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og平台网站:丝绸印染废水净化处理技术

发布时间:2021-3-14 8:23:49  中国污水处理工程网

申博百家乐现金网 www.522ab.com   茧丝绸业是中国的传统优势产业,但在丝织品生产过程中会产生大量印染废水。丝绸印染废水中含有染料、表面活性剂、固色剂、酸碱等,具有有机污染物浓度高、组分复杂、色度深且水质变化大等特点。目前,在印染废水处理的众多方法中,吸附法是一种应用较为成熟且行之有效的印染废水处理技术。如以活性炭、沸石、合成树脂等为吸附剂进行印染废水吸附处理的研究多有报道。

  纤维素是目前自然界中储量最丰富的天然可再生资源,化学结构稳定、易功能化改性,以此为原料开发对环境友好的绿色可替代吸附材料具有巨大优势。因此,本文以纤维素(CE)为原料,通过化学接枝支化聚乙烯亚胺(PEI),制备氨基功能化的纤维素材料(CE-g-PEI)。然后研究了纤维素与聚乙烯亚胺用量、反应温度、交联剂用量等因素对接枝效率的影响,确定其制备工艺技术,进一步探讨了CE-g-PEI对丝绸印染废水的净化效果。

  1、实验

  1.1 材料

  聚乙烯亚胺(相对分子质量为600)、纤维素(相对分子质量为20000)(上海阿拉丁生化科技有限公司),戊二醛(25%)(天津科密欧化学试剂有限公司),丝绸印染废水(废水pH6.8)。

  1.2 氨基化纤维素的制备

  将1g纤维素粉均匀分散在100mL蒸馏水中,溶胀12h后,在磁力搅拌作用下加入一定量的聚乙烯亚胺,然后加入适量戊二醛交联剂,非均相接枝反应3h。产物经洗涤、干燥,即得聚乙烯亚胺接枝纤维素(CE-g-PEI)。实验通过设计三因素四水平的正交实验,以氨基含量为指标,考察CE/PEI质量比、反应温度和戊二醛用量对氨基化纤维素接枝效率的影响。其正交实验因素水平如表1所示。

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  1.3 结构表征和性能研究

  1.3.1 结构表征

  采用Nicolet5700傅里叶变换红外光谱仪(FTIR,美国热高公司)检测样品的化学结构,检测范围在4000~500cm-1。采用ARLXTRAX射线衍射仪(XRD,美国ThermoElectron公司)研究样品的晶体结构,扫描速度5°/min,扫描范围5~85°,检测电压40mV,检测电流40mA。采用PyrisDiamond热重分析仪(TGA,美国PE公司)在N2气氛下检测样品的热稳定性,升温速度20℃/min。

  1.3.2 氨基含量的测定

  将20mg的氨基化纤维素加入到50mL摩尔浓度为0.01mol/L的盐酸溶液中,25℃条件下搅拌反应15h。随后,以酚酞为指示剂,用0.01mol/L的氢氧化钠溶液来滴定溶液中残余的盐酸,以此确定氨基的含量。

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  1.3.3 氨基化纤维素的絮凝性能

  以丝绸印染废水为目标污染物,研究氨基化纤维素对污染物的去除效能。取丝绸印染废水100mL放入6个大小和形状完全相同的烧杯中,加入不同量的氨基化纤维素,60r/min转速下充分搅拌直至絮凝剂均匀分散在废水中,调控用量研究其对丝绸废水浊度和COD的去除效果。

  2、结果与分析

  2.1 氨基化纤维素的设计与合成

  非均相体系下,戊二醛分子一端的醛基与纤维素分子链上的羟基发生缩醛反应,另一端的醛基与聚乙烯亚胺的氨基发生席夫碱反应,进而制得氨基化纤维素CE-g-PEI。其反应机理如图1所示。

