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摘 要

以水溶性淀粉(St)为原料、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基二甲基乙基溴化铵(C₂Br)为单体、过硫酸铵一亚硫酸氢钠为氧化还原引发体系，通过水溶液聚合法制备了St接枝共聚物(St—g一(AM—C₂Br))。本文研究了淀粉与丙烯酰胺和C₂Br的质量比，反应温度，引发剂浓度对接枝共聚反应的影响，并且通过数据分析得到该反应的最佳实验条件，最佳实验条件为淀粉与丙烯酰胺和C₂Br比为1：2：1，温度为45度，引发剂浓度0.003g/mL。用所得接枝共聚物做模拟废水絮凝实验，实验证明所得的共聚物对模拟废水的浊度有较好的去除效果。

关键词：枝共聚物；淀粉；丙烯酰胺；甲基丙烯酰氧乙基二甲基乙基溴化铵

Preparation and properties of cationic starch flocculant

Abstract

A starch—grafted copolymer(St-g—(AM- C₂Br))was prepared by the aqueous copolymerization of acrylamide(AM)and methacryloxy ethyl dimethyl ethyl ammonium bromide (C₂Br)with ammonium persulfate—sodium bisulfate as redox initiation system. In this paper, starch and acrylamide and C₂Br quality ratio, reaction temperature, initiator concentration on graft copolymerization reaction and the best experimental conditions and analyzed by the data of the reaction. The optimum conditions for the chitosan and acrylamide and C₂Br ratio of 1:2:1, the temperature is 45 degrees, initiator concentration 0.003g/mL. The resulting graft copolymer made ​​with simulated wastewater flocculation experiments prove that the resulting copolymers have better simulated wastewater turbidity removal efficiency.

KEY WORDS: graft copolymer；starch；acrylamide；methacryloxy ethyl dimethyl ethyl ammonium bromide

目 录

第一章 绪论 1

1.1阳离子型改性淀粉絮凝剂 1

1.2非离子型淀粉改性絮凝剂 1

1.3两性淀粉改性絮凝剂 2

1.4阴离子型淀粉改性絮凝剂 2

1.5本论文的主要工作 3

第二章 实验原理 4

2.1自由基聚合 4

2.1.1链引发 4

2.1.2链增长 4

2.1.3链终止 4

2.2 水溶液聚合 5

第三章 实验部分 7

3.1实验药品和仪器 7

3.1.1实验药品 7

3.1.2实验仪器 7

3.2甲基丙烯酰氧乙基二甲基乙基溴化铵(C₂Br)的制备 7

3.3接枝共聚物的制备 8

3.4聚合物的纯化 8

3.5接枝参数的测定 8

3.5.1 接枝效率 8

3.5.2 接枝率 9

3.5.3 单体转化率 9

第四章 结果与讨论 10

4.1引发剂用量的影响 10

4.2单体用量的影响 10

4.3温度的影响 11

第五章 絮凝实验 12

5.1二氧化钛模拟废水的配制 12

5.2絮凝实验方法 12

5.3实验结果 12

第六章 总结 13

参考文献 14

致 谢 15

第一章 绪论

淀粉是一类天然高分子絮凝剂, 其来源丰富，价格低廉, 易生物降解, 产品本身及降解产物均对环境无害, 是一种理想的绿色试剂 ^[1]。由于天然淀粉具有腐败、老化、加热糊化后增稠等缺点，使其应用受到一定限制，因此必须对淀粉进行改性处理。从分子结构上看，淀粉是一种六元环状的高分子，含有许多羟基,化学性质比较活泼，可通过对羟基的酯化、醚化、氧化、交联和接枝共聚等化学改性，生成一系列高效、无毒、价廉的改性淀粉絮凝剂^[2]。

根据改性淀粉所带电荷的情况，可以将其分为以下几类：阳离子淀粉, 分子中含有阳离子基团；非离子性淀粉接枝共聚物，分子中未带阳离子或阴离子的基团；两性淀粉, 同一高分子链节上同时含有阳离子和阴离子基团；阴离子淀粉， 分子中含有阴离子的基团。

1.1阳离子型改性淀粉絮凝剂

许多工业废水中含有大量有机质，而有机质微粒表面通常带有负电荷，因此阳离子高分子絮凝剂受到人们的广泛关注。阳离子淀粉主要是指分子中含叔胺或季铵阳离子基团, 且具有刚性淀粉高分子长链的一类淀粉衍生物,与那些含有带负电荷的有机物或胶体的水体系混合时,可以与水中有机物或胶体微粒起电荷中和及吸附架桥作用, 因此,阳离子淀粉一方面可以使体系中的微粒脱稳,起到絮凝的作用,另一方面,通过除去水中带负电荷的有机物而起到脱色的作用。

淀粉与胺类化合物反应生成含氨基和铵基的醚衍生物，因氮原子上带有正电荷而称为阳离子淀粉。可将其分为四类：叔胺烷基醚、季铵基醚、伯或仲胺基醚和杂醚。实际应用的主要是前两种，其合成方法主要有干法和湿法两种。朱维群等以玉米淀粉为原料，探讨了高、低取代度阳离子淀粉的合成方法^[3]。黄佩芳等以木薯淀粉为原料,与阳离子醚化剂和碱性催化剂的混合物进行反应，采用湿法合成了季铵型阳离子淀粉,并确定了最佳反应条件^{[4 ]}。

1.2非离子型淀粉改性絮凝剂

这类改性淀粉絮凝剂是淀粉与乙烯基单体在引发剂的作用下接枝共聚制得。由于在淀粉上接枝了具有絮凝功能的聚合物侧链，侧链基团能与许多物质中和、吸附，形成氢键；或这种侧链与被絮凝物质形成物理交联状态，可使被絮凝物沉淀下来。

淀粉的接枝共聚一般采用自由基聚合方法。淀粉可以与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯等高分子单体接枝共聚反应，形成接枝共聚淀粉。

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