馬云波　李爽　王媛媛

摘? 要：為提高水質(zhì)，使其達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需要采用各種不同的方法進(jìn)行水處理，此項(xiàng)工作對(duì)于保護(hù)人類(lèi)生存環(huán)境，維護(hù)自然生態(tài)平衡具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。天然高分子水處理劑以其自身所具備的環(huán)境友好性，在水處理領(lǐng)域中顯現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。但是單一的功能卻制約了天然高分子水處理劑的實(shí)際應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)具有多功能型的天然高分子水處理劑尤為必要?；诖?，該文就多功能型天然高分子水處理劑展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：多功能型;天然高分子;水處理劑

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ314? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 研究目的

天然高分子水處理劑（Natural Polymer Water Treatment Agent）簡(jiǎn)稱NPWTA，這是一種具有優(yōu)異性能的綠色、高效水處理劑。然而，NPWTA的功能比較單一，從而制約了其在水處理方面的應(yīng)用，所以研發(fā)多功能型的NPWTA顯得非常必要，如果研制成功，則可使NPWTA的應(yīng)用空間進(jìn)一步擴(kuò)大。在水處理過(guò)程中，絮凝和抑/滅菌是較為重要的2個(gè)環(huán)節(jié)，因此可將其作為多功能型NPWTA的研發(fā)重點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一種兼具絮凝和抑/滅菌雙重功能的NPWTA，這是該文研究的主要目的。

殼聚糖又被稱之為脫乙酰甲殼素，這是一種天然高分子物質(zhì)，其不僅具有良好的絮凝效果，而且還具有抑/滅菌的功能，通過(guò)化學(xué)改性之后，能夠使殼聚糖在水處理中進(jìn)行應(yīng)用。然而，殼聚糖的材料成本較為昂貴，如果用于水處理工藝，會(huì)導(dǎo)致處理費(fèi)用增大，所以想要大范圍推廣普及過(guò)于困難，這也成為制約殼聚糖實(shí)際應(yīng)用的主要因素之一。鑒于此，該文以淀粉這種價(jià)格比較低廉的材料作為研究對(duì)象，利用化學(xué)改性的方法，制備一種兼具絮凝和抑/滅菌雙重功能的水處理劑。在制備過(guò)程中，以叔胺和季銨鹽作為改性手段，引入陽(yáng)離子基團(tuán)增強(qiáng)靜電吸引作用，以此來(lái)促進(jìn)水處理效果的提升。

2 研究方法

在堿性條件下，以最為常見(jiàn)且價(jià)格低廉的玉米淀粉作為主要材料，醚化劑選用（3-氯-2-羥丙基）三甲基氯化銨，進(jìn)行絮凝劑合成。為了能夠?qū)λw表面一些帶有負(fù)電荷的污染物顆粒進(jìn)行有效去除，在制備過(guò)程中加入陽(yáng)離子基團(tuán)，制成陽(yáng)離子型醚化淀粉絮凝劑（St-CTA），隨后對(duì)其絮凝與抑/滅菌性能進(jìn)行研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1.1 試劑與儀器

在該次試驗(yàn)中，使用的主要試劑和材料包括玉米淀粉、（3-氯-2-羥丙基）三甲基氯化銨（CTA，60 wt%水溶液）、氫氧化鈉（NaOH）、稀鹽酸、無(wú)水乙醇、蒸餾水以及LB培養(yǎng)基;儀器設(shè)備有電子天平、攪拌儀、真空干燥箱以及各種玻璃器皿。

2.1.2 制備方法

先取適量的NaOH，將其加入100 mL的蒸餾水當(dāng)中，待充分溶解之后，再加入適量的玉米淀粉，在70 ℃的條件下進(jìn)行堿化處理，時(shí)間控制在1 h;隨后利用滴液漏斗，以緩慢的速度滴加CTA，并繼續(xù)在70 ℃的條件下進(jìn)行堿化反應(yīng)，時(shí)間控制在2 h;向反應(yīng)后的溶液內(nèi)加入稀鹽酸，對(duì)溶液的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其變?yōu)橹行裕笤跓o(wú)水乙醇當(dāng)中對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行沉淀、脆化和過(guò)濾處理，最后放入真空干燥箱內(nèi)，將溫度調(diào)至60 ℃進(jìn)行烘干，時(shí)間控制在48 h，再進(jìn)行研磨便可得到St-CTA。

2.1.3 培養(yǎng)大腸桿菌

用電子天平稱取25 g的LB培養(yǎng)基，并將之溶于1.0 L的純水當(dāng)中，然后用稀鹽酸對(duì)溶液的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使pH達(dá)到7;再將調(diào)配好的溶液全部倒入錐形瓶當(dāng)中，利用蒸汽在121 ℃的條件下進(jìn)行高溫滅菌，時(shí)間控制在15 min;隨后在經(jīng)過(guò)滅菌處理的LB培養(yǎng)液當(dāng)中，加入少量的大腸埃希氏菌液，并在37 ℃的條件下，進(jìn)行振蕩培養(yǎng)，時(shí)間控制在12 h，進(jìn)而制得大腸桿菌母液。

2.1.4 配置水樣

取出適量的大腸桿菌母液進(jìn)行離心沉淀，轉(zhuǎn)速控制在3 000 rpm，持續(xù)時(shí)間為5 min，然后將上層的培養(yǎng)基全部棄掉，隨后用純水對(duì)大腸桿菌進(jìn)行重新分散，使其沉淀，由此便可制得大腸桿菌懸濁液。

