郭 琦，張 靜，裴志磊，左家昌，曹機(jī)良

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 450007)

隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，環(huán)境污染變得愈發(fā)嚴(yán)重，工業(yè)廢水的排放使得水污染尤為嚴(yán)重；根據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每一年會(huì)排放300萬(wàn)～400萬(wàn)噸的印染廢水[1－3]。其中脫色問(wèn)題一直是印染廢水處理中的難題，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)染料都具有偶氮鍵，并且具有多聚芳香環(huán)，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜[4－5]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于對(duì)印染廢水的脫色處理主要有以下的幾種方法:吸附法、氧化還原法、混凝法、生化法等[6－8]。腈綸的價(jià)格十分便宜，手感很好，具有很好的蓬松性和回彈性。它的生產(chǎn)能力很大，每年生產(chǎn)的量占合成纖維的20%左右，在合成纖維中位列第三位[9]。而腈綸具有不易降解、解聚困難的特點(diǎn)，所有對(duì)腈綸處理也是一個(gè)難題，若能將其回收再利用，對(duì)環(huán)境的污染的控制具有很大的意義[10－12]。

目前應(yīng)用最廣泛的為活性染料、酸性染料等陰離子型染料。本實(shí)驗(yàn)主要是研究三乙烯四胺改性腈綸對(duì)染料的吸附性能的影響，利用改性腈綸對(duì)含有陰離子型和陽(yáng)離子染料的染液進(jìn)行脫色處理。腈綸通過(guò)氨化改性能對(duì)陰離子型染料有很好的吸附能力，可以提高腈綸纖維的吸附能力，使腈綸纖維能夠吸附陰離子型的染料，再利用吸附陰離子型染料的腈綸纖維吸附陽(yáng)離子染料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 材料

織物:Dralon超細(xì)腈綸散纖維(0.9dtex)。

染料:活性紅 B－3BF、活性黃 B－4RFN、活性藍(lán)B－2GLN、克羅來(lái)丁黃5GL、弱酸艷紅B、亞甲基藍(lán)、陽(yáng)離子紅2GL、陽(yáng)離子黃X－8GL、陽(yáng)離子藍(lán)RL(市售)。

其他化學(xué)藥品:三乙烯四胺(分析純)、冰乙酸(分析純)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

JA2003N分析天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，IR－24S高溫高壓紅外線染色機(jī)(上海一派印染科技有限公司)，RC－Z2400恒溫振蕩水浴鍋(上海一派印染科技有限公司)，TU1091紫外—可見(jiàn)分

光

光度計(jì)(北京普析科技有限公司)，DZF－620真空烘燥箱(上海三發(fā)儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 腈綸改性

三乙烯四胺與水2:1混合，腈綸纖維2g，浴比1:25，升溫速率3℃/min，在高溫高壓紅外線染色機(jī)中分別進(jìn)行不同的染色溫度和染色時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，染色結(jié)束后取出織物，水洗至中性，105℃烘干至絕對(duì)干重，進(jìn)行稱重并計(jì)算纖維的增重率。

1.2.2 吸附陰離子染料

改性腈綸1.2g，不同結(jié)構(gòu)的陰離子染料6g/L，冰乙酸6g/L，浴比1:40。染液在振蕩水浴鍋中升溫至30℃時(shí)投入改性腈綸，保溫20min，將染料原液進(jìn)行稀釋，測(cè)量原液及殘液的吸光度。

1.2.3 吸附陽(yáng)離子染料

已吸附陰離子染料的腈綸1.2g，冰乙酸5g/L，浴比1:40，分別在不同的陽(yáng)離子染料濃度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在振蕩水浴鍋內(nèi)將染液升溫到30℃時(shí)投入已吸附陰離子染料的腈綸，保溫20min，保留染色殘液測(cè)吸光度，并將原液稀釋，測(cè)原液的吸光度。

