【集萃網觀察】前言:稀土元素系元素周期表第三副族中的鈧、釔和鑭系元素的總稱,共包含鈧(sc),釔(Y)及鑭系中的鑭 (La),鈰(Ce),鐠(Pr)和釹(Nd)等17個元素!跋⊥痢币辉~是18世紀沿用下來的名稱,因為當時用于提取這類元素的礦物比較稀少,且獲得的氧化物外觀酷似土壤,難熔化,難溶于水,且難分離,因而稱之為稀土。
從染色機理來看,稀土元素能與染液中酸性、弱酸性、中性染料中的一OH、一N=N一、一COOH、一SO3H 等基團通過靜電引力作用,以稀土元素離子為中心,與有機配位體形成離子配位鍵,導致染料共軛體系發(fā)生變化,從而使染料分子中的電子更易激發(fā),吸收較長的光波,加深染料的顏色。此外,聚酰胺(錦綸)纖維的大分子鏈上存在的酰胺基和氨基,可以與稀土元素的絡合離子發(fā)生作用,形成“纖維一稀土元素離子一染料” 三元絡合物結構,藉此提高上染率。本試驗重點考察了稀土對錦綸織物酸性染料染色效果的影響。
1 試驗
1.1 儀器與設備
HBG-12染色機,SQ09一SenslON1 pH計,AUY120 電子天平,Atlas電腦測色配色儀,Y571摩擦牢度儀, SW一12A耐洗色牢度試驗儀,YGO20B斷裂強度儀。
1.2 材料及染化劑
織物:錦綸。
試劑:苯甲醇(AR),美佳特酸性紅B-2B(c.L. Acid Red 419,亨斯邁公司),酸性藍(C.I.Acid Blue 72,青島隆運通國際貿易有限公司),碳酸鈰 (Ce2CO3),氧化鐠(Pr6 O11 ),二氧化鈰(CeO2 ),冰醋酸,平平加O。
1.3 試驗方法
1.3.1 試驗步驟
研究稀土在酸性染料染錦綸中的應用分兩步,第一步是在錦綸低溫染色工藝中,以染料的上染百分率和染色試樣的K/S值及相關染色牢度為指標,篩選出最適合酸性染料染錦綸的稀土,然后優(yōu)選稀土、醋酸和苯甲醇的最佳用量,并確定保溫時間;第二步是在傳統(tǒng)高溫最佳工藝中比較加與不加稀土時染色效果的差別,并討論引入稀土后,傳統(tǒng)染色工藝與低溫染色工藝染色效果的差別。
1.3.2 染色工藝
(1)高溫染色工藝
染色曲線
染色處方
染料/%(oWf) 2
勻染劑(平平加O)/%(owf) 1.6
pH 3.8
皂煮處方
皂片/( L) 2
純堿/(g/L)2
溫度/℃95
時間/min10
浴比1:30
(2)低溫染色工藝
染色曲線
染色處方
染料/%(owf)2
勻染劑(平平加O)/%(owf)1.6
稀土/%(owf)1
苯甲醇/(mE/L)14
pH值3.8
2 結果與討論
2.1 稀土對錦綸染色效果的影響
選擇三種不同的稀土分別及兩兩搭配的混合物 (質量比1:1),按低溫染色工藝進行染色,然后測試上染率,以及試樣的K/S值和相關染色牢度,結果見表1 和表2。
由表1和表2可以看出,加入稀土對酸性染料染色錦綸織物有明顯的增深效果。另外,加入稀土染色對織物的主要染色牢度基本沒有影響,都能達到較高的級別。比較不同稀土的試驗結果,選擇CeO2 /Pr6011 進行后續(xù)試驗。
2.2 稀土用量的確定
改變CeO2 /Pr6011 ,混合稀土的用量,其它染色處方同1.3.2(2),對錦綸織物進行染色,上染率見圖1。
從圖l可以看出,稀土用量對酸性藍上染百分率影響不大,但對酸性紅的上染影響較明顯。試驗中發(fā)現,稀土用量過多,染杯底部有很多沉淀,不方便清洗。綜合考慮,取稀土用量1.5%(owf)。
2.3 pH值的確定
取CeO2/Pr6011 混合稀土用量1.5%(owf),改變 pH值,其它染色處方同2.2,染色結束后測定上染率及織物斷裂強度,結果見圖2和圖3。
從圖3可以看出,兩種酸性染料在錦綸織物上的上染率都隨pH值的降低(醋酸用量增加)而明顯升高,但同時,織物強度也嚴重下降。綜合考慮,取pH值 3比較合適。
2.4 苯甲醇用量的確定
保溫染浴的pH值取3,其它染色處方同2.3,調節(jié)苯甲醇用量,測定染料上染率,結果見圖4。
