壳聚糖对活性染料染色废水的脱色工艺探讨

0引言
  壳聚糖（Chitosan）是甲壳素（Chitin）的脱乙酰化产物，化学名为（1，4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。壳聚糖具有优良的生物相容性和生物可降解性，在医药、化工、食品、环保、染整等方面具有应用价值，在水处理方面，壳聚糖可作吸附剂、絮凝剂、重金属离子螯合剂等，其最大的特点是不产生二次污染。
  目前壳聚糖最大的用途是作为无毒的阳离子絮凝剂处理有机废水和鳌合废水中有毒的重金属离子[1]。国内外用壳聚糖处理印染废水已有许多报道：华登峰[2]用壳聚糖与硫酸铝、聚铝对印染废水脱色处理作了对比试验；朱启忠等[3]研究了壳聚糖对酸性染料的吸附性能；壮亚峰等[4]用氢氧化镁-壳聚糖复合絮凝剂对印染废水的脱色情况作了研究；马勇等[5]对膨润土负载壳聚糖的脱色作用作了研究；陈忻等[6]用壳聚糖包裹粉煤灰处理印染废水进行试验。这些试验表明：壳聚糖对印染废水具有一定的脱色作用，但也存在一些问题：如壳聚糖单独使用时絮凝沉降效果较差，需用粉煤灰、膨润土等其它助剂来包裹或负载，但壳聚糖与常用混凝剂在脱色过程中的协合作用及对不同颜色的可溶性活性染料的脱色情况却鲜见报道，在此针对这方面工艺技术进行了探讨。
  1实验部分
  1.1材料与仪器
  1.1.1材料
  活性黄M-3RE，活性红M-3BE，活性深蓝M-2GE，活性元B-ED，ZnCl2（C P），NaOH(C P)，H2SO4[CP，ω(H2SO4)=98%]，Na2CO3（C P），NaCl（C P），FeCl3（C P）；壳聚糖(脱乙酰度质量分数为82.56%，由浙江金壳生物化学有限公司提供)、聚合铝铁（工业品）、阳离子型聚丙烯酰胺（工业品）。
  1.1.2仪器
  722型分光光度计、六联电动搅拌器、台式离心
  分离器、COD测定仪、XY系列电子天平。
  1.2试验方案
  试验方案分为2个部分：第一部分选择对染色残液脱色影响较大的因素，如聚合铝铁（PAFC、由聚合氯化铝和三氯化铁共聚而成）用量试验、PAFC与不同助凝剂的复合脱色作用；第二部分为壳聚糖的用量试验、pH值对壳聚糖的脱色影响试验、壳聚糖与不同助凝剂的复合作用、壳聚糖对不同颜色活性染料的脱色影响试验。考虑到工艺的实用性，并能使药剂有效发挥作用，脱色时水温选择为室温，处理废水的pH值调节至7～8，搅拌转速为先快后慢。
  1.3试验方法
  1.3.1染色方法
  活性染料→配置成10 g/L的染料母液，取2 g纯棉半制品(29tex×29tex/60×60)用温水润湿，吸取10 mL染料母液于染杯中，加水90 mL，配成染色质量分数为5%、浴比1∶50的染液，在水浴中加热至60℃，投入已润湿的织物。恒温上染15 min加氯化钠（NaCl）上染15 min加碳酸钠（Na2CO3）固色30min取出染色织物（收集染色残液）水洗（收集水洗水）皂洗（收集皂洗水）水洗烘干。
  1.3.2试验方法
  取6只洗净的100 mL烧杯，分别取试验废水100 mL置于六联电动搅拌机，在慢速搅拌中用硫酸（H2SO4）调节pH值为7～8，加入药剂快速搅拌10 min，然后慢速搅拌20 min，静止沉淀30 min后，取上清液测吸光度，根据吸光度计算废水的脱色率。
  2结果分析与讨论
  2.1 PAFC用量试验
  取活性M-3BE红（λmax＝540 nm）对29tex×29tex/60×60的纯棉织物进行染色。染色质量分数为5%，Na2CO3质量浓度为30 g/L，NaCl质量浓度为40 g/L，60℃恒温染色，收集织物染色后的水洗水、皂洗水分别进行PAFC用量试验。水洗水和皂洗水分别用浓度为0.1 mol/L H2SO4调节pH值至7～8，试验结果见表1、表2。
  