1.2.4 交替吸附陰陽(yáng)離子染料

先吸附陰離子染料:改性腈綸1.2g，活性紅B－3BF1g/L，冰乙酸5g/L，浴比1:40，在振蕩水浴鍋內(nèi)將染液升溫到30℃時(shí)投入已吸附陰離子染料的腈綸，保溫 20min，染色結(jié)束后取出織物，水洗烘干。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 增重率

由下列公式計(jì)算得增重率(W%):

其中，W1—改性后腈綸纖維重量；W0—改性前腈綸纖維重量

1.3.2 吸盡率

利用分光光度計(jì)測(cè)試吸光度，并按照下列公式計(jì)算可得吸盡率(E%):

其中，A1—?dú)堃何舛?；A0—原液吸光度；C1—?dú)堃合♂尡稊?shù)；C0—原液稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性溫度和時(shí)間對(duì)腈綸吸附活性紅B-3BF性能的影響

2.1.1 改性溫度和時(shí)間對(duì)腈綸增重率的影響

圖1是改性時(shí)間和溫度改變對(duì)腈綸增重率的測(cè)試結(jié)果，從圖1可以看出，改性的時(shí)間和溫度增加，腈綸增重率均增大。因?yàn)樵诓ＡЩ瘻囟纫陨蠒r(shí)，大分子鏈的鏈段發(fā)生平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，分子穩(wěn)定性降低，腈基更容易與三乙烯四胺發(fā)生接枝反應(yīng)。腈綸纖維即聚丙烯腈纖維，通常指含有丙烯腈85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纖維[7]，其反應(yīng)官能度主要是腈基；三乙烯四胺與腈基主要發(fā)生接枝反應(yīng)，所以從纖維的增重率可以間接的看出腈綸的改性程度，而三乙烯四胺改性腈綸的反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，隨著改性溫度的升高和改性時(shí)間的延長(zhǎng)，越多的腈基與三乙烯四胺發(fā)生接枝反應(yīng)，即腈綸增重率隨改性的溫度增加而增加。

隨著電噴柴油機(jī)和電控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，電噴柴油機(jī)主機(jī)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提出的功能需求不斷演變。下面以MAIN的電噴主機(jī)的接口和配套的主機(jī)遙控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能為例進(jìn)行分析。

圖1 改性時(shí)間和溫度對(duì)腈綸增重率的影響

2.1.2 改性溫度和時(shí)間對(duì)腈綸吸附活性紅B－3BF性能的影響

下頁(yè)圖2(a)和圖2(b)分別是130℃和140℃下腈綸改性后對(duì)不同濃度活性紅B－3BF吸盡率的測(cè)試結(jié)果，從圖中可以看出，當(dāng)改性溫度升高，改性時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，改性腈綸對(duì)活性紅B－3BF吸附能力增大。這是因?yàn)楦男詼囟鹊?，時(shí)間短時(shí)，腈綸改性程度低，改性纖維中氨基的數(shù)量就少。在染液中，改性腈綸中的氨基被電離成PAN－NH3＋，活性紅B－3BF則被電離成D－SO3－，兩者由庫(kù)侖力的作用而結(jié)合，氨基數(shù)量較少意味著染座數(shù)量就少，染料吸附容量就??；反之，隨改性溫度提高，時(shí)間延長(zhǎng)腈綸改性程度增加，染料的吸附容量增大。本實(shí)驗(yàn)的目的是對(duì)染料廢水進(jìn)行脫色處理，所以吸附容量越大越好。因此可確定在140℃的條件改性5h時(shí)為最優(yōu)工藝。

圖2 改性時(shí)間對(duì)活性紅B-3BF吸盡率的影響

2.2 陰離子染料結(jié)構(gòu)對(duì)改性腈綸吸附陰陽(yáng)離子染料性能的影響

2.2.1 陰離子染料結(jié)構(gòu)對(duì)改性腈綸吸附陰離子染料性能的影響

圖3為陰離子染料結(jié)構(gòu)不同時(shí)改性腈綸對(duì)陰離子染料吸盡率的測(cè)試結(jié)果，觀察圖3和分析圖中各染料結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)陰離子型染料磺酸基數(shù)量越多，改性腈綸對(duì)其吸附性能越好，因?yàn)殛庪x子型染料與改性腈綸主要發(fā)生離子鍵結(jié)合。而弱酸性艷紅B雖只有兩個(gè)磺酸基，但是它的分子量較小，有利于染料擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，此外，弱酸性艷紅B上的—OH會(huì)與改性腈綸纖維上的—NH2形成氫鍵，所以改性腈綸對(duì)弱酸性艷紅B同樣具有較好的吸附能力。

