【集萃網(wǎng)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(gè)元素。“稀土”一詞是18世紀(jì)沿用下來的名稱，因?yàn)楫?dāng)時(shí)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(jī)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(tuán)通過靜電引力作用，以稀土元素離子為中心，與有機(jī)配位體形成離子配位鍵，導(dǎo)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(zhǎng)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(luò)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(luò)合物結(jié)構(gòu)，藉此提高上染率。本試驗(yàn)重點(diǎn)考察了稀土對(duì)錦綸織物酸性染料染色效果的影響。
1 試驗(yàn)
1.1 儀器與設(shè)備
HBG-12染色機(jī)，SQ09一SenslON1 pH計(jì)，AUY120 電子天平，Atlas電腦測(cè)色配色儀，Y571摩擦牢度儀， SW一12A耐洗色牢度試驗(yàn)儀，YGO20B斷裂強(qiáng)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(lán)(C.I.Acid Blue 72，青島隆運(yùn)通國(guó)際貿(mào)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(yàn)方法
1.3.1 試驗(yàn)步驟
研究稀土在酸性染料染錦綸中的應(yīng)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(guān)染色牢度為指標(biāo)，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(shí)間;第二步是在傳統(tǒng)高溫最佳工藝中比較加與不加稀土?xí)r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(shí)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(jié)果與討論
2.1 稀土對(duì)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(zhì)量比1：1)，按低溫染色工藝進(jìn)行染色，然后測(cè)試上染率，以及試樣的K/S值和相關(guān)染色牢度，結(jié)果見表1 和表2。
由表1和表2可以看出，加入稀土對(duì)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(duì)織物的主要染色牢度基本沒有影響，都能達(dá)到較高的級(jí)別。比較不同稀土的試驗(yàn)結(jié)果，選擇CeO2 /Pr6011 進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
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(duì)錦綸織物進(jìn)行染色，上染率見圖1。
從圖l可以看出，稀土用量對(duì)酸性藍(lán)上染百分率影響不大，但對(duì)酸性紅的上染影響較明顯。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，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(jié)束后測(cè)定上染率及織物斷裂強(qiáng)度，結(jié)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(shí)，織物強(qiáng)度也嚴(yán)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(diào)節(jié)苯甲醇用量，測(cè)定染料上染率，結(jié)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(shí)獲得較高的上染率。這是因?yàn)楸郊状加欣阱\綸纖維膨脹，從而減小染料在低溫下向纖維內(nèi)擴(kuò)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(chǎn)成本，取苯甲醇用量為l0 mL/L。
2.5 保溫時(shí)間的確定
苯甲醇用量取1O mL/L，調(diào)節(jié)保溫時(shí)間，其它染色處方同2.4，上染率和織物斷裂強(qiáng)度結(jié)果見圖5和圖6。
從圖5可以看出，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，染料上染率逐漸提高。這是由于錦綸纖維結(jié)構(gòu)緊密，延長(zhǎng)染色保溫時(shí)間，纖維膨化程度提高，有利于染料擴(kuò)散，上染率隨之提高。但從圖6可以看出，保溫時(shí)間過長(zhǎng)，纖維損傷程度加大。綜合上染率和織物斷裂強(qiáng)度，以及生產(chǎn)成本等因素，取保溫時(shí)間為40 min。
2.6 染色工藝對(duì)比試驗(yàn)
2.6.1 稀土在傳統(tǒng)高溫染色工藝中應(yīng)用
為進(jìn)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⊥粒趥鹘y(tǒng)高溫染色工藝下，用酸性染料對(duì)錦綸織物進(jìn)行染色，同時(shí)不加稀土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。測(cè)試上染率以及各項(xiàng)牢度指標(biāo)，結(jié)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(qiáng)度都有所提高。稀土具有強(qiáng)絡(luò)合作用，能進(jìn)入纖維的無定形區(qū)，借助配位鍵和共價(jià)鍵起到交聯(lián)劑的作用，使織物的強(qiáng)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(cè)試染料上染率及織物各項(xiàng)牢度指標(biāo)，結(jié)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(dāng)進(jìn)水CODcr濃度由 280 mg/L增加到600 mg/L，CODcr 的去除率可達(dá)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(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。其原因有二，一是反應(yīng)器內(nèi)的生物量很高;二是附著生長(zhǎng)在填料上的生物膜隨著微生物不斷增殖而增厚，在受到?jīng)_擊負(fù)荷時(shí)，外層老化的生物膜對(duì)內(nèi)層的生物膜起到緩沖和保護(hù)作用，從而使其具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。
2.5 MBBR對(duì)NH3-N的去除效果
氮類污染物是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)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(guó)制定的《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì) NH3一N指標(biāo)的一級(jí)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(jìn)水濃度下MBBR對(duì)NH3-N 的去除效果，結(jié)果如圖6所示。
由圖6可知，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行階段，雖然進(jìn)水 NH 3一N的濃度波動(dòng)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(dá)到90%以上，出水氨氮平均濃度低于15 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。
3 結(jié)論
(I)投加PDMDAAC的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器對(duì)印染廢水具有良好的處理效果。當(dāng)HRT為24 h，進(jìn)水 CODc r在280～600 mg/L，填料填充比例為60%(體積比)時(shí)，色度、CODcr 和NH3-N的平均去除率分別為 97% 、92% 和90%。
(2)不同進(jìn)水CODcr 濃度和NH 3-N濃度的印染廢水經(jīng)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(dá)到了《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287— 1992)的一級(jí)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(dòng)床生物膜污水處理是一種高效、經(jīng)濟(jì)的污水處理工藝，具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)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(shí)間短、不需污泥回流等特點(diǎn)，適合處理生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水等，應(yīng)用前景廣闊。
來源 胡耀文 ，來源印染
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