壳聚糖对活性染料染色废水的脱色工艺探讨

  从表1、表2可知：随PAFC用量的增加，处理水的脱色率随之提高，但PAFC用量超过2.0 mL后，脱色率不再随PAFC的用量增加而提高；在相同条件下，活性M-3BE红的水洗水脱色率低于皂洗水，这是由于皂洗水的浊度高，有利于絮凝体的沉降而提高了皂洗水的脱色效果。
  2.2 pH值对壳聚糖脱色率的影响
  由于壳聚糖分子结构中含有大量的氨基，在一定条件下能吸附质子带正电，呈现出阳离子吸附剂的性质，它的带电情况与溶液pH值有关，在不同的pH值条件下，壳聚糖对活性染料的脱色效果不同，表3是不同pH值时，0.1 g壳聚糖加0.5 mLPAFC对活性M-3BE红水洗水的脱色率。
  

壳聚糖对活性染料染色废水的脱色工艺探讨

  由表3可知，在pH值为4～6范围内，壳聚糖对活性M-3BE红的脱色效果较好。但在试验中发现，单独使用壳聚糖对活性染料脱色，絮凝体的沉降速度较慢，CODCr浓度不易达标排放。试验中，当絮凝体沉淀1 h后，取处理水的上清液测定CODCr时发现其质量浓度从原水的702 mg/L增至1 215mg/L，上清液中可见一些细小壳聚糖粉末。由此可见：利用壳聚糖作为活性染料的脱色剂，能提高废水的脱色效果，但如果沉降不充分，则反而可能提高处理水的CODCr质量浓度。
  .3壳聚糖与PAFC的复配脱色试验
  采用壳聚糖与PAFC复配使用，再次提高药剂的脱色效果和絮凝体的沉降速度，试验结果见表4。
  

壳聚糖对活性染料染色废水的脱色工艺探讨

  表4与表1比较，在PAFC用量为1.0 mL时，由于壳聚糖的加入，活性M-3BE红水洗水的脱色率从34.4%上升到90.5%，由此可见，活性M-3BE红的脱色率得到了很大的提高。
  2.4壳聚糖的用量试验
  以活性深蓝染后废水为例，在PAFC用量不变的条件下进行壳聚糖的用量试验，结果见表5。
  
  

壳聚糖对活性染料染色废水的脱色工艺探讨

  由表5可知，壳聚糖的用量为0.1 g时就具有较好的脱色效果，用量继续增加，脱色效果变化不大，但出水CODCr质量浓度却在不断升高。
  2.5加阳离子助凝剂的壳聚糖用量试验
  以活性深蓝的染后废水为例，在PAFC和壳聚糖用量不变的条件下，加入阳离子助凝剂聚丙烯酰胺（PAM）进行试验，试验结果见表6。
  

壳聚糖对活性染料染色废水的脱色工艺探讨

  由表6可知，PAM能显著提高絮凝体的沉降速度，从而有利于提高活性深蓝染色废水的脱色率。
  2.6不同助凝剂与PAFC复配对不同颜色活性染
  料脱色效果试验红、黄、兰和黑色在印染厂的使用频率较高，这里选择这4种染料的染色残液、染后水洗水、皂洗水的混合液进行了不同助凝剂的复配试验，1＃～6＃为不同助凝剂的复配方案，试验结果见表7。
  

壳聚糖对活性染料染色废水的脱色工艺探讨

  从表7可知，粘土对PAFC的助凝效果不理想，因其本身的土黄色增加了红、黄色废水的色度，使红、黄色废水的脱色率分别从97%，87%降至94.5%，78.3%；PAM的助凝作用较好，但对黑色染料的脱色作用提高不大；FeCl3由于本身的黄棕色对红、黄色废水色度有影响，脱色效果不升反降；加锌盐后提高了絮凝体的沉降效果，所以6#的效果优于5#；但在这6组试验中，脱色效果最好的是4#，这说明壳聚糖的加入大大提高了活性染料的脱色率，特别是大幅度提高了黑色染料的脱色率，使其从48.5%上升至91.2%。
  3结论
  单独使用壳聚糖对活性染料染色废水进行脱色，能得到较好的脱色效果，但由于壳聚糖粉末较轻，在废水中难以沉降，会造成出水CODCr质量浓度的升高。利用壳聚糖与PAFC的复合作用，能大幅度提高活性染料的脱色效果。在达到相同脱色效果的前提下，大大减少了PAFC的用量，从而减少了环境中的铝盐，有利于提高环境的生态效益。
  

赚点分不容易啊  

我来看看！谢谢