殼聚糖-明膠微球對活性染料吸附凈洗性能研究.pdf

1、在印染行業(yè)中，活性染料由于染色工藝簡單、色譜齊全、價格適中、色牢度較高等優(yōu)點被廣泛應用于纖維素纖維紡織品的印染工藝。然而，在染色工藝中，會有高達20％～40%的浮色染料未能上染固色，這些浮色染料源于已吸附于纖維而未參與共價反應的染料和大部分水解染料，它的存在會大大降低染色織物的色牢度，需要通過凈洗工藝將其除去。據統(tǒng)計，活性染料凈洗工藝消耗的凈洗劑以及洗下的浮色染料產生的COD占整個染色加工產生COD的1/3；所消耗的大量水、能源及后續(xù)廢

2、水處理的成本占其染色成本的50%以上。水體中的染料，影響水生植物的光合作用、能夠致癌、致畸、危害人類健康。
　　解決活性染料印染廢水的水體污染問題通常有兩種方式：一是終端治理，在染料廢水排放前通過各種水污染治理手段，使染料廢水達到國家排放標準；二是源頭治理，在活性染料印染加工過程中，通過清潔化工藝，盡量減少染料廢水的產生。
　　而染料作為著色物質，常規(guī)的生化法難于徹底脫色，因此吸附法是工業(yè)上染料廢水深度處理的主要方法之一。該

3、方法目前存在的主要問題是吸附劑吸附量偏低，成本高，產生二次固廢，而且解吸困難，難于循環(huán)利用。
　　針對以上問題，根據殼聚糖的陽離子性，明膠的兩性特點，以二者為原料，戊二醛為交聯(lián)劑，通過反相懸浮交聯(lián)法，制備出殼聚糖/明膠復合微球（CGMSs）。一方面，CGMSs吸附劑具有優(yōu)異吸附與解吸性能，可用于活性染料為代表的陰離子型染料廢水處理之中；另一方面，將該CGMSs用于活性染料水洗工藝，取得了節(jié)水、省時、降低COD、實現(xiàn)了染料回收利用等

4、多種良好效果。
　　過單因素優(yōu)選法，逐個研究了殼聚糖、明膠的用量、交聯(lián)劑的種類、乳化劑的種類及用量、內外相比例、攪拌速率、乳化時間及溫度等因素對CGMSs制備的影響，通過掃描電子顯微鏡和激光粒徑分析儀的表征，分析了各因素對CGMSs粒徑與形貌的影響規(guī)律。結果表明：以戊二醛為交聯(lián)劑，殼聚糖濃度為0.02 g/mL，明膠濃度為0.08 g/mL，乳化劑Span-80的用量為0.04 g/mL，水油比為1/6、攪拌速度為900 r/mi

5、n，乳化溫度為60℃，乳化20 min的條件下，可制得形態(tài)圓整，色澤均勻，流動性好，表面粗糙不平、體積平均徑為23.53μm、等電點為6.0的殼聚糖/明膠復合微球。
　　以CGMSs為吸附劑，選用活性艷橙RO1、活性紅RR24兩種活性染料，研究了各種實驗參數對染料吸附性能的影響。這些參數包括：吸附工藝（溫度、時間、pH）、吸附劑性質、離子強度、振蕩速率、CGMSs解吸重復利用等。結果顯示：(1)增加振蕩速率能夠提高CGMSs的吸附

6、量，而電解質硫酸鈉使CGMSs的吸附量下降，但影響不太明顯。(2)CGMSs最佳吸附條件為：pH2～3，溫度30℃，吸附時間為80 min；當染料初始濃度為0.4g/L，CGMSs的用量分別為0.8 g/L和1.0 g/L時，活性艷橙RO1與活性紅RR24的去除率分別為98.7%和99.1%。(3)CGMSs的解吸性能：CGMSs反復使用7次后，活性艷橙RO1與活性紅RR24的吸附量下降率分別為8.6%與9.7%。因此CGMSs是活性染

