探讨改性淀粉在重金属废水处理中的应用

探讨改性淀粉在重金属废水处理中的应用
摘要：淀粉是一种廉价的天然高分子材料，分子中含有活性羟基和糖苷键，用
物理、化学或生物方法对淀粉进行改性，生成一类淀粉衍生物――改性淀粉，使
其吸附性、溶解性及其它性能发生改变，能很好的吸附重金属。

因此，本文综述
了改性淀粉在处理重金属废水中的应用。

关键词：改性淀粉；重金属废水；处理；应用
引言：天然高分子及其衍生物以其独特的优势，越来越广泛的被应用在治理
重金属离子废水上。

目前，研究和应用的天然高分子主要分为天然有机高分子和
天然无机高分子两大类；天然有机高分子主要有壳聚糖、淀粉、纤维素等；天然
无机高分子包括沸石、粘土、膨润土等。

文章将对改性淀粉在重金属离子废水处
理中的应用进行综述。

1、改性淀粉在在重金属废水处理中的作用
淀粉及其衍生物因为来源广，价格便宜，对环境安全等优点成为污水处理的
重要物质，而改性淀粉较天然淀粉具有更优越的性能，是一种很有发展前途的新
型水处理剂。

阳离子型淀粉衍生物絮凝剂无毒，易降解，可以与水中微粒起电荷
中和及吸附架桥作用，常被用来处理携带有负电荷的污水。

絮凝剂阳离子淀粉醚，二（二乙氨基）均三嗪有高的絮凝剂能力，在时对阴
离子染料废水的脱色率可高达，对酸性染料的絮凝能力可达，且对于有色废水处理，该絮凝剂可循环再利用。

