刁益韶，劉培，曹健

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇泰州225300；2.南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院,江蘇泰州225300）

氧化聚乙烯分散液的制備及其處理含鎘廢水的應(yīng)用*

刁益韶1，劉培2，曹健1

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇泰州225300；2.南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院,江蘇泰州225300）

以氧化聚乙烯、石蠟等為原料制備氧化聚乙烯分散液，將該分散液應(yīng)用于處理含鎘廢水，系統(tǒng)考察了不同投加量、pH值、反應(yīng)時(shí)間等因素對處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在投加量2.5mL·L-1、pH值為7.0、反應(yīng)時(shí)間5min條件下，初始濃度20mg·L-1的含鎘廢水經(jīng)處理后鎘離子去除率為99.8%，出水鎘離子濃度為0.04mg·L-1，低于電鍍污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB21900-2008）中的總鎘排放限值要求。

氧化聚乙烯；制備；廢水處理；含鎘廢水

氧化聚乙烯蠟具有較好的潤滑、成膜等特性，廣泛應(yīng)用于建筑、紡織、造紙、皮革等行業(yè)，在PVC薄膜、異型材、塑膠加工等行業(yè)中做內(nèi)潤滑劑，使表面平整、光滑，提高成品率；也可制作防凍寒的瀝青混凝土。乳化后作為助劑，用作纖維表面處理的平滑劑、高速縫紉線的柔軟劑、紡紗油劑或上漿劑[1]。適用于作紙品上光防潮涂料[2]、造紙施膠劑和造紙剝離劑[3]。也可應(yīng)用于皮革表面涂飾中。

氧化聚乙烯蠟分子中含有-COOH、-OH等極性基團(tuán)，可吸附污水中的有機(jī)物和重金屬，以氧化聚乙烯蠟為主要原料制備成分散液，可作為復(fù)合吸附劑，應(yīng)用于電鍍、印染、電子等工業(yè)廢水處理中，對含重金屬的污水進(jìn)行處理，取得了良好的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與藥品

PHS-3型酸度計(jì)、電動(dòng)攪拌器、調(diào)節(jié)式測溫毫伏計(jì)、火焰原子吸收分光光度計(jì)、六聯(lián)攪拌機(jī)、電子天平、離心機(jī)。

氧化聚乙烯蠟（OPE）、石蠟、松香、NaOH、硝酸鎘。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 氧化聚乙烯復(fù)合分散液的制備采用相轉(zhuǎn)變?nèi)榛╗4]，將氧化聚乙烯蠟、石蠟、松香按一定比例先后加入到三口燒瓶中，加熱至完全融化，攪拌使之均勻混合，攪拌下逐滴加入30%的NaOH溶液，物料逐漸變稠，調(diào)節(jié)pH值至10。攪拌一定時(shí)間后，邊攪拌邊緩慢加入沸水，觀察到油相粘度陡增時(shí)，攪拌下快速加水，直到物料呈棕色透明，繼續(xù)加沸水到規(guī)定量，攪拌使溫度降至室溫，冷卻后物料呈半透明，灰白色，pH值為8～10，固含量18%，即制得氧化聚乙烯復(fù)合分散液。

1.2.2 處理含鎘廢水取一定量的總鎘含量為20mg·L-1的廢水，通過改變?nèi)芤旱膒H值、分散液投加量、反應(yīng)時(shí)間等影響因素，充分反應(yīng)后，離心分離、抽濾、取上清液，用火焰原子吸收分光光度法檢測溶液中剩余二價(jià)鎘離子的濃度，確定分散液處理含鎘廢水的最佳工藝條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響乳液穩(wěn)定性的因素

氧化聚乙烯復(fù)合分散液的穩(wěn)定性直接影響水處理效果，故制備穩(wěn)定的分散液是本產(chǎn)品的關(guān)鍵。乳化液不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為破乳和分層，分散細(xì)度、均勻性同乳液穩(wěn)定性有一定內(nèi)在聯(lián)系[5]。制備過程采用轉(zhuǎn)相乳化，混合原料在熔融狀態(tài)下，通過加入NaOH溶液逐漸變稠，調(diào)節(jié)pH值后，加入沸水，開始時(shí)水分散于油中，形成W/O型乳液，隨著水繼續(xù)加入，粘度急劇變小，形成O/W型乳液。影響氧化聚乙烯分散液穩(wěn)定性的因素主要有:氧化聚乙烯原料的酸值、制備溫度、pH值等。

2.1.1 氧化聚乙烯的酸值試驗(yàn)表明，氧化聚乙烯原料的酸值直接影響乳液的穩(wěn)定性，若氧化聚乙烯酸值過低，加入NaOH溶液時(shí)不能實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)相，不利于其乳化，所得產(chǎn)品渾濁，呈乳黃色，顆粒大，靜置后分層。經(jīng)試驗(yàn)后選擇酸值高于18 mgKOH·g-1的氧化聚乙烯蠟。

2.1.2 溫度氧化聚乙烯復(fù)合分散液的制備主要為乳化過程，原料必須在熔融狀態(tài)下加入堿溶液及沸水，方可完成乳液制備。溫度過低，原料不能完全融化，不利于其在水中的分散，所得乳液不穩(wěn)定；溫度過高，易產(chǎn)生焦結(jié)，且所得乳液顏色過深。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 溫度對乳液穩(wěn)定性的影響Tab.1Effect of temperature on emulsion stability

試驗(yàn)表明，控制溫度145～150℃，在原料完全融化時(shí)滴加堿液，調(diào)節(jié)pH值后，滴加沸水，且控制好攪拌速度，才能制成穩(wěn)定的乳液。

