楊麗娟

甘肅省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)東部分中心 甘肅 天水 741001

我國(guó)是紡織印染業(yè)大國(guó)，紡織印染業(yè)的廢水量居全國(guó)工業(yè)廢水的第五位，印染廢水的大量排放造成了嚴(yán)重的水污染，由于我國(guó)水資源短缺，印染廢水的處理備受人們的關(guān)注。竹炭有較大的比表面積和特殊的內(nèi)部超細(xì)微孔結(jié)構(gòu)，具有良好的吸附特性等優(yōu)點(diǎn)，加之在我國(guó)，竹林是重要的森林資源，竹子生長(zhǎng)周期短，成材快，再生能力強(qiáng)，可以制成竹炭用于印染廢水的處理。目前對(duì)竹炭的研究才剛剛起步，竹炭對(duì)染料廢水的吸附性能還有待提高，對(duì)竹炭進(jìn)行處理以提高吸附性能的方面的研究已成為一種趨勢(shì)。

本文利用水溶液聚合法，以丙烯酸、竹炭粉為原料，過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，N，N -亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，40oC的條件下，合成了新型復(fù)合吸附材料。考察了竹炭的不同含量以及改性竹炭對(duì)水的吸附量，并利用分光光度法測(cè)試樣品對(duì)剛果紅溶液、亞甲基藍(lán)溶液的吸附性能。通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果分析，最終為制備得到新型多功能復(fù)合吸附材料奠定基礎(chǔ)。

1. 聚丙烯酸鈉/竹炭（改性竹炭）復(fù)合材料的合成

1.1 丙烯酸精制

架好蒸餾裝置，將丙烯酸倒入蒸餾裝置，打開(kāi)真空泵，水浴75oC～80oC，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。蒸餾后的樣品放入冰箱待用。

1.2 竹炭的改性預(yù)處理

對(duì)竹炭進(jìn)行了7種改性處理（以K2SO4改性竹炭為例）

1.2.1 K2SO4溶液的配制

在分析天平上準(zhǔn)確稱(chēng)取固體K2SO443.50g，在燒杯中溶解，定容于250mL容量瓶中，即配制成1mol/LK2SO4的溶液。

1.2.2 K2SO4竹炭的改性處理

在分析天平上稱(chēng)取1號(hào)竹炭5.0g，放入250mL的圓底燒瓶中，取1mol/L K2SO4溶液100mL加入其中，將圓底燒瓶固定于恒溫?cái)嚢杵魃?，在室溫下機(jī)械攪拌2h（轉(zhuǎn)速控制在500-600轉(zhuǎn)/分)。攪拌結(jié)束后，真空水泵抽濾，用蒸餾水洗10-15遍（反復(fù)洗滌抽濾），105oC烘干后做標(biāo)記，并進(jìn)行粗稱(chēng)量，放入干燥器內(nèi)備用。

HCl、FeCl3、AlCl3、KOH、CaCl2、H3PO4對(duì)竹炭的改性處理方法同上。

1.3 聚丙烯酸鈉/竹炭（改性竹炭）復(fù)合材料的合成

1.3.1 稱(chēng)取丙烯酸7.2g、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0.0162g加入50mL燒杯中，在磁力攪拌器上，加入攪拌籽攪拌使之溶解，再加入8mol/LNaOH溶液7.5mL在冰水浴下使之中和；稱(chēng)取一定量的竹炭，與中和液一同加入四口燒瓶中，40oC恒溫水浴加熱30min，同時(shí)通入N2保護(hù)，并以300rpm勻速攪拌；稱(chēng)取0.08g過(guò)硫酸銨加入恒壓漏斗中，用5mL蒸餾水使之溶解，快速滴加至四口燒瓶后，40oC恒溫加熱10min，調(diào)節(jié)水浴溫度至60oC，恒溫反應(yīng)3h；依照前面的步驟，改變竹炭含量和改性竹炭量。

1.3.2 反應(yīng)結(jié)束后，將獲得的樣品撕成小塊，在80oC干燥箱中烘干，稱(chēng)取其粗重，放入干燥器中待檢測(cè)。

1.3.3 樣品烘干后，用粉碎機(jī)粉碎，并用篩網(wǎng)選出60～100目(0.15～0.30mm)的產(chǎn)品作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，稱(chēng)重待用。

2. 亞甲基藍(lán)染料溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

2.1 配制50mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，以此作為母液。采用稀釋法配制1mg/L，2mg/L，2.5mg/L，3mg/L，4mg/L的亞甲基藍(lán)染料溶液。

2.2 測(cè)最大吸收波長(zhǎng)：取已配好的任意一濃度（1mg/L，2mg/L，2.5mg/L，3mg/L，4mg/L）的亞甲基藍(lán)染料溶液，且測(cè)其吸光度值在0.2～0.8之間（保證吸光度值在0.2～0.8之間，使測(cè)量誤差最?。?，以蒸餾水為空白，測(cè)得亞甲基藍(lán)染料溶液的最大吸收波長(zhǎng)為667nm。在最大吸收波長(zhǎng)667nm處 ，以蒸餾水為空白，分別測(cè)1mg/L，2mg/L，2.5mg/L，3mg/L，4mg/L的亞甲基藍(lán)染料溶液的吸光度。將測(cè)得的各個(gè)數(shù)據(jù)，用Excel軟件繪制以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)（如圖2-1）

