改性腈綸對陰陽離子型染料的吸附性能研究

郭 琦，張 靜，裴志磊，左家昌，曹機良

(河南工程學院材料與化學工程學院，河南鄭州 450007)

隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，環(huán)境污染變得愈發(fā)嚴重，工業(yè)廢水的排放使得水污染尤為嚴重；根據有關部門的統(tǒng)計，我國每一年會排放300萬～400萬噸的印染廢水[1－3]。其中脫色問題一直是印染廢水處理中的難題，這是因為大多數(shù)染料都具有偶氮鍵，并且具有多聚芳香環(huán)，結構十分復雜[4－5]。目前國內外關于對印染廢水的脫色處理主要有以下的幾種方法:吸附法、氧化還原法、混凝法、生化法等[6－8]。腈綸的價格十分便宜，手感很好，具有很好的蓬松性和回彈性。它的生產能力很大，每年生產的量占合成纖維的20%左右，在合成纖維中位列第三位[9]。而腈綸具有不易降解、解聚困難的特點，所有對腈綸處理也是一個難題，若能將其回收再利用，對環(huán)境的污染的控制具有很大的意義[10－12]。

目前應用最廣泛的為活性染料、酸性染料等陰離子型染料。本實驗主要是研究三乙烯四胺改性腈綸對染料的吸附性能的影響，利用改性腈綸對含有陰離子型和陽離子染料的染液進行脫色處理。腈綸通過氨化改性能對陰離子型染料有很好的吸附能力，可以提高腈綸纖維的吸附能力，使腈綸纖維能夠吸附陰離子型的染料，再利用吸附陰離子型染料的腈綸纖維吸附陽離子染料。

1 實驗

1.1 實驗材料與儀器

1.1.1 材料

織物:Dralon超細腈綸散纖維(0.9dtex)。

染料:活性紅 B－3BF、活性黃 B－4RFN、活性藍B－2GLN、克羅來丁黃5GL、弱酸艷紅B、亞甲基藍、陽離子紅2GL、陽離子黃X－8GL、陽離子藍RL(市售)。

其他化學藥品:三乙烯四胺(分析純)、冰乙酸(分析純)。

1.1.2 實驗儀器

JA2003N分析天平(上海精密科學儀器有限公司)，IR－24S高溫高壓紅外線染色機(上海一派印染科技有限公司)，RC－Z2400恒溫振蕩水浴鍋(上海一派印染科技有限公司)，TU1091紫外—可見分

光

光度計(北京普析科技有限公司)，DZF－620真空烘燥箱(上海三發(fā)儀器有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 腈綸改性

三乙烯四胺與水2:1混合，腈綸纖維2g，浴比1:25，升溫速率3℃/min，在高溫高壓紅外線染色機中分別進行不同的染色溫度和染色時間的實驗，染色結束后取出織物，水洗至中性，105℃烘干至絕對干重，進行稱重并計算纖維的增重率。

1.2.2 吸附陰離子染料

改性腈綸1.2g，不同結構的陰離子染料6g/L，冰乙酸6g/L，浴比1:40。染液在振蕩水浴鍋中升溫至30℃時投入改性腈綸，保溫20min，將染料原液進行稀釋，測量原液及殘液的吸光度。

1.2.3 吸附陽離子染料

已吸附陰離子染料的腈綸1.2g，冰乙酸5g/L，浴比1:40，分別在不同的陽離子染料濃度下進行實驗，在振蕩水浴鍋內將染液升溫到30℃時投入已吸附陰離子染料的腈綸，保溫20min，保留染色殘液測吸光度，并將原液稀釋，測原液的吸光度。

1.2.4 交替吸附陰陽離子染料

先吸附陰離子染料:改性腈綸1.2g，活性紅B－3BF1g/L，冰乙酸5g/L，浴比1:40，在振蕩水浴鍋內將染液升溫到30℃時投入已吸附陰離子染料的腈綸，保溫 20min，染色結束后取出織物，水洗烘干。

1.3 測試方法

1.3.1 增重率

由下列公式計算得增重率(W%):

其中，W1—改性后腈綸纖維重量；W0—改性前腈綸纖維重量

1.3.2 吸盡率

利用分光光度計測試吸光度，并按照下列公式計算可得吸盡率(E%):

