羧甲基淀粉水处理絮凝剂的制备与应用研究摘要本文以淀粉为原料，系统研究了羧甲基淀粉制备过程中不同因素与取代度的关系、对产物的结构变化及其理化性质的影响。
采用溶剂法以淀粉（种类）为原料，以乙醇为溶剂，氢氧化钠为碱化剂，一氯乙酸为醚化剂，对羧甲基淀粉的制备工艺进行了研究。
考察了一氯乙酸用量、氢氧化钠用量、乙醇用量、反应时间、反应温度对醚化反应的影响，采用络合滴定法测定羧甲基淀粉的取代度。
实验结果表明：在一定的范围内，羧甲基淀粉的取代度随着一氯乙酸用量、氢氧化钠用量、乙醇用量、反应时间、反应温度的增加、延长、升高均呈现出先增后减的规律。
在单因素实验的基础上，选取一氯乙酸用量、氢氧化钠用量、乙醇用量、反应时间、反应温度五个因素为变量，以羧甲基淀粉的取代度为控制指标，通过五因素四水平正交试验得出这五个因素与取代度的关系，确定了制备羧甲基淀粉的最佳制备条件为：一氯乙酸0.075mol、氢氧化钠0.2mol、反应温度50℃、反应时间90min、无水乙醇70ml。
用上面制备的羧甲基淀粉再进行絮凝实验。
以高岭土悬浊液为处理体系，探讨了羧甲基淀粉的絮凝性能，烧杯絮凝评价实验表明：羧甲基淀粉投加量为4mg/L时，剩余浊度可降至3.2NTU。
若以羧甲基淀粉为助凝剂，实验结果表明，当投加8mg/L 聚合氯化铝（PAC）以及1mg/L羧甲基淀粉(CMS)则浊度去除率可达90%以上。
关键字：淀粉，羧甲基，取代度AbstractIn this paper，with starch as material，the factors which affect DS of Carboxymethyl starch 、the properties and the structure of Carboxymethyl starch were studiedCarboxymethyl starch was prepared in alcohol medium by chloroactic acid and sodium hydroxide. We studied the different factors in preparation on degree of substitution (DS) of Carboxymethyl starch，which include the dosage of chloractic acid，the dosage of sodium hydroxide，the concentration of ethanol，by the reaction temperature and the reaction time. The result indicated that at first the DS of Carboxymethyl starch increased then decreased in a range of dosage. On the basis of one-factor experiments ，we select the ration of starch，chloractic acid and sodium hydroxide，the concentration of ethanol，the reaction temperature and the reaction time as the variables，DS as the experiments index，using L16(45) orthogonal experiment，we obtain the optimum processing conditions for preparation starch：chloroactic acid 0.075mol，sodium hydroxide0.2mol，reaction temperature 50℃，ethanol 70ml.The properties of carboxymethyl starch flocculation are studies in kaolinite containing suspension. The experimental results show that. The remaining turbidity in treated water decreased to 3.2NTU after adding 4mg/L carboxymethyl starch.. the flocculation experiment of carboxymethyl starch as coagulant aid indicated thatturbidity removal ratios are larger than 90%.after adding 8mg/L PAC within 1mg/Lcarboxymethyl starch.Key words：Carboxymethyl starch，orthogonal test，solvent method目录引言 (6)1.1 淀粉 (6)1.1.1 淀粉的化学结构与性质 (6)1.2 改性淀粉 (11)1.3 羧甲基淀粉的性质及应用 (15)1.4 本课题研究的主要内容及意义 (18)1.4.1溶剂法制备羧甲基淀粉影响因素的研究 (18)1.4.2溶剂法制备羧甲基淀粉最佳工艺参数的确定 (18)1.4.3羧甲基淀粉（做助絮凝剂）的应用试验 (18)1.4.4本课题研究的目的意义 (18)第二章制备 (20)2.1 羧甲基淀粉的制备 (20)2.1.1 干法工艺 (20)2.1.2 湿法工艺 (21)2.1.3 溶剂工艺 (21)2．