虞 波， 王維明， 蔡再生

(1. 紹興文理學(xué)院 浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 紹興 312000;2. 東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院, 上海 201620)

?

活性染料染色廢水中鹽濃度的光折射率法測(cè)試

虞 波1,2， 王維明1， 蔡再生2

(1. 紹興文理學(xué)院 浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 紹興 312000;2. 東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院, 上海 201620)

為了高效回用活性染料染色廢水，提出采用光折射率法測(cè)試其中的鹽濃度。研究單一鹽、混合鹽溶液中鹽度與鹽質(zhì)量濃度間的關(guān)系，以及染液質(zhì)量濃度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，構(gòu)建了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線，建立了一種活性染料染色廢水含鹽量測(cè)試的方法。結(jié)果顯示，氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉質(zhì)量濃度與鹽度存在較好的線性擬合關(guān)系，擬合度達(dá)到0.99以上。在混合鹽的溶液中，鹽度具有較好的加和性，誤差小于5%。染料質(zhì)量濃度對(duì)單一鹽或混合鹽的鹽度測(cè)定影響較小，誤差在4%以下。

光折射率; 鹽度; 鹽濃度; 廢水回用

活性染料染色中需要加入大量無機(jī)鹽(例如：氯化鈉和硫酸鈉)來抑制纖維表面負(fù)電荷聚集和促進(jìn)染料的吸附，以提高染料的上染率。而高含鹽量廢水直接排放入江河會(huì)改變水質(zhì)，導(dǎo)致周邊土壤鹽堿化，破壞生態(tài)系統(tǒng)[1-3]。目前國(guó)內(nèi)外去除水中鹽的方法主要有離子交換和膜分離技術(shù)，但處理成本較高?；钚匀玖蠌U水中的無機(jī)鹽難以通過簡(jiǎn)單的物理化學(xué)及生化方法加以去除，增加了印染廢水的處理難度[4-6]。已有研究表明，雖然印染廢水中無機(jī)鹽的去除還處于初級(jí)階段，但對(duì)廢水中有機(jī)物的去除已取得較好效果[7-9]。如能將活性染料染色廢水中的色度及其他雜質(zhì)去除，含無機(jī)鹽的溶液正是活性染料染色的理想載體，其中的無機(jī)鹽作為染色的促染劑完全可以重復(fù)利用[10]。將含鹽廢水進(jìn)行回用，是降低活性染料染色廢水鹽污染的一個(gè)不錯(cuò)的選擇，而這項(xiàng)技術(shù)的使用，廢水中含鹽量的測(cè)定也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

目前關(guān)于染色廢水中含鹽量的測(cè)定研究較少，主要采用電導(dǎo)率測(cè)定的方法，該方法需要先建立鹽濃度和電導(dǎo)率間的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)電導(dǎo)率測(cè)算出鹽濃度[11]?；钚匀玖先旧珡U水中除了鹽以外，還含有碳酸鈉和未上染的染料等，這些物質(zhì)會(huì)對(duì)鹽濃度的測(cè)定造成偏差，但相關(guān)的研究較少。折射率是溶液的重要特性參數(shù),研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有溶液的折射率都隨著濃度變化而發(fā)生單一的變化，因此得到溶液的折射率數(shù)值也就相應(yīng)地知道了其濃度值。光折射率法主要應(yīng)用于海水鹽度的測(cè)試。光折射率儀體積小，可以直接目視檢測(cè)結(jié)果，測(cè)試所需樣品量少，不受周邊電場(chǎng)或磁場(chǎng)干擾，容易攜帶和使用[12]。

本文主要采用光折射率法對(duì)含有碳酸鈉和具有一定色度模擬染色廢水中含鹽量測(cè)試進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并建立相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線，以期為活性染料含鹽廢水的有效回用提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