2.2 絮凝與抑/滅菌性能

2.2.1 絮凝

用電子天平準(zhǔn)確稱取0.1 g的絮凝劑樣品，并將其加入100 mL去離子的水中，使樣品在水中充分溶解，由此便可制成絮凝劑母液。隨后在攪拌儀上完成燒杯試驗(yàn)。待整個(gè)絮凝過(guò)程結(jié)束后，用吸管對(duì)上層的清液進(jìn)行吸取，為后續(xù)的分析過(guò)程做準(zhǔn)備。

2.2.2 投加量與取代度

圖1 為St-CTA 4種取代度對(duì)大腸桿菌懸濁液的絮凝性能。

圖1 中St-CTA的4種取代度按1～4的順序分別為19.6%、30.7%、35.6%和41.7%。從圖中可以清楚地看到，這4種取代度對(duì)于大腸桿菌都具有良好的絮凝效果。該次實(shí)驗(yàn)中制備的St-CTA之所以能夠獲得良好的絮凝效果，與以下2個(gè)方面的原因有關(guān)，一是在制備的過(guò)程中，引入了帶正電荷的CTA分子;二是St-CTA本身所具備的網(wǎng)捕以及架橋作用也在一定程度上增強(qiáng)了絮凝效果。在St-CTA投加量不斷增大后，水體中大腸桿菌的去除率在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到停滯期，St-CTA4的取代度最高，其投加量最小，之后繼續(xù)增大投加量，去除率隨之下降。

2.2.3 絮凝機(jī)理

為了能夠獲悉St-CTA在大腸桿菌處理中的具體絮凝機(jī)理，采用Zeta電位測(cè)試的方法，對(duì)大腸桿菌試樣進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行查閱后得知，當(dāng)絮凝劑達(dá)到最佳投加量時(shí)，如果測(cè)得的Zeta電位無(wú)限接近于0，說(shuō)明在絮凝階段，電中和作用所占的比重較大，如果測(cè)得電位為負(fù)值，則表明在絮凝過(guò)程中，電荷碎片機(jī)理所占的比重較大。在該次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)投加量為1.0 mg/L時(shí)，測(cè)得的Zeta電位最接近0，可將該投加量確定為最佳投加量，在該投加量下，可以達(dá)到最佳的絮凝效果。

2.2.4 抑/滅菌性能

通過(guò)查閱大量相關(guān)的文獻(xiàn)后得知，季銨鹽類(lèi)化合物對(duì)于細(xì)菌具有良好的滅殺效果，具體的作用機(jī)理是滲透、擴(kuò)散及電荷吸引。該次實(shí)驗(yàn)中制備的St-CTA當(dāng)中含季銨基團(tuán)，并且數(shù)量相對(duì)較大，下面對(duì)其抑/滅菌性能進(jìn)行分析驗(yàn)證。圖2為絮凝前后掃描電鏡情況。

從圖2中可以非常清楚地看到，經(jīng)過(guò)St-CTA絮凝處理之后，大腸桿菌細(xì)胞壁的完整性遭到了破壞，由此表明，該次制備的St-CTA除了具有良好的絮凝效果之外，還兼具抑/滅菌的功效，可作為多功能型水處理劑使用。之所以能夠達(dá)到抑/滅菌的效果，主要是因?yàn)樵谥苽涞倪^(guò)程中，引入陽(yáng)離子季銨基團(tuán)，通過(guò)電荷的作用，可對(duì)水體當(dāng)中的大腸桿菌進(jìn)行有效地吸附。同時(shí)，還能對(duì)大腸桿菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，由此達(dá)到了抑制和殺滅大腸桿菌的效果。

3 結(jié)論

綜上所述，該文以現(xiàn)實(shí)中比較容易獲得且價(jià)格低廉的玉米淀粉作為主要材料，選?。?-氯-2-羥丙基）三甲基氯化銨作為醚化劑，以堿性環(huán)境作為反應(yīng)條件，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加入季銨基團(tuán)，制備出一種St-CTA絮凝劑。隨后對(duì)其絮凝與抑/滅菌性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，St-CTA除具有良好的絮凝效果之外，還兼具抑/滅菌性能，可作為多功能型水處理劑使用。由于制備中的材料為玉米淀粉，從而使制備成本大幅度降低，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，其在水處理過(guò)程中的使用，可有效減少消毒劑的用量。但必須注意的是，由于St-CTA是以玉米淀粉作為原料，因此比較容易出現(xiàn)生物降解的情況，這樣一來(lái)可能會(huì)引起二次污染，在后續(xù)研究中，可將解決二次污染問(wèn)題作為重點(diǎn)，從而擴(kuò)大其應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)

[1]唐若谷， 顧婷婷，唐建軍.生態(tài)環(huán)境工程中水處理用高分子材料研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2018（5）：68-71.

[2]劉敏潔， 王鴻儒.天然高分子改性兩性絮凝劑的研究進(jìn)展[J].中國(guó)皮革，2018（8）：92-95.

[3]程玉山，孫寅聰，師新廣，陳俊強(qiáng)，丁鳴.環(huán)境友好型水處理劑阻垢緩蝕性能研究[J].河南科學(xué)，2018（11）：156-159.

[4]周飛.多元化轉(zhuǎn)型 “保護(hù)型”水處理劑正式投產(chǎn)[J].當(dāng)代化工，2018（6）：78-80.

[5]衡濤.復(fù)合型絮凝劑的制備對(duì)印染廢水處理的實(shí)驗(yàn)研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2018.