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  反应过程中,考察了CE/PEI质量比、反应温度和戊二醛用量对氨基化纤维素接枝效率的影响。表2和表3分析结果表明,CE/PEI比例对氨基含量影响最大,最佳工艺条件为CE/PEI比例1︰1,反应温度45℃,戊二醛用量1.5g。因此,在最佳工艺条件下,重复3次平行实验,样品氨基含量分别为17.4、17.5和17.5mmol/g,其平均值为17.5mmol/g,证实了制备工艺的可行性及稳定性。

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  2.2 氨基化纤维素的化学结构

  图2为纯CE和不同氨基含量CE-g-PEI(标记为CE-g-PEI1.5,CE-g-PEI17.5)的FTIR光谱图。与纯纤维素相比,当氨基含量为1.5mmol/g时,在1579cm-1处有较弱的新峰出现,归于C═N伸缩振动。而当氨基含量增大至17.5mmol/g时,在CE-g-PEI17.5谱线中观察到1656、1579cm-1和1430cm-1处三个新峰的出现,分别归于N—H弯曲振动,C═N和C—N伸缩振动。此外,由于O—H和N—H伸缩振动的重叠,纯纤维素在3349cm-1的—OH峰偏移至3402cm-1。结果表明,戊二醛醛基与PEI氨基之间发生化学反应形成了席夫碱结构。另一方面,在1057~1160cm-1处的吸收峰为纤维素分子中多糖骨架的典型C—O—C伸缩振动。在接枝反应后,这些峰位置转移到高波数,表明戊二醛醛基与纤维素羟基之间的醛醇化形成新的醚键。在2923cm-1和2848cm-1处—CH2—伸缩振动的发生,以及在771cm-1处C—H弯曲振动的出现,也进一步证明了PEI的引入。因此,通过工艺优化,可以将PEI高效率地接枝到纤维素分子骨架上。

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  2.3 氨基化纤维素的晶体结构

  图3为CE和CE-g-PEI17.5的XRD图谱。从图3可以看出,纯纤维素在2θ在14.6°、16.5°和22.6°处显示出三个特征峰,属于纤维素Ⅰ晶型。经戊二醛接枝PEI后,特征衍射峰位置没有发生变化,说明在非均相体系,戊二醛接枝PEI到纤维素分子上没有改变纤维素的晶体结构。

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  2.4 氨基化纤维素的热稳定性

  图4为CE和CE-g-PEI17.5的TG和DTG曲线。从图4可以看出,纯纤维素在270℃左右开始分解,最高热分解温度为375℃。接枝PEI后,氨基化纤维素的热分解温度略有下降,其起始分解温度由270℃降至220℃,而最高热分解温度降至260℃。分析认为是由于PEI的引入降低了纤维素分子链间原有的相互作用。

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  2.5 氨基化纤维素的絮凝性能

  以浊度和COD为指标,考察了所制备的氨基化纤维素对丝绸印染废水的处理效果,其结果如图5—图7所示??梢钥闯?,CE-g-PEI对于丝绸印染废水中污染物的去除具有优良的效果,且去除效果与其用量直接相关。未经处理前,丝绸印染废水的COD值为490mg/L。当加入60mg的CE-g-PEI处理30min后,COD值显著下降,为65mg/L,其去除率达到86.7%。丝绸印染废水由于所含悬浮物不多,故而其浊度较低,为7NTU。加入不同量的CE-g-PEI后,其浊度整体下降,均低于3NTU,且废水颜色逐渐澄清,呈现出良好的处理效果。

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  3、结论

  非均相体系下以戊二醛为双功能交联剂,成功制备出聚乙烯亚胺接枝纤维素(CE-g-PEI)。通过正交实验,确定了CE-g-PEI的最优制备工艺条件:溶胀12h,纤维素/聚乙烯亚胺质量比1︰1,反应温度45℃,戊二醛用量1.5g,反应时间3h。最佳工艺条件下,所制备的CE-g-PEI氨基含量高达17.5mmol/g,具有高的接枝效率。CE-g-PEI对丝绸印染废水COD和浊度的去除效果研究表明,所制备的CE-g-PEI对丝绸废水具有优异的絮凝性能,其COD去除率高达86.7%,展现出优良的应用潜能。(来源:浙江理工大学 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院))

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