高分子絮凝剂的研究，研究成果以高分子无机 絮凝剂最多，并且在制备技术上不断改进，部分成果 己成功应用，取得较理想的经济效益;高分子有机絮 凝剂制备成本较高，残留单体毒性大，不符合环保要 求，其应用受到限制[5].然而天然原料合成的改性絮 凝剂因其原料来源丰富、无毒、易降解的特性，己在 废水处理领域中占有一席之地，如淀粉、瓜尔胶粉 等.目前，有关淀粉改性的研究文献较多，在此基础 上，本文提出以植物瓜尔胶为原料，改性合成一种高 分子有机絮凝剂应用于微污染水源水的处理中，为 研发一种新型改性絮凝剂提供理论基础.

1材料与方法

1.1实验材料和仪器

随着国民经济的发展，在给水和污水处理领域，

各类水处理剂的使用更加广泛.目前，无机和合成有 机絮凝剂占了我国水处理剂市场的大部分，尤其以 三氯化铁、硫酸铝、聚铝盐（PAC)、聚丙烯酰胺 (PAM)及聚合硫酸铁等无机絮凝剂为主[1],但这些 无机絮凝剂投放量大，污染严重.而高分子絮凝剂由 于絮体沉速较大，产生的污泥较密实，且投药量较无 机絮凝剂小，处理效果较好，因此具有较好的应用价 值.与低分子表面活性剂相比，高分子絮凝剂有独特 优势，虽然在水中界面张力中等，但具有独特絮凝及 分散效果[2~4].

近年来，国内外研究者致力于高效、无污染、无乙酸:AR,西安化学试剂厂;氢氧化钠:AR,天津市 博迪化工有限公司；乙醇：AR,西安化学试剂厂. HHS1-2型电热恒温水浴锅;DJ1C型电动搅拌器； 72- 100型分光光度仪;WZ& 180型浊度仪.

1.2实验方法

1)合成方法

取一定质量的瓜尔胶粉，并于烧杯中称取一定 比例氯乙酸，加入体积分数为80%酒精溶解均匀， 加入过量的质量分数为30%氢氧化钠.将瓜尔胶粉 倒入烧杯，室温搅拌，混合均匀.待物料呈半干状态， 挫碎过筛，必要时把过量的酒精除去.然后将样品置 于反应器烧杯中，控时控温反应，反应结束后磨碎、 过筛得到成品[6].

2)利用铜盐络合滴定法测定取代度[7]

3)絮凝性能测定方法

实验中的改性瓜尔胶均配制成质量浓度为5% 的胶液，半干法羧甲基瓜尔胶的快速制备及其絮凝性能，用胶液处理人工模拟黄河微污染水源水，用 处理后上清液的透光率作为胶粉絮凝性能的衡量指 标.实验时测定温度为25 °C,原水的上清液透光率 约为25%,处理过程控制转速为500 r/min,搅拌15 min,沉降30 min,取上清液在600 nm波长下测透 光率（以蒸馏水做空白样)[8].

2结果与讨论

2.1羧甲基瓜尔胶的合成条件对取代度的影响

1)反应温度对取代度的影响 反应温度为50〜80 °C,间隔10 min, n(瓜尔 胶氯乙酸)：n(氢氧化钠)=1.6: 1.2: 1,反应 时间1 h.测得取代度结果如图1所示.

 

从图1可知，随着反应体系温度的升高,羧甲基 瓜尔胶的取代度也随之增大，当温度升高至70 °C 时，取代度达到最大，之后产品的取代度又呈逐渐下 降趋势,这是由于瓜尔胶在碱性条件下会发生糊化

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现象，温度越高，糊化现象越明显，同时观察到反应 体系中出现淡黄色的较硬颗粒,反应很难进行，且当 反应体系冷却后，出现轻微的结块现象，给洗涤带来 困难，因此反应温度应控制在70 °C为宜.