由圖4可以看出,隨著苯甲醇用量增大,上染率有所提高,表明苯甲醇有一定的促染作用,且兩種酸性染料均在苯甲醇用量10 mL/L時獲得較高的上染率。這是因為苯甲醇有利于錦綸纖維膨脹,從而減小染料在低溫下向纖維內擴散的空間阻力,改善了錦綸纖維的低溫染色性能。綜合考慮染色效果和生產成本,取苯甲醇用量為l0 mL/L。
2.5 保溫時間的確定
苯甲醇用量取1O mL/L,調節(jié)保溫時間,其它染色處方同2.4,上染率和織物斷裂強度結果見圖5和圖6。
從圖5可以看出,隨著保溫時間的延長,染料上染率逐漸提高。這是由于錦綸纖維結構緊密,延長染色保溫時間,纖維膨化程度提高,有利于染料擴散,上染率隨之提高。但從圖6可以看出,保溫時間過長,纖維損傷程度加大。綜合上染率和織物斷裂強度,以及生產成本等因素,取保溫時間為40 min。
2.6 染色工藝對比試驗
2.6.1 稀土在傳統(tǒng)高溫染色工藝中應用
為進一步證明稀土能提高酸性染料在錦綸織物上的上染率,選擇CeO2 /Pr5 011 ;旌舷⊥,在傳統(tǒng)高溫染色工藝下,用酸性染料對錦綸織物進行染色,同時不加稀土進行對比試驗。測試上染率以及各項牢度指標,結果見表3。
由表3知,在傳統(tǒng)高溫染色工藝中加入稀土,其染料上染率、織物色深及斷裂強度都有所提高。稀土具有強絡合作用,能進入纖維的無定形區(qū),借助配位鍵和共價鍵起到交聯(lián)劑的作用,使織物的強力得以提高。
2.6.2 傳統(tǒng)高溫染色工藝與低溫染色工藝的比較
在兩種不同的染色工藝中加入稀土,測試染料上染率及織物各項牢度指標,結果見表4。
注:均采用兩種工藝的最佳工藝處方。
由圖5可知,使用MBBR后,當進水CODcr濃度由 280 mg/L增加到600 mg/L,CODcr 的去除率可達92%以上,色度的去除率基本穩(wěn)定在97%,出水色度低于 20倍,說明MBBR具有很強的抗沖擊負荷能力。其原因有二,一是反應器內的生物量很高;二是附著生長在填料上的生物膜隨著微生物不斷增殖而增厚,在受到沖擊負荷時,外層老化的生物膜對內層的生物膜起到緩沖和保護作用,從而使其具有很強的抗沖擊負荷能力。
2.5 MBBR對NH3-N的去除效果
氮類污染物是引起水體富營養(yǎng)化的一個重要原因,因此越來越多的污水處理系統(tǒng)需要考慮脫氮問題。我國制定的《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》對 NH3一N指標的一級排放濃度也做出了明確規(guī)定(低于 15 mg/L)。在HRT為24 h,PDMDAAC投加量0.8 g/L 的條件下,考察不同NH3一N進水濃度下MBBR對NH3-N 的去除效果,結果如圖6所示。
由圖6可知,在系統(tǒng)穩(wěn)定運行階段,雖然進水 NH 3一N的濃度波動較大,但處理后出水的NH3-N濃度非常穩(wěn)定。NH3 一N的去除率達到90%以上,出水氨氮平均濃度低于15 mg/L的排放標準。
3 結論
(I)投加PDMDAAC的移動床生物膜反應器對印染廢水具有良好的處理效果。當HRT為24 h,進水 CODc r在280~600 mg/L,填料填充比例為60%(體積比)時,色度、CODcr 和NH3-N的平均去除率分別為 97% 、92% 和90%。
(2)不同進水CODcr 濃度和NH 3-N濃度的印染廢水經MBBR處理后,出水色度都低于20倍,CODcr 和 NH3-N的平均濃度分別低于50 mg/L和15 mg/L,達到了《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB 4287— 1992)的一級排放要求(出水色度為40倍,CODcr 濃度為100 mg/L,NH3-N濃度為15 mg/L)。
(3)移動床生物膜污水處理是一種高效、經濟的污水處理工藝,具有很強的抗沖擊負荷特性。與其它工藝相比,MBBR具有掛膜容易、填料不易堵塞、水力停留時間短、不需污泥回流等特點,適合處理生活污水和工業(yè)有機廢水等,應用前景廣闊。
來源 胡耀文 ,來源印染
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