張秀寧，孫賓賓

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化工系，陜西 西安 710300)

羧甲基甲殼素-丙烯酰胺共聚物對(duì)印染廢水的脫色研究*

張秀寧，孫賓賓

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化工系，陜西 西安 710300)

制備了羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物，研究了其對(duì)印染廢水的吸附脫色能力。結(jié)果顯示羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物對(duì)印染廢水具有良好的吸附脫色性能。脫色實(shí)驗(yàn)最佳工藝條件為，接枝率為67.5%的羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物，在投放量為0.6g·L-1，溫度為20℃，脫色時(shí)間為15min的條件下，脫色率可達(dá)到96.3%，脫色效果良好。羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物是一類有應(yīng)用價(jià)值的廉價(jià)印染廢水脫色劑，可進(jìn)一步開發(fā)研究。

接枝共聚物；羧甲基甲殼素；印染廢水；脫色

前 言

印染廢水具有水量大，有機(jī)污染物含量高、難降解物質(zhì)多、色度高以及組分復(fù)雜等特點(diǎn)，屬于難處理的工業(yè)廢水、印染行業(yè)是工業(yè)廢水排放大戶，隨著合成染料的發(fā)展以及消費(fèi)者對(duì)印染加工要求的提高，大量新型印染助劑、功能染料、漿料等的廣泛應(yīng)用，致使印染廢水中有機(jī)物質(zhì)成分越來(lái)越復(fù)雜多變，現(xiàn)已成為困擾印染廢水治理的關(guān)鍵問(wèn)題[1]。目前印染廢水的處理一般先通過(guò)物理化學(xué)方法進(jìn)行預(yù)脫色，去除生物毒性大、色度高的染料分子，提高廢水的可生化性，然后通過(guò)后續(xù)生化處理，達(dá)到綜合治理的目的。其中作為印染廢水預(yù)處理的物理化學(xué)處理十分關(guān)鍵，在物理處理法中應(yīng)用最多的是吸附法。處理印染廢水的吸附劑有粉煤灰[2]、活性炭[3]等。許多研究人員也在開發(fā)其它價(jià)格便宜、材料易得、對(duì)印染廢水中染料吸附性能優(yōu)良的新型吸附劑[4,5]。

甲殼素是一種類似纖維素的天然高分子聚合物，主要從節(jié)肢動(dòng)物如蝦、蟹殼和真菌中提取，資源豐富，是自然界中僅次于纖維素的第二大類生物材料，也是地球上除蛋白質(zhì)外數(shù)量最大的含氮天然有機(jī)物。國(guó)內(nèi)外關(guān)于甲殼素及其衍生物的應(yīng)用研究非?；钴S，在重金屬提取回收、紡織印染、造紙等方面有著廣泛的應(yīng)用，是典型的環(huán)境友好材料[6]。目前對(duì)甲殼素進(jìn)行化學(xué)改性，制備印染廢水脫色劑的報(bào)道不多，本文將其水溶性衍生物羧甲基甲殼素與丙烯酰胺共聚，得到羧甲基甲殼素接枝丙烯酰胺共聚物，并將研制的聚合物用于處理印染廢水，進(jìn)一步探討了處理印染廢水的最佳工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

羧甲基甲殼素，浙江玉環(huán)化工廠，羧化度65%，平均相對(duì)分子質(zhì)量80000；丙烯酰胺，分析純，西安化學(xué)試劑廠；過(guò)硫酸銨、乙醇、丙酮，分析純，天津化學(xué)試劑二廠；印染廢水取自西安市戶縣某紡織有限責(zé)任公司。

UV-2250型紫外-可見分光光度計(jì)，日本島津公司；722型分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 接枝共聚物的制備

將羧甲基甲殼素溶于去離子水中，加入丙烯酰胺，攪拌均勻后，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，加熱至預(yù)定溫度。加入定量過(guò)硫酸銨水溶液，恒溫反應(yīng)一段時(shí)間，冷卻產(chǎn)物傾入大量無(wú)水乙醇，過(guò)濾。將不純的接枝產(chǎn)物在索氏提取器中用丙酮抽提8h以除去均聚物，真空60℃干燥至恒重得羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物。接枝率G%按下式計(jì)算：

式中W0、W1分別指羧甲基甲殼素、羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物的質(zhì)量。

1.3 印染廢水的脫色處理

將印染廢水，采用UV-2250型紫外-可見分光光度計(jì)進(jìn)行掃描，測(cè)得該印染廢水的最大吸收波長(zhǎng)A0為604nm。取一定量的通過(guò)100目的接枝共聚物于100mL圓底燒瓶中，再加入100mL印染廢水，用水浴控制恒溫，進(jìn)行磁力攪拌一定時(shí)間后，取樣，離心分離后取上清液，用分光光度計(jì)在604nm下測(cè)試吸附前、后的吸光度值?？疾煊∪緩U水的脫色效果，按下式計(jì)算脫色率η。

式中：η為脫色率，%；A0為吸附前印染廢水的吸光度值；At為吸附后的吸光度值。

2 結(jié)果和討論

2.1 聚合物接枝率對(duì)脫色效果的影響

取印染廢水100.0 mL，投放不同接枝率的羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物0.6 g，在室溫下脫色吸附20min，考察脫色效果與聚合物接枝率的關(guān)系，結(jié)果如圖1所示。不同接枝率的羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物脫色效果均優(yōu)于羧甲基甲殼素，說(shuō)明接枝側(cè)鏈對(duì)脫色有增效作用；但是隨著接枝率的不斷提高，脫色效果變差，可能原因是聚合物的交聯(lián)程度增加，在印染廢水中的可分散程度降低，反而降低了脫色能力。當(dāng)接枝率為67.5%時(shí)，羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物對(duì)印染廢水的脫色效果較佳。