2)反应时间对取代度的影响

反应时间为10〜60 min,间隔为10 min,其它 反应条件为水浴温度70 °C, n(瓜尔胶）：n(氯乙 酸）：n(氢氧化钠）=1. 6: 1. 2: 1.对羧甲基瓜尔 胶取代度进行分析测定，结果如图2所示.

 

从图2可知，随着体系反应时间的增加,羧甲基 瓜尔胶的取代度不断升高,在反应1 h后，产品取代 度的增加趋于平缓，变化较小.通过实验发现，如果 反应时间低于0.5 h,所得产品的水溶性较差，这是 由于瓜尔胶反应不完全，而当反应时间大于1 h,瓜 尔胶会变得较为粘稠,给后续处理带来困难,因此反 应时间应控制在1 h为宜.

3)氢氧化钠用量对取代度的影响[9]

取n(氢氧化钠）：n(氯乙酸）为0.6〜1.1， n(瓜尔胶）：n(氯乙酸)=1.3: 1,水浴温度70 °C, 反应时间1 h.对取代度进行分析测定，结果如表1 所示.

表1氢氧化钠用量对取代度的影响

Tab. 1 Effect of consumption of sodium hydroxide on DS

n(氢氧化钠） n(氯乙酸）0.6 0.7 0. 8 0.9 1.0 1.1

DS0. 15 0.35 0.51 0.48 0.42 0.28

从表1可知，随着氢氧化钠用量的增加,羧甲基 瓜尔胶的取代度也增大，半干法羧甲基瓜尔胶的快速制备及其絮凝性能，当n(氢氧化钠）：n(氯乙 酸)=0.8: 1时，取代度达到最大，而后随着碱用 量的继续增加，产品取代度又有所下降，这是由于反 应中氢氧化钠直接生成羟基乙酸钠,不利于瓜尔胶 的羧甲基化反应，同时较高浓度的羧甲基化反应还 可能导致瓜尔胶内部化学健的断裂,此外在半干法

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高，因此选择n(氢氧化钠）：氯乙酸）=0. 8: 1 为宜.

4)氯乙酸用量对取代度的影响 在n(瓜尔胶）：n(氢氧化钠)=1.6: 1，水浴温 度70 °C，反应时间1 h的条件下，取n(氯乙酸）： n(瓜尔胶)为0. 4〜1. 0.对取代度进行测定,结果如 图3所示.

 

从图3可知，取代度随着氯乙酸投加量增加而

增加，当n(氯乙酸）：n(瓜尔胶)=0.7: 1时，羧 甲基瓜尔胶的取代度达到最大值，这是由于氯乙酸 的浓度较高，促使醚化反应沿生成物方向移动，有利 于提高产品的取代度，随着氯乙酸投量的继续增大， 取代度则随之有较大幅度的减小,并且持续下降，这 是由于酸度增加不利于醚化反应的进行所致，因此 反应中应减小氯乙酸用量，选择n(氯乙酸）：n(瓜 尔胶)=0.7: 1为宜.

5)搅拌时间对取代度的影响 室温搅拌时间为5〜30 min，n(瓜尔胶）：n(氯 乙酸）：n(氢氧化钠）=1.6: 1. 2: 1，水浴温度为 70 °C，反应时间1 h.测得取代度结果如图4所示.

 

Fig. 4 Effect of stirring time on DS

从图4可知，在室温下，随着搅拌时间的增加， 产品取代度不断升高，当搅拌时间达到20 min时,

由于瓜尔胶在碱性条件下发生糊化现象，通过搅拌 使得反应混合均匀，搅拌时间越长,糊化现象越明 显,给后续处理带来困难,且在反应体系冷却后，仍 然会出现轻微的结块现象，难以洗涤，因此搅拌时间 应控制在20 min为宜.