2.1.3 pH值制備過程中，NaOH溶液用量不足，pH值過低，滴加沸水時(shí)，不能有效轉(zhuǎn)相，物料很快分層。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。pH值過高，后期會(huì)影響乳液的應(yīng)用，故滴加NaOH溶液時(shí)，控制pH值為10，最終乳液pH值8～10。

表2 pH值對乳液穩(wěn)定性的影響Tab.2Effect of pH on emulsion stability

2.2 氧化聚乙烯復(fù)合分散液處理含鎘廢水

選取投加量為2.5、5、7.5mL·L-1，pH值為6～8，反應(yīng)時(shí)間為5、10、15min，采用3因素3水平的L9（33）正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表3，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 正交實(shí)驗(yàn)表Tab.3Orthogonal experimental results

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4Orthogonal experimental condition

由表4可見，（1）各因素中對捕集效果影響程度最大的為投加量，其次為pH值和反應(yīng)時(shí)間。（2）處理20mg·L-1的含鎘廢水的最佳反應(yīng)條件為：投加量為2.5mL·L-1，pH值為7，反應(yīng)時(shí)間為5min。在此條件下，Cd2+含量為20mg·L-1的廢水經(jīng)處理后鎘離子去除率為99.8%，出水鎘離子濃度為0.040mg·L-1，低于電鍍污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB21900--2008）中總鎘0.05mg·L-1的排放限值要求。

3 結(jié)論

（1）氧化聚乙烯復(fù)合分散液是一種新型的有機(jī)高分子復(fù)合吸附劑，具有較單一高分子吸附劑更為優(yōu)異的性能，它具有兩種或兩種以上的有機(jī)單一高分子吸附劑的協(xié)同作用，以自溶液吸附的原理，吸附污水中的有機(jī)物和重金屬，適應(yīng)范圍廣（pH值的范圍為7～13，溫度范圍為10～50℃），同時(shí)具有吸附快等特點(diǎn)。其分子上的鏈節(jié)與水中膠體微粒有強(qiáng)烈的吸附作用，含有的羥基具有物理吸附功能，水解產(chǎn)生的羧基在水中解離為羧酸根離子，具有吸附架橋作用，達(dá)到大幅度降低污水中的COD和重金屬的目的。能夠適合多種廢水的處理要求，尤其是印染、電鍍、造紙、制革和制藥等重度污水的處理。

（2）氧化聚乙烯復(fù)合分散液的制備是以氧化聚乙烯蠟、石蠟、松香混合加熱至熔融狀態(tài)下加入NaOH溶液，控制pH值，快速攪拌下，加入沸水，冷卻后可制得半透明、灰白色，pH值為8～10，固含量18%的穩(wěn)定的復(fù)合分散液。

（3）該復(fù)合分散液應(yīng)用于處理初始濃度20mg·L-1的含鎘廢水，最佳工藝條件為：投加量2.5mL·L-1，pH值為7.0，反應(yīng)時(shí)間5 min。在該條件下，Cd2+去除率為99.8%，出水Cd2+濃度為0.04mg·L-1，低于電鍍污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB21900--2008）中總鎘0.05mg·L-1的排放限值要求。

（4）隨著對氧化聚乙烯蠟應(yīng)用研究的深入，氧化聚乙烯復(fù)合分散液在電鍍、印染、電子、造紙等工業(yè)廢水處理方面將有更廣闊的應(yīng)用前景。

［1］文水平.氧化聚乙烯蠟微乳液的制備［J］.印染助劑，2007，6（6）：24-27．

［2］宿樹權(quán).溫度調(diào)控對氧化聚乙烯工業(yè)生產(chǎn)的影響［J］.廣州化工，2012,（10）：74-75.

［3］王燕玲，周偉宏.氧化聚乙烯復(fù)合乳液的制備及其應(yīng)用［J］.造紙化學(xué)品，2012，（10）:14-16.

［4］王載思，刁益韶，胡文璽，等.TW-1蠟乳液工業(yè)化生產(chǎn)操作條件研究［J］.皮革化工，1993，（6）:16-18.

［5］強(qiáng)西懷，董艷勇，張輝.氧化聚乙烯蠟乳液的制備及在皮革涂飾中的應(yīng)用［J］.皮革科學(xué)與工程，2010，20（2）：50-54.

Preparation of emulsion of oxidized polyethylene wax and its application in treatment of wastewater containing cadmium*

DIAO Yi-shao1,LIU Pei2,CAO Jian1
（1.Taizhou Polytechnic College,Taizhou 225300，China；2.Taizhou Institute of Sci.Tech.,NUST.,Taizhou 225300，China）

Emulsion of oxidized polyethylene，chinawax is synthesized with oxidized polyethylene and paraffin. The emulsion is applied to the treatment of wastewater containing cadmium.The effects of dosage,pH and reaction time on wastewater treatment are investigated.Under the condition of the dosage=2.5mL·L-1,pH=7 and the reaction time=5min,the results show that the cadmium removal rate is 99.8%for wastewater with cadmium-ion concentration of 20mg·L-1.The cadmium-ion concentration for the effluent is 0.04mg·L-1,lower than the total cadmium emission limit requirements of the electroplating pollution emission standard（GB21900-2008）.

oxidized polyethylene；preparation；wastewater treatment；wastewater containing cadmium

X703.5

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170673

2017-03-07

泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技計(jì)劃項(xiàng)目（TZYKY-12-4）

刁益韶（1964.2），女，江蘇泰州人,副教授/高級(jí)工程師，研究方向:精細(xì)化學(xué)品制備及應(yīng)用。