染化料：活性紅3BS，活性黃 3RF，活性藏青RGB，上虞億得化工有限公司；元明粉(無水硫酸鈉)，純堿(無水碳酸鈉)，氯化鈉，分析純?cè)噭?/p>

儀器設(shè)備：BGBG-213ATC鹽度折光儀(天津?qū)氫摴鈱W(xué)儀器有限公司)。

1.2 測(cè)試方法

溶液鹽度的測(cè)定：鹽度是指在水溶液中被溶解鹽的量。將折光儀鏡片對(duì)準(zhǔn)光亮處，調(diào)節(jié)目鏡視度環(huán)，直到標(biāo)線清晰為止。然后掀開蓋板取1～2滴純凈水滴于折光儀鏡片上，并按壓蓋板得到一條明暗分界線。調(diào)節(jié)校準(zhǔn)螺栓使目鏡中的明暗分界線與零刻度線重合，完成校正；掀開蓋板，將鏡片表面標(biāo)準(zhǔn)液擦凈，取1～2滴測(cè)試溶液于折光儀鏡片上，蓋上蓋板后輕輕按壓，讀取明暗分界線對(duì)應(yīng)的刻度，即得到測(cè)試溶液的鹽度值。

2 結(jié)果與討論

鹽度計(jì)是采用2塊有相同接觸面的玻璃鏡面，待測(cè)溶液夾在這2個(gè)面中間，形成一個(gè)兩面平行的薄膜。原理如圖1所示。

圖1 測(cè)試原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of testing principle

光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射角達(dá)到90°，折射光完全消失，只剩下反射光，產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，此時(shí)的入射角稱為臨界角[13-15]。

由圖1所示，利用折射定律可得

nsini3=n2sini4

當(dāng)i3=90°時(shí)，公式轉(zhuǎn)化為

n=n2sini4

此時(shí)i4即為臨界角度值，而n2為已知玻璃的折射率，則只要獲得臨界角度值，就可以得到液體的折射率。

只有i4小于臨界角的光線才能通過目鏡觀測(cè)到，因此i4大于臨界角的區(qū)域構(gòu)成暗區(qū)，小于臨界角的區(qū)域構(gòu)成亮區(qū)。由此可以得到臨界角度值，從而獲得液體的折射率。

2.1 單一鹽質(zhì)量濃度測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線

為了更好地理解鹽度和含鹽量間的關(guān)系，分別配制了不同質(zhì)量濃度的氯化鈉溶液和硫酸鈉溶液，測(cè)定了相應(yīng)的鹽度，結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 鹽度與氯化鈉質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of salinity and sodium chloride concentration

圖3 鹽度與硫酸鈉質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve of salinity and sodium sulfate concentration

由圖2可知，氯化鈉質(zhì)量濃度與鹽度間的線性關(guān)系很好，斜率為0.099，擬合度達(dá)到了0.999。由圖3可知，硫酸鈉質(zhì)量濃度與鹽度間呈直線關(guān)系，斜率為0.088，擬合度達(dá)到了0.996。

由鹽度與氯化鈉和硫酸鈉質(zhì)量濃度的2條標(biāo)準(zhǔn)曲線可知，單一的氯化鈉或硫酸鈉溶液可以通過鹽度測(cè)試獲得質(zhì)量濃度值。

活性染料染色中需要加入純堿，從而起到固色的作用，為了研究純堿的加入對(duì)鹽度測(cè)量的影響，配制了不同質(zhì)量濃度的單一純堿溶液，并測(cè)試了相應(yīng)的鹽度值，結(jié)果如圖4所示。

圖4 鹽度與碳酸鈉質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4 Standard curve of salinity and sodium carbonate concentration

由圖4可知，純堿溶液的質(zhì)量濃度與鹽度間的線性關(guān)系很好，擬合度達(dá)到了0.996?？梢哉J(rèn)為單一的純堿溶液也可以通過鹽度測(cè)試獲得質(zhì)量濃度值。

2.2 混合鹽質(zhì)量濃度的測(cè)定

由于活性染料染色中鹽和純堿分別起到促染劑和固色劑的作用，所以其染色廢水通常是二者的混合溶液。為了測(cè)試二者的鹽度值是否具有加和性，分別配制了不同質(zhì)量濃度的混合溶液進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)圖2～4所獲得的標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)混合溶液對(duì)鹽度測(cè)定的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果如表1所示。

鹽度計(jì)算值是由實(shí)際鹽質(zhì)量濃度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得的擬合方程計(jì)算所得，例如氯化鈉和碳酸鈉混合溶液的鹽度計(jì)算值=0.099×氯化鈉質(zhì)量濃度值+0.127×碳酸鈉質(zhì)量濃度值。誤差值=(鹽度測(cè)試值-鹽度計(jì)算值)/鹽度計(jì)算值×100%。