7、料去除的理想吸附劑之一，具有潛在的應用前景。
　　為了闡明CGMSs吸附途徑和吸附機理，研究了吸附劑對活性染料的吸附動力學模型、吸附等溫模型及熱力學行為。實驗結果表明：準二級動力學方程比較適合描述CGMSs對活性染料的吸附動力學，此外粒子內擴散與外在質量擴散同時影響吸附速率，但粒子內擴散是速控步驟；CGMSs對活性染料的吸附平衡數據比較符合Langmuir吸附等溫方程，這說明吸附為單分子層化學吸附，同時根據D－R方程計算得出的吸附

8、平均自由能也表明，CGMSs對活性染料的吸附是以化學吸附為主的；吸附劑對兩種活性染料的焓變ΔH>0，說明CGMSs對染料的吸附為吸熱過程，溫度升高有利于染料吸附；熵變ΔS為正值，說明吸附過程中CGMSs與染料溶液的界面上，體系的熵是增加的，即水分子脫附引起的熵增加大于染料分子吸附引起的熵減少，所以體系無序度增加；吸附吉布斯函變ΔG都小于0，表明CGMSs對活性染料的吸附過程是自發(fā)的。
　　本課題首次研究將CGMSs用作活性染料凈洗

9、劑。在凈洗工藝中，浮色染料在溶液與纖維之間存在分配平衡，CGMSs通過不斷吸附溶液中的染料來打破這種平衡，從而使纖維上的浮色染料不斷通過水溶液被CGMSs吸附，從而達到凈洗活性染料的目的。CGMSs在水洗工藝中具有較強的抗硬水性、較好的耐電解質性、優(yōu)異的pH緩沖性、其凈洗效果隨著CGMSs中殼聚糖百分含量的增加，CGMSs粒徑的減少而提高。CGMSs凈洗劑的最佳應用條件為pH4.0，時間15 min，CGMSs濃度0.2 g/L，溫度9

10、5℃。CGMSs的凈洗效果與常規(guī)凈洗劑凈洗效果基本一致，但其凈洗殘液COD值約為常規(guī)凈洗劑的1/16，因此顯著降低了活性染料廢水處理成本；與常規(guī)凈洗工藝相比，CGMSs凈洗工藝省去皂洗前1道冷水洗和1道酸洗工藝，為活性染料水洗工藝節(jié)約了用水用汽，降低了活性染料染色成本。
　　因為浮色染料中吸附于纖維而未參與共價反應的部分活性染料仍具有染色功能，而CGMSs凈洗劑上浮色染料的解吸pH條件與活性染料的染色工藝pH條件基本一致。為確定C

11、GMSs凈洗劑上未反應活性染料的循環(huán)利用，本課題以商品活性染料為模擬物，初步研究了活性染料負載CGMSs在纖維素纖維織物染色工藝中的應用性能。實驗結果表明：染料負載CGMSs可以實現(xiàn)小浴比染色、染色織物的勻染性要優(yōu)于常規(guī)染色工藝。試驗確定其最佳染色工藝為：染色時間70 min，浴比為1:30，Na2SO4用量為30 g/L時織物表觀色深值最大；活性紅RR24染料Na2CO3的最佳用量為20 g/L，染色溫度70℃，對于活性艷藍RBE19

12、 Na2CO3的最佳用量為15 g/L，染色溫度60℃。
　　殼聚糖、明膠是自然界中存在的一類可再生的生物質資源，以二者為原料所制備的殼聚糖/明膠復合微球對活性染料具有良好的吸附、解吸性能。用復合微球代替?zhèn)鹘y(tǒng)基于表面活性劑復配的活性染料凈洗劑，能夠取得節(jié)水、節(jié)能、降低COD等良好效果，而且可以在染色工藝中同時實現(xiàn)CGMSs的再生和未水解活性染料的二次利用。這一基于吸附理念設計制備出的活性染料凈洗劑，拓展了活性染料凈洗途徑，為解決活