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低粘度季铵型阳离子淀粉的合成与应用研究

张敏  
【摘要】: 阳离子淀粉是通过醚化、酯化或接枝共聚等反应向淀粉中引入阳离子基团而得到的一类应用广泛的淀粉衍生物。目前开发新型阳离子化试剂、改进合成工艺、提高性能、扩大应用领域等是阳离子淀粉方面的研究热点,由于季铵型阳离子淀粉无论在酸性、碱性还是中性条件下都呈阳离子状态,性能优越,因此目前主要集中于季铵型阳离子淀粉的研发上。本文研究了酯化和醚化型两种季铵阳离子淀粉的制备与应用。 论文首先研究有机溶剂法制备酯化型阳离子淀粉—甜菜碱淀粉酯的适宜条件,发现该制备工艺存在操作复杂、污染环境、腐蚀设备等问题,因此,建立了以双氰胺为脱水剂的环境友好干法工艺。采用干法工艺制备了两种醚化型阳离子淀粉(淀粉-2-羟丙基三甲基氯化铵)—低粘度阳离子淀粉及非水溶阳离子淀粉。通过红外光谱、核磁共振、X-光衍射和扫描电镜等对甜菜碱淀粉酯和低粘度阳离子淀粉进行了表征。设计电导滴定法测定低粘度的甜菜碱淀粉酯的取代度是可行的,操作简单、快速、用量少。 甜菜碱淀粉酯对高岭土的絮凝效果随着取代度的增大而提高,随着分子量的增大而提高,表明絮凝作用主要是通过电荷中和与架桥作用来实现的。取代度为0.330的交联甜菜碱淀粉酯浓度为3ppm时,浊度去除率可达90.5%,近于传统醚化型阳离子淀粉的去除率。甜菜碱淀粉酯的絮凝效果随着悬浊液盐含量的增大而变差,pH值在5-7时絮凝效果较好。 低粘度阳离子淀粉通过酸解淀粉阳离子化而制得,其适于无盐染色。染料固色率随着低粘度醚化型阳离子淀粉取代度的提高而增大,匀染性随着醚化型阳离子淀粉粘度的降低而提高。当低粘度醚化型阳离子淀粉CHS_6(DS=0.70)的浓度分别为30、22.5和17.5g/L时,活性染料C.I.活性红2、C.I.活性蓝19和C.I.活性黄145的固色率分别可达69.4%、73.8%和75.3%,比传统有盐竭染的固色率分别提高20.3%、0.9%和18.4%,而且匀染性良好,染料耐洗牢度优异。 非水溶阳离子淀粉ICS通过交联淀粉阳离子化而得到,其适合作为染料废液的吸附剂,对C.I.酸性红1、C.I.酸性黄4、C.I.酸性黄17和C.I.酸性橙7四支染料的吸附速度快,15min都可达到平衡,吸附符合假-二级动力学模型。吉布斯函数变为负值证明了吸附行为是自发的。吸附平衡遵循Langmuir等温吸附模型,吸附量随着ICS取代度的提高而增大,证明吸附是单分子层吸附,而且吸附主要是通过ICS表面阳离子活性质点与染料阴离子的静电引力作用实现的离子交换吸附。由Langmuir等温吸附模型得出非水溶阳离子淀粉(DS=0.65)对C.I.酸性红1、C.I.酸性黄17、C.I.酸性黄4和C.I.酸性橙7四支染料的最大吸附量分别为1.27、1.16、2.44、2.92mmol/g。对于有羟基的酸性染料适用pH范围更宽些。


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