表1 氯化鈉和碳酸鈉混合溶液鹽度的測(cè)定

由表1測(cè)試結(jié)果可知，鹽度計(jì)算值和鹽度測(cè)試值間的誤差在5%以下，氯化鈉和碳酸鈉的鹽度值具有一定的加和性。

為了測(cè)試硫酸鈉和碳酸鈉的鹽度值是否具有加和性，分別配制了不同質(zhì)量濃度的二者的混合溶液進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2 硫酸鈉和碳酸鈉混合溶液鹽度的測(cè)定

由表2測(cè)試結(jié)果可知，鹽度計(jì)算值和鹽度測(cè)試值間的誤差在4%以下，可以認(rèn)為硫酸鈉和碳酸鈉的鹽度值也具有一定的加和性。

2.3 染料質(zhì)量濃度對(duì)鹽度測(cè)定的影響

染色廢水具有一定的色度，主要是由于溶液中含有未上染的染料，為了研究染料質(zhì)量濃度對(duì)鹽度測(cè)定的影響，對(duì)一定質(zhì)量濃度的鹽溶液在不同活性紅3BS染料質(zhì)量濃度下進(jìn)行鹽度測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3 染料質(zhì)量濃度對(duì)不同鹽鹽度測(cè)定的影響

采用活性紅3BS，活性黃 3RF，活性藏青RGB 3種活性染料，對(duì)其進(jìn)行混合，控制染料總質(zhì)量濃度，在混合染液中測(cè)定氯化鈉和碳酸鈉及硫酸鈉和碳酸鈉2種混合鹽的鹽度，結(jié)果如表4所示。

表4 染料質(zhì)量濃度對(duì)混合鹽鹽度測(cè)定的影響

由表3、4可知，染料對(duì)單一鹽和混合鹽的鹽度測(cè)定影響均較小，誤差在4%以下。據(jù)此，光折射率法還可以在活性染料染色過程中對(duì)鹽濃度進(jìn)行在線監(jiān)控。

3 結(jié) 論

本文采用光折射率法對(duì)氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉以及三者的混合鹽進(jìn)行了鹽度的測(cè)定，并對(duì)染料質(zhì)量濃度在測(cè)定過程中的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果如下：

1)在單一鹽的溶液中，鹽度與鹽質(zhì)量濃度間存在較好的線性關(guān)系，氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉質(zhì)量濃度與鹽度間的標(biāo)準(zhǔn)擬合曲線線性關(guān)系好，擬合度達(dá)到0.99以上。

2)在混合鹽的溶液中，鹽度具有一定的加和性。例如：將碳酸鈉與氯化鈉和硫酸鈉分別混合，測(cè)定的鹽度與計(jì)算的鹽度間誤差較小，在5%以下。

3)在有一定色度的含鹽染液中，染料質(zhì)量濃度對(duì)單一鹽或混合鹽的鹽度測(cè)定影響較小，誤差在4%以下。

采用光折射率法對(duì)模擬染色廢水中的鹽質(zhì)量濃度進(jìn)行的測(cè)試方法簡(jiǎn)單，為活性染料染色中鹽質(zhì)量濃度變化進(jìn)行在線監(jiān)控以及更有效地對(duì)含鹽染色廢水進(jìn)行重復(fù)利用，降低鹽污染，提供了一定的參考。

[1] 房莉, 陳英. 活性染料低 (無) 鹽染色的發(fā)展[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2009(6): 64-66. FANG Li, CHEN Ying.Development of low-salt(salt-free) dyeing with reactive dyes[J]. China Textile Leader, 2009(6): 64-66.

[2] 王海英, 袁寅瑕, 石敏, 等. 活性染料電化學(xué)無鹽染色[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2008, 29(8): 75-77. WANG Haiying,YUAN Yinxia,SHI Min,et al. Electrochemical dyeing with reactive dyes without salt[J]. Jounal of Textile Research, 2008, 29(8): 75-77.

[3] 宋心遠(yuǎn). 活性染料低鹽和無鹽染色[J]. 印染助劑, 2006, 23(12): 1-3. SONG Xinyuan. Low-salt and salt-free dyeing with reactive dyes[J].Textile Auxiliaries,2006,23(12):1-3.

[4] CORRCIA V M, STEPHENSON T, JUDD S J. Characterisation of textile wastewaters:a review[J]. Environmental Technology, 1994, 15(10): 917-929.