2. 2改性瓜尔胶的投加量对絮凝效果的影响

羧甲基瓜尔胶在最佳合成条件下,取代度(DS) 为0. 51，取5. 272 g样品配制成质量浓度为5%的 胶液,分别加入不同的剂量，通过测定上清液的透光 率(原水透光率:25%)的方法考察处理效果.实验结 果如图5所示.

105

o 5

109

%/鲚絮徴

 

胶样加入量AmL.L-1)

图5羧甲基瓜尔胶投量对絮凝效果的影响 Fig. 5 Effect of carboxyl methyl guar dosage on flocculi- tion efficiency

从图5可知，取代度为0. 51的胶样加入0. 2 mL时,胶样的絮凝效果较好，半干法羧甲基瓜尔胶的快速制备及其絮凝性能，透光率达到100%，当 投入量增加至0.5 mL时，透光率略有升高，已超过 100%，说明絮凝效果最佳[8]，该取代度下能够更好 地满足性能要求.

2.3不同配比羧甲基瓜尔胶的效果分析

将合成的不同取代度的羧甲基瓜尔胶，以胶样 0. 5 mL量投加，采用测定上清液的透光率(原水透 光率:25%)的方法，考察其对微污染水源水的处理 效果，结果见表2.

表2不同配比羧甲基瓜尔胶对微污染水源水的处理效果 影响

Tab. 2 Effect of differently formulated carboxyl methyl guar

on treatment result of slightly polluted water supply

n(瓜尔胶）：n(氯乙酸): n(氢氧化钠）取代度黏度/mPa* s透光率/%

1.6 ： 0. 8 ： 10. 244 38089

1.2: 1: 10.423 87597

1.6: 1.2: 10.513 960102

产品的取代度达到最大，而后取代度有所下降，这是度为3 960 mPa • s，胶样的透光率达到102%，说明

从表2可知，当n(瓜尔胶）：n(氯乙酉酸）：n(氢 氧化钠)=1.6: 1.2: 1时，取代度为0.51，胶样黏

胶样的絮凝效果最好.

2.4不同絮凝剂的絮凝效果比较

表3是利用高锰酸钾复合药剂预氧化强化工艺 处理微污染水源水，所谓微污染水源水即水体中有 机污染物的含量较少，反映水体特征主要从浊度、色 度、嗅味以及藻类等方面考虑，并且各污染指标相对 较低，而浊度又是反映絮凝效果的重要指标.在实验 中只改变絮凝剂的种类，对絮凝效果的影响加以分 析，且每一种絮凝剂都存在一最佳投加量(剩余浊度 为7.0 NTU以下).

表3不同絮凝剂的絮凝效果比较 Tab. 3 Efficiency comparison of flocculation with various

flocculants

絮凝剂投加量（最佳）

/mg原水浊度 /NTU处理效果 /%

FeCl33028. 280. 1

PAC6028. 290. 1

羧甲基瓜尔胶2528. 292. 6

从表3中可知，羧甲基瓜尔胶的絮凝效果最好， 半干法羧甲基瓜尔胶的快速制备及其絮凝性能，且达到最佳处理效果时絮凝剂用量最省，PAC次 之，FeCl3的絮凝效果相对较差.

3结论

1)羧甲基瓜尔胶的最佳合成条件瓜尔胶）： 氯乙酸）：n(氢氧化钠)=1. 6: 1.2: 1，反应温度70 °C，反应时间1 h，室温搅拌20 min.

2)在最佳合成条件下，羧甲基瓜尔胶取代度为0. 51，黏度为3 960 mPa • s，胶样投加量为0. 5 mL时，胶样的絮凝效果最好，透光率超过100% .

3)确定了羧甲基瓜尔胶、聚氯化铝和三氯化铁在最佳投加量下的絮凝效果，分别为92. 6%、90. 1%、0. 1%，即羧甲基瓜尔胶在处理工艺中对浊度的去除率最好，聚氯化铝次之，三氯化铁去除效果差.