竇容妮,牛顯春,雒芮,謝景光,鄧輔財
廣東石油化工學院環(huán)境科學與工程學院,廣東省石油化工污染過程與控制重點實驗室
印染廢水是我國排放量最大的三種工業(yè)廢水之一[1],相比其他污水,印染廢水由于色度極大,成分極為復雜等特點而極難得到有效處理,故而此方面的研究也長年成為環(huán)境治理領域的熱門。絮凝法通常作為一種有效的脫色方法在印染廢水的預處理階段使用。但常規(guī)的絮凝法均具有各自的不足,如無機絮凝劑用藥量大、費用高、污泥多,而且單一處理效果較差,后續(xù)還需其它方法進一步處理;有機的聚丙烯酰胺則通常需要與其它藥劑配伍使用,而且殘余的丙烯酰胺單體具有一定毒性,存在環(huán)境風險;天然絮凝劑易發(fā)生生物降解而失去活性[2]。綜合各種絮凝劑的優(yōu)缺點和當前社會的需要來看,有機高分子絮凝劑是一個比較好的選擇,合成出一種經(jīng)濟適用的脫色劑具有廣泛的前景。
實踐證明,雙氰胺-甲醛聚合物在對印染廢水處理中可以作為絮凝劑使用[3,4],但形成的絮體較小,而且原材料雙氰胺的價格昂貴。本文擬以雙氰胺與甲醛的聚合反應為主反應,優(yōu)化合成條件,提高其綜合性能,以制得物廉價美的脫色劑。
甲醛:化學純38%,購自濟南創(chuàng)世化工有限公司;雙氰胺:分析純,購自無錫亞泰化工有限公司;活性艷紅X-3B,購自南京都萊試劑有限公司。
1.脫色劑的制備
500mL三頸燒杯中加入摩爾比為1:2.5的雙氰胺與甲醛水溶液,在85℃恒溫條件下以200r/min的速度攪拌3小時。自然冷卻至室溫,將產(chǎn)品轉移至樣品瓶中,常溫保存。
2.絮凝實驗
通過絮凝實驗來考察產(chǎn)品的脫色性能。采用燒杯實驗的方法,100mL模擬印染廢水中,加入1mL脫色劑,以200r/min的速度攪拌10分鐘,靜置6小時后,分析上清液。
3.脫色性能評價
取上清液進行紫外光吸光度的全譜圖像掃描,與處理之前廢水的全譜圖像進行對比,取最高峰作為最大吸光度,用下式計算脫色率:
1.反應時間優(yōu)化
本次實驗按雙氰胺與甲醛(摩爾比)為1:3的反應物比例研究反應時間的影響,分別設置反應時間為1.5、2、2.5、3、3.5小時進行五次實驗,按0.1mL/L的脫色劑投加量進行絮凝脫色實驗,在540nm下測上清液吸光度,與200mg/L活性紅染料原液對比,計算脫色率。
2.甲醛用量優(yōu)化
按雙氰胺與甲醛摩爾比為1:2.2、1:2.6、1:3、1:3.5的比例進行四次實驗,研究反應物雙氰胺與甲醛的最佳摩爾配比。
在85℃條件下,制備反應90、120、150、180、210分鐘下制得的產(chǎn)品脫色效果如圖1所示。不同反應時間下產(chǎn)品的外觀性狀與脫色率見表1。
表1 不同反應時間下產(chǎn)品的外觀性狀與脫色率
圖1 不同制備反應時間下產(chǎn)品的脫色效果
通過對以上分析可知,反應時間過短,產(chǎn)品尚未成型,不具備脫色性能,在反應2.5小時后脫色性能逐步上升,反應時間超過3小時,產(chǎn)品脫色性能下降。在反應3小時時產(chǎn)品的脫色性能最好,對200mg/L活性紅X-3B的脫色率為94.8%。
在85℃下,反應時間為3小時,雙氰胺與甲醛摩爾比為1:2.2、1:2.6、1:3、1:3.5四種比例制得的產(chǎn)品脫色效果如圖2所示。不同甲醛用量下產(chǎn)品的外觀性狀與脫色率見表2。
圖2 不同甲醛用量下產(chǎn)品的脫色效果
表2 不同甲醛用量下產(chǎn)品的外觀性狀與脫色率
通過對上分析可知,反應物中甲醛占的比例越小,所制得脫色劑越粘稠,產(chǎn)品中白色沉淀(有效成分)越多,在雙氰胺:甲醛(摩爾比)為1:3時,產(chǎn)品的脫色效果最好,對200mg/L活性紅X-3B的脫色率可達96.6%。
經(jīng)本文研究,得出的最佳的雙氰胺-甲醛脫色劑合成條件為雙氰胺:甲醛(摩爾比)為1:3,在溫度為85℃條件下,反應時間3小時,在此條件下制得的產(chǎn)品具有最佳脫色性能,對200mg/L活性紅X-3B的脫色率可達96%以上。