[5] 耿鋒, 戴海平. 膜技術(shù)在紡織印染工業(yè)清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 水處理技術(shù), 2005, 31(11): 4-5. GENG Feng,DAI Haiping. Application of membrane separation technology to clean production of textile and printing and dyeing industry[J]. Technology of Water Treatment, 2005, 31(11): 4-5.

[6] WU T S, CHEN K M. New cationic agents for improving the dyeability of cellulose fibres[J]. Journal of the Society of Dyers and Colourists, 1993, 109(4): 153-158.

[7] 隋智慧, 趙欣, 劉安軍. 季銨鹽型高分子絮凝劑的制備及其在印染廢水處理中的應(yīng)用[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2008, 29(11): 92-96. SUI Zhihui,ZHAO Xin,LIU Anjun. Preparation of a quaternary ammonium flocculant and its application in treatment of dye house wastewater[J]. Jounal of Textile Research, 2008, 29(11): 92-96.

[8] 陳世良, 呂慎水, 魏莉莉, 等. 二氧化氯對(duì)活性染料的脫色[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2007, 28(3): 68-71. CHEN Shiliang,Lü Shenshui,WEI Lili, et al.Study on decoloration of reactive dye by chlorine dioxide[J]. Jounal of Textile Research, 2007, 28(3): 68-71.

[9] 呂春燕, 呂彤, 蘇秋紅, 等. 負(fù)載型磺酸鐵酞菁對(duì)染料廢水的光催化降解[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2009, 30(5): 100-103. Lü Chunyan,Lü Tong,SU Qiuhong, et al. Photocatalytic degradation of dyestuf wastewater with supported iron-tetrasulfophthalocyanine[J]. Jounal of Textile Research, 2009, 30(5): 100-103.

[10] 張漢民, 曾慶福. 印染行業(yè)無廢工藝探討[J]. 印染,1997, 23(5): 31-33. ZHANG Hanmin, ZENG Qingfu. Disscusion on the non-waste technology of dyeing and finishing industry[J]. Dyeing & Finishing, 1997, 23(5): 31-33.

[11] 員浩然. 活性染料染色廢水回用研究[J]. 印染助劑, 2010, 27(3): 24-28. YUAN Haoran. Study on the reclaimed reactive dyeing wastewater[J].Textile Auxiliaries, 2010, 27(3): 24-28.

[12] 韓悅文. 用于溶液鹽度測(cè)量的光纖傳感技術(shù)[D]. 福州：福建師范大學(xué), 2005: 5-35. HAN Yuewen. The research on the measurement technology of salinity by fiber sensor[D]. Fuzhou: Fujian Normal University, 2005: 5-35.

[13] BHATTACHARYA J C. Measurement of the refractive index using the Talbot effect and a moire technique[J]. Applied Optics, 1989, 28(13): 2600-2604.

[14] MARTEAU P, MONTIXI G, OBRIOT J, et al. An accurate method for the refractive index measurements of liquids: application of the Kramers-Kronig relation in the liquid phase[J]. Review of Scientific Instruments, 1991, 62(1): 42-46.

[15] BETALER K, GR?NE A, SCHMIDT N, et al. Interferometric measurement of refractive indices[J]. Review of Scientific Instruments, 1988, 59: 652.

Measurement of saltness of reactive dyed wastewater using light refractive index method

YU Bo1,2, WANG Weiming1, CAI Zaisheng2

(1.ZhejiangKeyLaboratoryofCleanDyeingandFinishingTechnology,ShaoxingUniversity,Shaoxing,Zhejiang312000,China; 2.CollegeofChemistry,ChemicalEngineeringandBiotechnology,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

In order to efficiently reuse reactive dyed wastewater, the salt concentration of wastewater was measured by light refractive index method. The relationship between salinity and salt concentration of single salt and mixed salt solution and the influence of dye concentration were studied. There is a good linear relation between the concentration of sodium chloride, sodium sulfate, sodium carbonate and salinity, andR2>0.99. The salinity exhibited good additivity in the solution of mixed salt with the error of less than 5%.Dye concentration had little effect on the salinity of single salt and mixed salt and the error is below 4%.

light refractive index; salinity; salt concentration; wastewater reuse

10.13475/j.fzxb.20140103305

2014-01-22

2014-05-15

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(21376149)

虞波(1979—)，男，講師，博士。研究方向?yàn)橛∪緩U水處理與回用。E-mail:yubo@usx.edu.cn。

TS 199

A