图显示出淀粉颗粒尺寸变大，表面粗糙，由于醚化反应发生在淀粉表面，恰好d图说明了醚化剂对淀粉表面产生了破坏作用。

具体实施方式

以下结合具体实例对本发明的技术方案作详细的说明。

实施例1

(1)将芋头球茎去离子水洗净，去皮，切割成薄片，控制一定料水比为1∶3，用0.1mol/lnaoh调ph到10，在植物组织捣碎机中匀浆5-10min，分别过80目、260目筛，滤液沉降48h后，4000r/min下离心，取沉淀，用去离子水洗涤数次，置于低于40℃下真空干燥即得芋头淀粉。

(2)将如上所述的芋头淀粉投入到混合罐中，溶解用量为芋头淀粉用量1.8wt％碱性催化剂naoh和18wt％的阳离子醚化剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，活化10min后，喷洒入芋头淀粉中，搅拌30min，将混合物密封，在55℃下反应2.6h后，80％乙醇或丙酮洗涤干燥即得阳离子型芋头淀粉絮凝剂。

实施例2

(1)将芋头球茎去离子水洗净，去皮，切割成薄片，控制一定料水比为1∶2，用0.1mol/lnaoh调ph到9.5，在植物组织捣碎机中匀浆5-10min，分别过80目、260目筛，滤液沉降48h后，4000r/min下离心，取沉淀，用去离子水洗涤数次，置于低于40℃下真空干燥即得芋头淀粉。

(2)将如上所述的芋头淀粉投入到混合罐中，溶解用量为芋头淀粉用量1.8wt％碱性催化剂naoh和18wt％的阳离子醚化剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，活化10min后，喷洒入芋头淀粉中，搅拌30min，将混合物密封，在55℃下反应2.6h后，80％乙醇或丙酮洗涤干燥即得阳离子型芋头淀粉絮凝剂。

实施例3

(1)将芋头球茎去离子水洗净，去皮，切割成薄片，控制一定料水比为1∶3，用0.1mol/laoh调ph到10，在植物组织捣碎机中匀浆5-10min，分别过80目、260目筛，滤液沉降48h后，4000r/min下离心，取沉淀，用去离子水洗涤数次，置于低于40℃下真空干燥即得芋头淀粉。

(2)将如上所述的芋头淀粉投入到混合罐中，溶解用量为芋头淀粉用量2wt％碱性催化剂naoh和16wt％的阳离子醚化剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，活化10min后，喷洒入芋头淀粉中，搅拌30min，将混合物密封，在60℃下反应2h后，80％乙醇或丙酮洗涤干燥即得阳离子型芋头淀粉絮凝剂。

实施例4

(1)将芋头球茎去离子水洗净，去皮，切割成薄片，控制一定料水比为1∶2，用0.1mol/lnaoh调ph到9.5，在植物组织捣碎机中匀浆5-10min，分别过80目、260目筛，滤液沉降48h后，4000r/min下离心，取沉淀，用去离子水洗涤数次，置于低于40℃下真空干燥即得芋头淀粉。

(2)将如上所述的芋头淀粉投入到混合罐中，溶解用量为芋头淀粉用量2wt％碱性催化剂naoh和16wt％的阳离子醚化剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，活化10min后，喷洒入芋头淀粉中，搅拌30min，将混合物密封，在60℃下反应2h后，80％乙醇或丙酮洗涤干燥即得阳离子型芋头淀粉絮凝剂。

下面用阳离子型芋头淀粉絮凝剂进行了针对直接紫n，活性翠兰kn-g，中性深黄gl染料的脱色实验，来描述本发明。

说明：

采用烧杯实验法，在1l烧杯中加入如上述四种类型染料的200mg/l的模拟印染废水，之后加入本发明所制备的一定量的阳离子型芋头淀粉絮凝剂，200rpm下快搅2min，50rpm下慢搅8min，静置沉降30min。用紫外-可见光分光光度计检测上清液吸光度，并计算脱色率。脱色率公式为：

脱色率(％)＝(1-ca/c0)×100

ca——絮凝脱色后染料溶液的浓度(mg/l)；

c0——脱色前染料的初始浓度(mg/l)

本发明制备的阳离子型芋头淀粉絮凝剂对四种染料脱色的数据见表1

表1阳离子型芋头淀粉絮凝剂的染料脱色性能

由表1可以看出本发明所制备的阳离子型芋头淀粉絮凝剂具有较强的脱色性能，对于三种染料的脱色性能均能达到95％以上。

以上内容是对本发明内容作的进一步详细说明，所属该领域技术人员在形式和细节上对本发明做的变化，均在本发明的保护范围之内。