在许多研究中以（环氧丙基）三甲基氯化铵为醚化
剂引入到淀粉骨架上，合成一系列阳离子型淀粉衍生物絮凝剂，这些阳离子型淀
粉衍生物絮凝剂都具有良好的絮凝效果。

阴离子型淀粉絮凝剂也能用于污水处理，它与重金属离子生成难溶物沉淀，从水中去除重金属离子。

阴离子型淀粉醚曾在
日本、美国、德国等多个国家引起过相当的重视，得到了多种改性淀粉絮凝剂。

许多污水中同时含有正负电荷的悬浮颗粒与胶体，因此用两性改性淀粉絮凝剂处
理污水常比单使用一种离子型絮凝剂更有效。

HuiSong等合成了一种两性淀粉聚
丙烯酰胺接枝共聚物，此两性接枝共聚物对于多种工业废水的处理效果特别好。

2、改性淀粉在处理重金属废水中的应用
根据制备工艺的不同，处理废水中重金属的改性淀粉可分为氨基淀粉类、羧
基淀粉类、淀粉微球类、淀粉黄原酸酯类等。

2.1氨基淀粉类
氨基淀粉类水处理剂一般是通过交联、醚化、胺化等工艺而制得，具有去除
效率高、吸附速度快、无污染等优点。

氨基淀粉对重金属吸附主要与氨基淀粉的
分子结构相关，通过分子中的活性基团的配位螯合作用来完成。

如淀粉与烯类单体的接枝共聚物是一种性能优良的改性淀粉，广泛用于水处理、石油加工、造纸等行业。

用水合肼对丙烯酸甲酯接枝淀粉进行改性，合成了
具有氨基功能团的氨基螯合淀粉，并用于对多种单一重金属离子和混合重金属离
子的去除，具有良好的吸附效果。

以玉米淀粉为原料，通过双醛淀粉与乙二胺反应，制备氨基淀粉并将其负载
到膨润土上。

研究了氨基淀粉和氨基淀粉膨润土复合物对Cu2+、Cr6+的吸附容量，结果表明，氨基淀粉相比复合物来说对Cu2+、Cr6+有较大的吸附容量。

氨基淀粉对重金属吸附良好，因为其性能稳定，应用范围广，发展潜力大。

但不足之处在于吸附后吸附剂的再生以及成本较高，而且目前对这方面的研究不多，今后应加大吸附剂再生工艺的研究，以减少二次污染。

此外，与其它改性技
术结合，可制得性能更为优异的氨基淀粉类螯合。

如硫代氨基淀粉黄原酸盐（DSX），吸附效果良好，能有效去除废水中重金属离子。

2.2羧基淀粉类
通过交联、接枝等工艺可制备羧基淀粉类，具有操作简便、溶剂用量少、原
料来源广泛、再生重复使用时稳定性好等特点。

羧基淀粉衍生物吸附重金属离子
的机理一般认为是重金属离子与Na+或H+交换竞争交联淀粉侧链上羧基的过程，
能有效地从水中去除重金属。

通过化学反应过程将丙烯腈接枝到高交联淀粉上，
接枝产物再经皂化水解制得不溶性羧基淀粉接枝聚合物，发现羧基淀粉吸附重金
属离子的容量随pH值增大而增大。

变性淀粉羧甲基淀粉（CMS）具有羧基所固有的鳌合、离子交换、多聚阴离
子的絮凝作用，也具有增稠、水分吸收、粘附性及成膜性等大分子溶液的性能。

通过一次羧甲基化制备了高取代度羧甲基玉米淀粉（CMCS），进一步得出高取代度的羧甲基淀粉（CMCSa），在金属鳌合方面的性质要明显优于CMCS。

羧基淀粉类是一种很有前途的新型高效重金属离子脱除剂，然而CMS本身存
在的不耐盐性、不耐高温、抗剪切性差等缺点使之难以满足某些应用领域的要求。

目前的研究热点主要是对其复合改性，这也是今后的研究方向。

但关于羧基淀粉
的交联度、接枝率及接枝产物的皂化水解程度等因素对其键合重金属离子的能力、吸附行为的影响目前研究还较少，有待进一步研究。

2.3淀粉微球类
淀粉微球类一般采用物理法、化学法或反相微乳液法制备。

淀粉微球含有大
量的活性基团，相当大的孔容积和比表面积、适度的膨胀度及良好的机械强度使
其具备优良的吸附性能。

淀粉微球有高度的选择性吸附性，通过反相悬浮聚合法
合成交联淀粉微球（CSMs），考察其静态吸附，结果表明CSMs具有较好的选择
吸附性。

淀粉微球的选择性吸附除了与活性基团、孔隙率、孔径大小与分布等微球结
构有关，还与不同金属电荷、离子半径和外层电子排布及在配位的过程中受静电
效应、极化效应、稳定化能等因素有关。

苏秀霞等[7]以MBAA交联淀粉微球为载体，研究了CSMs静态吸附行为，结果表明，对金属离子的吸附能力次序为
Cu2+>Pb2+>Cr3+，并且CSMs是一种选择性吸附回收有毒金属及废水的吸附剂。

淀粉微球与其它吸附剂相比有明显的优势，是一种新的具有开发潜力和性能
优良的吸附材料，但由于淀粉分子中存在的大量的氢键，造成淀粉易发生团聚，
致使其反应性差，成球效果不好，导致合成工艺复杂，因此可以用其它阴离子醚
化剂将交联和阴离子一步化，使阴离子淀粉微球制备工艺简单，生成的淀粉微球
选择吸附性良好。

2.4淀粉黄原酸酯类
淀粉黄原酸酯类的制备工艺一般是先用环氧氯丙烷等与淀粉交联，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网状结构，有助
于对重金属离子的絮凝和沉淀，并在废水处理时无残余硫化物，适用于多种工业
废水的处理。

淀粉黄原酸酯类有水溶性淀粉黄原酸酯（SSX）和不溶性淀粉黄原酸酯（ISX）。

虽然两者都能有效地去除废水中的重金属，但SSX对于重金属离子的吸
附仍不能满足排放标准，而ISX使用方便。

制备了改性淀粉黄原酸酯捕集剂，并
对重金属废水有较好的吸附。

再如王静等制备ISX，通过研究表明，其吸附性良好。

淀粉黄原酸酯类是性能优良的天然高分子有机改性絮凝剂，用于去除水体中的重金属阳离子。

但是ISX制备流程比较复杂，产品不稳定并有难闻的气味，难于储存运输，因此使用受到一定限制，且淀粉浆料在强碱中有很高的粘度，因此在今后的工业化试验研究中要解决搅拌、洗涤、过滤等方面的生产难题。

结束语
综上所述，改性淀粉用于水处理过程具有原料来源广、成本低、毒害性小、产品易降解等优点，对重金属废水具有更好的处理效果，这将是今后的研究热点之一。

参考文献：
[1]孙阿惠.张鹏.刘军海.改性淀粉在重金属废水处理中的应用[J].农业工程技术•农产品加工业，2011
[2]张新娜.陈志涛.季金苟等.双醛改性淀粉在重金属废水处理中的应用[J].工业水处理，2016
[3]丁畅越.杨军.胡平等.氨基化磁性纳米Fe3O4颗粒处理废水中重金属的应用[J].应用化工，2017。