2单因素实验实验部分： (22)2.2.1对氯乙酸单因素进行试验： (25)2.2.2 NaOH用量单因素进行试验： (27)2.2.3温度单因素进行试验： (28)2.2.4.时间单因素进行试验： (29)2.2.5无水乙醇（乙醇浓度） (31)2.3正交实验： (33)第三章性能分析 (37)3.1试验的基本原理、仪器及操作步骤 (37)3.1.1 主要药剂与仪器 (38)3.1.2 实验方法及操作步骤 (38)3.1.3 CMS的絮凝效果； (38)3.1.5 影响因素pH对絮凝效果的影响 (42)3.1.6 CMS作助凝剂的絮凝实验 (44)第四章结论与展望 (47)致谢 (49)参考文献 (50)引言1.1淀粉淀粉是植物光合作用的产物，是由生物合成的可再生资源，是一种取之不尽、用之不竭的有机原料。
出于环境保护及可持续发展战略的提出，人们的目光转向可再生资源，对淀粉的开发和利用，引起许多国家的重视。
目前天然淀粉广泛应用于各工业领域，但随着工业生产技术的发展，新产品的不断涌现，对淀粉性质的要求将越来越苛刻。
因此，有必要对淀粉进行变性处理，使之符合新工艺应用的要求。
淀粉来源丰富，自然界里分布很广，主要存在于植物的种子、块茎或根部、果实和叶子的细胞组织中。
目前用于工业的品种主要为马铃薯、玉米、木薯和小麦淀粉。
目前生物经济正成为世界经济又一个新的经济增长点，以可再生资源含淀粉的生物质为原料采用生物技术生产生物能源和生物化学品可以部分替代石油能源和石油化工产品，正是生物工程急待发展的一个领域，也是淀粉工业发展的一个新的经济增长点，必将促进淀粉工业进一步发展。
1.1.1淀粉的化学结构与性质了解淀粉的化学结构和重要物理性状，对于科学地掌握淀粉的改性方法和水处理中淀粉的应用技术具有重要的意义。
1.1.1.1 淀粉的结构淀粉是由葡萄糖失水缩合而成的高分子化合物，组成淀粉分子的葡萄糖单位为C 6H 10O 5，所以淀粉的分子式为（C 6H 10O 5）n ，式中C 6H 10O 5为脱水葡萄糖单位，n 为聚合度，即组成淀粉高分子脱水葡萄糖单元的数量，表示淀粉分子是由许多个葡萄糖单位组成。
淀粉主要由碳、氢、氧三种元素组成。
淀粉的来源，依靠在植物体内天然合成。
植物的绿叶以叶绿素为催化剂，通过光合作用将二氧化碳和水合成为葡萄糖，其反应式为：2261262666CO H O C H O O +−−−→+日光叶绿素葡萄糖又经一系列的生物化学反应，最后生成淀粉、纤维素等多聚糖。
早在十九世纪初期已经知道淀粉是由葡萄糖组成的，淀粉经过水解又生成葡萄糖。
普通天然淀粉有直链和支链两种分子结构，二者在性质与结构上有一定区别。
一般所指的淀粉大都由这两种淀粉混合组成。
天然淀粉是以白色固体颗粒存在，外层为支链淀粉，即淀粉皮质，内层为直链淀粉，即淀粉颗粒质。
用热水处理时，直链淀粉可溶解，而支链淀粉不溶解。
直链分子和支链分子的侧链都是直链，趋向平行排列，相邻羟基之间经氢键结合成散射状结晶“束”结构。
直链淀粉和支链淀粉往往是以构成大分子链的葡萄糖基连接方式和分子链的形状加以区别。
1）直链淀粉：直链淀粉是由葡萄糖单位通过1，4糖苷键连接，接成直链状分子，见下图，可被淀粉酶水解为麦芽糖。
直链淀粉没有一定的分子大小，差别很大，一般由300～800个葡萄糖分子连接而成。
直链淀粉分子结构同一粮种直链淀粉在分子大小方面也有很大差别，不同粮种的差别就更大了。
玉米、小麦等谷类直链淀粉的分子较小，马铃薯、木薯等薯类直链淀粉的分子较大。
直链淀粉分子的一个尾端葡萄糖单位的C1碳原子含有还原羟基，具有还原性，称为还原尾端基，分子另一端的葡萄糖单位没有还原性，称为非还原尾端基。
2）支链淀粉：支链淀粉的结构除了在直链结构部分以1，4糖苷链连接，而在支叉结构部分以1，6糖苷键连接。
支链淀粉具有A、B和C三种链，链的尾端都具有一个非还原性尾端基。
图X-X 支链淀粉分子结构支链淀粉含有1000～3000个葡萄糖单位。
支链淀粉大约每20～30个葡萄糖单位上就有一个分支。
每条分支链大约由23～27个葡萄糖单位组成。
用淀粉酶水解支链淀粉时，只有外围的支链可被水解为麦芽糖。
直链淀粉与支链淀粉的性质也不同。
直链淀粉难溶于水且水溶液不稳定，凝沉性强。
支链淀粉易溶少水，溶液稳定，凝沉性弱。
直链淀粉能制成强度高、柔软性好的纤维和透明薄膜，无味、无臭、无毒，具有抗水和抗油性能。
支链淀粉也能制成透明薄膜，但强度很差，遇水立即溶解。
因直链淀粉和支链淀粉的结构和特性有很大的差异，因而淀粉的差异性大，改异性的差异更大。
改性淀粉属多糖类高分子化合物，种类繁多。
1.1.1.2淀粉的物理、化学性质1）淀粉颗粒的外部形状：淀粉粒存在于植物组织细胞中，用肉眼观察呈白色粉末状，在显微镜下观察，是一些形状和大小都不同的透明小颗粒组成。
颗粒的形状，因植物种类的不同而不同，一般分为圆形，椭圆形或卵形和多角形三种。