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羧甲基淀粉的制备及应用科技创新论文

羧甲基淀粉的制备及应用 摘 要:羧甲基淀粉(CMS)是重要的变性淀粉之一,用途广泛。本文研究以玉米淀粉为原料,用乙醇溶剂法制备羧甲基淀粉。探讨固定淀粉用量,氯乙酸用量,氢氧化钠用量,反应体系水分含量,反应温度及反应时间对玉米羧甲基淀粉取代度(DS)的影响,获得制备羧甲基淀粉(CMS)的最佳制备条件。同时将羧甲基淀粉(CMS)作为重金属捕集剂,研究pH值、投药量、反应时间、CMS取代度等条件对主要重金属污染物Pb2+的去除规律,获得去除Pb2+的最佳条件。从CMS本身的结构特点以及对水中Pb2+较好的去除效果来看, CMS在处理重金属污水方面具有广阔的应用前景。 关键字:玉米淀粉 羧甲基淀粉(CMS) 醚化反应 重金属 捕集剂铅 羧甲基淀粉又称变性羧甲基淀粉钠,简称CMS,属阴离子型,是醚化淀粉的一种,为淀粉的主要衍生物之一。外观呈白色或淡黄色粉末,无毒无嗅,能直接溶解于冷水,其水溶液为无色透明溶液。CMS及淀粉的分子结构[1]如下: DS是指CMS分子结构中,平均每个葡萄糖残基上的羟基被羧甲基(-CH2COOH)取代的个数。 重金属对人体的危害是巨大的。溶解在水体之中的重金属会通过直接或是间接的形式作用在我们人类身上,造成身体、机能方面的损伤和障碍。上个世纪的“水俣病事件”和“骨痛病事件”已给我们留下了深刻的印象,因而当今世界各国对重金属污染的治理都极为重视。 CMS是一种阴离子型淀粉醚,溶于水后,对重金属阳离子首先会有静电吸附作用,其高分子结构中还含有羧基和大量的羟基,可与重金属离子产生螯合、离子交换和多聚阴离子的絮凝作用;而且淀粉基具有长链、支链结构,可以通过架桥作用形成大的絮体,从而加快絮凝沉降速度。因此将CMS作为重金属捕集剂会兼有电性中和、螯合、架桥三重作用机理,絮凝效果显著。如作为重金属捕集剂必将是一种具备环保、高效多功能的理想产品。 1 羧甲基淀粉的制备方法[2][3][4] 1.1 水媒法 水媒法是以水为反应介质,先将淀粉配成一定浓度的淀粉乳,然后加入一定浓度的氢氧化钠溶液将淀粉活化,再将合适浓度的氯乙酸溶液加入混合物中搅拌均匀,并在选定温度下醚化反应至规定时间,最后将产物过滤、洗涤、干燥得到产品。 1.2 溶媒法 溶媒法是以含少量水的低碳有机溶剂(甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮等)为反应介质,淀粉以颗粒状态分散在介质中,与碱及醚化剂接触反应,反应结束后经中和、过滤、洗涤、干燥得到具有原淀粉形状的产品。 1.3 半固法 半固法是用少量醇作反应介质,将淀粉和醇搅拌均匀后加入氯乙酸钠反应若干时间,升温反应后冷却,用浓醋酸调节至PH=7,经真空干燥即可得到产品。 1.4 干法 干法不使用溶剂或仅使用少量溶剂(如水或低碳有机溶剂)。将淀粉、固体氢氧化钠、氯乙酸及催化剂等按比例投入到混合器中强力搅拌均匀,在一定温度下进行醚化反应至合适时间,将产物烘干、粉碎即得成品。 在四种制备方法中,水媒法的优点是淀粉与反应试剂能充分混合均匀,可制得取代基分布均匀的产品,但是因羧甲基淀粉随取代度增加而溶于水的特点,决定了只适合生产取代度为0.1的产品;干法和半固法工艺过程简单无污染,反应条件温和,反应效率全90%,反应时间短,生产成本较低,但反应不均匀,副产物难以除去,故生产高品质羧甲基淀粉较为困难;溶媒法的优点是反应体系中含水量少,反应效率高,可制取高取代度且取代基分布较均匀的产品,虽然工艺流程相对复杂且需要消耗溶剂,但反应均匀,取代度较高,产品质量较好,适合生产高品质羧甲基淀粉。因此本研究使用溶媒法制备羧甲基淀粉,溶剂选95%的乙醇。 2 羧甲基淀粉的制备及应用(以水中铅离子去除规律为例) 2.1 实验材料 玉米淀粉、氯乙酸、氢氧化钠、乙醇(含量95%和80%)、冰醋酸、盐酸、ED-TA标准溶液(乙二胺四乙酸二钠)、Pb(NO3)2。二甲酚橙、六亚甲基四胺或稀硝酸、酚酞指示剂。 2.2 实验仪器 电热水浴恒温锅、电热恒温干燥箱、恒温磁力搅拌器、分析天平、碱式滴定管、酸式滴定管。 实验方法 2.3.1 制备CMS实验方法[5] [6] [7] [8] [9] 采取实验室合成方法,固定淀粉用量为0.5mol,采用95%乙醇做为溶剂,按一定的物料比例,将95%的乙醇、氯乙酸、浓氢氧化纳溶液及玉米淀粉分别加入反应器中,充分搅拌后移入电热水浴恒温锅,继续搅拌,待物料升温至反应温度,保温进行反应。反应完成后加入冰醋酸,中和至pH值约为7.0,过滤,用乙醇(80%)洗涤,在40℃下干燥,得到粉末状的CMS产品。讨论氯乙酸用量,氢氧化钠用量,反应体系水分含量[10],反应时间和反应温度对CMS制备的影响,确定CMS的最佳制备条件[11]。 2.3.2 CMS对水中铅离子去除规律实验方法[12] [13]

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