圖1 聚合物接枝率對(duì)脫色效果的影響Fig.1 The effect of the grafting rate of copolymer on decoloration

2.2 聚合物投放量對(duì)脫色效果的影響

取印染廢水100.0 mL，通過(guò)改變接枝率為67.5%的羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量，在室溫吸附20min，脫色效果與投放量的關(guān)系如圖2所示?？梢钥闯?，羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量在0.2～0.6g·L-1范圍內(nèi)，隨著投放量的增加，對(duì)印染廢水的脫色率提高，從35.6%增加到96.3%，當(dāng)吸附劑投放量超過(guò)0.6g·L-1后，脫色率趨于恒定，說(shuō)明吸附脫色與解析過(guò)程逐漸趨于平衡。因此，羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量為0.6g·L-1聚合物較佳。

圖2 聚合物投放量對(duì)脫色效果的影響Fig.2 The effect of copolymer content on decoloration

2.3 脫色溫度對(duì)脫色效果的影響

取印染廢水100.0 mL，投放接枝率67.5%的羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物為0.6 g，在處理時(shí)間為30min的條件下，考慮到實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，實(shí)驗(yàn)考察了在常溫附近，脫色效果隨印染廢水溫度的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，在室溫附近，羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物對(duì)印染廢水的脫色效果隨溫度起伏的變化不大；相對(duì)來(lái)說(shuō)，在低溫下脫色效果較好，可能是溫度高時(shí)，被吸附的色素分子動(dòng)能增大，易解析出來(lái)的緣故。羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物在室溫時(shí)對(duì)印染廢水樣品的脫色率為96.3%，考慮實(shí)用價(jià)值，實(shí)驗(yàn)選擇處理溫度為室溫20℃。

圖3 脫色溫度對(duì)脫色效果的影響Fig.3 The effect of temperature on decoloration

2.4 脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響

在上述得出的優(yōu)化條件下，研究脫色時(shí)間與印染廢水脫色率的關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。

圖4 處理時(shí)間對(duì)脫色效果的影響Fig.4 The effect of time on decoloration

由圖4看出，印染廢水脫色率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在15min時(shí)達(dá)到最大值96.3%。以后趨于穩(wěn)定不再改變，此時(shí)染料在吸附劑中的吸附與解析過(guò)程達(dá)到平衡。說(shuō)明羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物對(duì)染料分子的吸附速率較快，有利于實(shí)際應(yīng)用。因此，建議選用吸附時(shí)間為15min。

3 結(jié)論

制備了羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物，探討了其對(duì)印染廢水的脫色作用。研究表明，接枝共聚物投放量、接枝率、脫色溫度、脫色時(shí)間等因素對(duì)脫色效果有影響。在接枝率為67.5%的羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量為0.6g·L-1，溫度為20℃，吸附時(shí)間為15min的條件下，脫色率達(dá)96.3%。我國(guó)甲殼素資源豐富，利用羧甲基甲殼素-丙烯酰胺接枝共聚物對(duì)印染廢水進(jìn)行脫色的研究對(duì)甲殼素資源的開發(fā)利用有積極意義。

［1］胡巧開.花生殼活性炭的制備及其對(duì)印染廢水的脫色處理研究［J］.印染助劑,2009,26(7)：20～23.

［2］牟淑杰,鄧書平.改性粉煤灰處理印染廢水的試驗(yàn)研究［J］.礦冶,2008,17(3)：102～104.

［3］楊英,趙彥琦.活性炭對(duì)兩種生物染料脫色效果的實(shí)驗(yàn)研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理,2008,33(1)：96～98.

［4］胡巧開,夏晚良.改性紅薯淀粉的制備及其對(duì)印染廢水的脫色處理研究［J］.印染助劑,2008,25(2)：31～33.

［5］洪建捷,謝榮輝.用于印染廢水脫色的稻殼吸附劑的研制［J］.食品科技,2008,33(11)：150～154.

［6］張海容,白寶林,任光明.甲殼素及其衍生物在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用［J］.忻州師范學(xué)院學(xué)報(bào),2009,25(5)：1～4.

The Study on Decolorization of Dyeing Wastewater by Carboxymethyl Chitin-Acrylamide Copolymer

ZHANG Xiu-Ning and SUN Bin-bin
(Department of Chemical Engineering,Shaanxi Institute of Technology,Xi’an 710300,China)

The graft copolymer was synthesized by grafting acrylamide onto carboxymethyl chitin and was adopted to decolorize the dyeing wastewater.The experiment results indicated that graft copolymer of acrylamide onto carboxymethyl chitin had better adsorptive ability for dyeing waste-water.The optimum conditions were shown as follows：at 20℃,added 0.6g·L-1 the graft copolymer whose grafting rate was 67.5%,then decolorized for 15min,the decoloration rate reached 96.3%.The graft copolymer of acrylamide onto carboxymethyl chitin was a cheap sorbent with better adsorption behavior.

Graft copolymer;carboxymethyl chitin;dyeing wastewater;decolorization

X 791

A

1001-0017（2011）06-0055-03

2010-06-03 *

陜西省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃2010年立項(xiàng)課題（編號(hào)：SGH10340）和陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院研究與開發(fā)項(xiàng)目（編號(hào)：Gfy10-03）

張秀寧（1959-）,女,陜西戶縣人,講師,主要從事新型環(huán)保材料研究。