圖3 陰離子染料結(jié)構(gòu)對(duì)吸附陰離子染料吸盡率的影響

2.2.2 陰離子染料結(jié)構(gòu)對(duì)改性腈綸吸附陽(yáng)離子染料性能的影響

染料與腈綸纖維在溶液中發(fā)生離子鍵結(jié)合以后，陰離子染料中含有帶負(fù)電荷的磺酸基，改性腈綸本身也存在陰離子，可以與陽(yáng)離子染料以離子鍵結(jié)合，因此可對(duì)陽(yáng)離子染料再作吸附，從而可交替吸附陰陽(yáng)離子染料。圖4為改性腈綸吸附不同陰離子染料后對(duì)亞甲基藍(lán)吸盡率的測(cè)試結(jié)果。從圖4可以看出，活性黃B－4RFN分子量最小，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量也最小，而弱酸艷紅B的分子結(jié)構(gòu)相對(duì)較大，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量也較大；說(shuō)明改性腈綸吸附陰離子染料的分子量越小，再對(duì)陽(yáng)離子型染料吸附時(shí)吸附能力越大；因?yàn)楦男噪婢]吸附的陰離子染料的分子質(zhì)量小時(shí)，其大分子的數(shù)量就會(huì)相對(duì)較多，磺酸基數(shù)量就多，所以對(duì)陽(yáng)離子染料的吸附能力也就相對(duì)較強(qiáng)。此外，弱酸性艷紅B中的—OH可與亞甲基藍(lán)上的正電荷形成氫鍵，從而使腈綸纖維對(duì)弱酸艷紅B的吸附能力增加。

圖4 陰離子染料結(jié)構(gòu)對(duì)亞甲基藍(lán)吸盡率的影響

2.3 陽(yáng)離子染料結(jié)構(gòu)對(duì)吸附的影響

圖5為吸附陰離子染料后改性腈綸對(duì)不同結(jié)構(gòu)陽(yáng)離子染料吸盡率的測(cè)試結(jié)果，從圖5可以看出，改性腈綸在吸附的陰離子染料相同時(shí)，再吸附陽(yáng)離子染料的結(jié)構(gòu)對(duì)改性腈綸吸附陽(yáng)離子染料的性能有很大的影響。在染液中，陰離子型染料會(huì)電離出使陽(yáng)離子染料被吸附了陰離子染料的改性腈綸纖維吸附。陽(yáng)離子性染料的正電性越大，越容易與磺酸基結(jié)合，所以改性腈綸對(duì)陽(yáng)離子紅2GL和陽(yáng)離子藍(lán)RL的吸附性能就大。

圖5 陽(yáng)離子染料結(jié)構(gòu)不同對(duì)陽(yáng)離子染料吸盡率的影響

3 結(jié)論

(1)三乙烯四胺對(duì)腈綸的改性溫度越高、改性時(shí)間越長(zhǎng)，改性腈綸對(duì)陰離子型染料的吸附能力越強(qiáng)，腈綸用三乙烯四胺在140℃的條件下改性5h可獲得很好地吸附性能。

(2)當(dāng)分子的相對(duì)分子質(zhì)量相差不大時(shí)，磺酸基的數(shù)量越多，分子的共平面性越小，改性腈綸對(duì)染料的吸附性能越好，其中改性腈綸對(duì)弱酸性艷紅B的吸附能力最好，可達(dá)到99.95%

(3)改性腈綸吸附6g/L的弱酸艷紅B后再吸附0.1g/L的亞甲基藍(lán)，亞甲基藍(lán)的吸盡率可達(dá)88%。