2.3 并得回歸方程為

圖2-1 亞甲基藍(lán)溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

3. 聚丙烯酸鈉/竹炭（改性竹炭）復(fù)合材料吸水性能測(cè)試

準(zhǔn)備500mL燒杯、濾網(wǎng)，分別為燒杯、濾網(wǎng)，編號(hào)，稱(chēng)取BC=（0、3.0、5.0、8.0、10.0、12.0、15.0、17.0、20.0 wt%）各0.0500g，以及改性竹炭系列（K2SO4、HCl、FeCl3、AlCl3、KOH、CaCl2、H3PO4）各0.0500g（m1）加入對(duì)應(yīng)的燒杯，分別加入400mL蒸餾水，靜置4個(gè)小時(shí)，稱(chēng)量濾網(wǎng)，記下數(shù)據(jù)m2，將產(chǎn)物用濾網(wǎng)過(guò)濾，并將過(guò)濾后的產(chǎn)物連同濾網(wǎng)一起置于對(duì)應(yīng)燒杯之上，靜置10min，把產(chǎn)物連同濾網(wǎng)一起稱(chēng)量，記下數(shù)據(jù)m3，則復(fù)合材料的吸水倍率Qw(g/g)按下式計(jì)算：

3.1 聚丙烯酸鈉/竹炭復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)染料的吸附測(cè)試

3.1.1 稱(chēng)取亞甲基藍(lán)若干，放入燒杯溶解，配制50mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，記為C1。

3.1.2 準(zhǔn)備100mL規(guī)格的燒杯若干，依次編號(hào)，用50ml移液管移入50mL一定濃度C1(mg/L)的染料溶液，稱(chēng)取BC=（0、3.0、5.0、8.0、10.0、12.0、15.0、17.0、20.0 wt%）各0.0500g，分別加入對(duì)應(yīng)編號(hào)的燒杯中，采用封口膜將所有的燒杯密封，然后放置于40oC的恒溫振蕩器中，以60轉(zhuǎn)/分，振蕩3.0 h。待吸附結(jié)束后，用濾網(wǎng)過(guò)濾，取上層清液測(cè)吸光度。然后根據(jù)染料標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算吸附后濃度C2(mg/L)，則復(fù)合吸附材料的吸附染料倍率Qd(mg/g)按下式計(jì)算：

3.1.3 相同條件，稱(chēng)取經(jīng)過(guò)改性后的竹炭系列K2SO4、HCl、FeCl3、AlCl3、KOH、CaCl2、H3PO4各0.0500g，按相同步驟測(cè)定吸附染料倍率。

4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 竹炭含量對(duì)復(fù)合材料的吸附性能影響

表1-1不同的竹炭含量的吸附性能

由表1-1可看出，當(dāng)BC=8.0%，吸附材料吸附性能達(dá)到了最大值，與未加入竹炭相比增加了2.5倍，效果明顯增加。但竹炭含量過(guò)高時(shí)，即BC=20.0%時(shí)，其吸水性能明顯降低，比沒(méi)加入的效果要差一些。因此，竹炭含量的加入要適當(dāng)，應(yīng)在5.0～15.0%。原因在于加入竹炭后與聚丙烯酸鈉形成了更加規(guī)整的三維結(jié)構(gòu)，竹炭含量的增加有助于形成這樣的結(jié)構(gòu)，而當(dāng)竹炭含量過(guò)大時(shí)，三維結(jié)夠被過(guò)多的竹炭堵塞，不利于提高復(fù)合材料的吸水性能。

4.1.1竹炭含量對(duì)復(fù)合材料的吸水性能影響

圖2-2 不同含量的竹炭的吸水性能

從圖2-2中可以看出，隨著竹炭用量從0wt%到20wt%，復(fù)合材料的吸蒸餾水倍率由170.58g/g先上升到436.44g/g，后逐步降低到138.37g/g，整個(gè)曲線(xiàn)呈現(xiàn)拋物線(xiàn)形式。說(shuō)明竹炭的引入對(duì)吸附材料吸水性能有改善作用，能夠提高其對(duì)蒸餾水的吸附性能。

4.1.2竹炭含量對(duì)復(fù)合材料的吸染料影響

圖2-3 不同含量的竹炭的吸水性能

從圖2-3中可以看出，該系列復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力接近48mg/g，隨著竹炭的增加，其吸附性能變化不大。吸附亞甲基藍(lán)的能力與未加竹炭的相比相差不多，從產(chǎn)品的成本角度考慮，竹炭的引入有助于在保持一定染料吸附能力的同時(shí)，可降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。而這一系列對(duì)于剛果紅不吸附，這是由于染料分子的電荷性質(zhì)所決定的，從上面兩種染料的結(jié)構(gòu)式可以看出，亞甲基藍(lán)為陽(yáng)離子型染料，剛果紅為陰離子型染料，而復(fù)合吸附材料的聚合物網(wǎng)絡(luò)中存在大量COO-，因此與亞甲基藍(lán)染料分子發(fā)生靜電吸附，與剛果紅染料分子發(fā)生靜電排斥，導(dǎo)致上述吸附結(jié)果。

4.2 改性竹炭含量對(duì)復(fù)合材料的吸附影響

表1-2改性竹炭含量的吸附性能

圖2-4不同含量的竹炭的吸水性能

從2-4中可以看出，該改性竹炭系列復(fù)合材料對(duì)蒸餾水的吸附能力較好的是改性FeCl3竹炭。吸水倍率最差的改性HCl竹炭與未改性竹炭相比，吸水性能均有所增加。