其中，A1—殘液吸光度；A0—原液吸光度；C1—殘液稀釋倍數(shù)；C0—原液稀釋倍數(shù)。

2 結果與討論

2.1 改性溫度和時間對腈綸吸附活性紅B-3BF性能的影響

2.1.1 改性溫度和時間對腈綸增重率的影響

圖1是改性時間和溫度改變對腈綸增重率的測試結果，從圖1可以看出，改性的時間和溫度增加，腈綸增重率均增大。因為在玻璃化溫度以上時，大分子鏈的鏈段發(fā)生平移和轉動，分子穩(wěn)定性降低，腈基更容易與三乙烯四胺發(fā)生接枝反應。腈綸纖維即聚丙烯腈纖維，通常指含有丙烯腈85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纖維[7]，其反應官能度主要是腈基；三乙烯四胺與腈基主要發(fā)生接枝反應，所以從纖維的增重率可以間接的看出腈綸的改性程度，而三乙烯四胺改性腈綸的反應為不可逆反應，隨著改性溫度的升高和改性時間的延長，越多的腈基與三乙烯四胺發(fā)生接枝反應，即腈綸增重率隨改性的溫度增加而增加。

隨著電噴柴油機和電控系統(tǒng)相關技術不斷發(fā)展，電噴柴油機主機遙控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)提出的功能需求不斷演變。下面以MAIN的電噴主機的接口和配套的主機遙控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能為例進行分析。

圖1 改性時間和溫度對腈綸增重率的影響

2.1.2 改性溫度和時間對腈綸吸附活性紅B－3BF性能的影響

下頁圖2(a)和圖2(b)分別是130℃和140℃下腈綸改性后對不同濃度活性紅B－3BF吸盡率的測試結果，從圖中可以看出，當改性溫度升高，改性時間增長時，改性腈綸對活性紅B－3BF吸附能力增大。這是因為改性溫度低，時間短時，腈綸改性程度低，改性纖維中氨基的數(shù)量就少。在染液中，改性腈綸中的氨基被電離成PAN－NH3＋，活性紅B－3BF則被電離成D－SO3－，兩者由庫侖力的作用而結合，氨基數(shù)量較少意味著染座數(shù)量就少，染料吸附容量就?。环粗?，隨改性溫度提高，時間延長腈綸改性程度增加，染料的吸附容量增大。本實驗的目的是對染料廢水進行脫色處理，所以吸附容量越大越好。因此可確定在140℃的條件改性5h時為最優(yōu)工藝。

圖2 改性時間對活性紅B-3BF吸盡率的影響

2.2 陰離子染料結構對改性腈綸吸附陰陽離子染料性能的影響

2.2.1 陰離子染料結構對改性腈綸吸附陰離子染料性能的影響

圖3為陰離子染料結構不同時改性腈綸對陰離子染料吸盡率的測試結果，觀察圖3和分析圖中各染料結構，發(fā)現(xiàn)陰離子型染料磺酸基數(shù)量越多，改性腈綸對其吸附性能越好，因為陰離子型染料與改性腈綸主要發(fā)生離子鍵結合。而弱酸性艷紅B雖只有兩個磺酸基，但是它的分子量較小，有利于染料擴散進入纖維內部，此外，弱酸性艷紅B上的—OH會與改性腈綸纖維上的—NH2形成氫鍵，所以改性腈綸對弱酸性艷紅B同樣具有較好的吸附能力。

圖3 陰離子染料結構對吸附陰離子染料吸盡率的影響

2.2.2 陰離子染料結構對改性腈綸吸附陽離子染料性能的影響

染料與腈綸纖維在溶液中發(fā)生離子鍵結合以后，陰離子染料中含有帶負電荷的磺酸基，改性腈綸本身也存在陰離子，可以與陽離子染料以離子鍵結合，因此可對陽離子染料再作吸附，從而可交替吸附陰陽離子染料。圖4為改性腈綸吸附不同陰離子染料后對亞甲基藍吸盡率的測試結果。從圖4可以看出，活性黃B－4RFN分子量最小，對亞甲基藍的吸附量也最小，而弱酸艷紅B的分子結構相對較大，對亞甲基藍的吸附量也較大；說明改性腈綸吸附陰離子染料的分子量越小，再對陽離子型染料吸附時吸附能力越大；因為改性腈綸吸附的陰離子染料的分子質量小時，其大分子的數(shù)量就會相對較多，磺酸基數(shù)量就多，所以對陽離子染料的吸附能力也就相對較強。此外，弱酸性艷紅B中的—OH可與亞甲基藍上的正電荷形成氫鍵，從而使腈綸纖維對弱酸艷紅B的吸附能力增加。

圖4 陰離子染料結構對亞甲基藍吸盡率的影響

2.3 陽離子染料結構對吸附的影響

圖5為吸附陰離子染料后改性腈綸對不同結構陽離子染料吸盡率的測試結果，從圖5可以看出，改性腈綸在吸附的陰離子染料相同時，再吸附陽離子染料的結構對改性腈綸吸附陽離子染料的性能有很大的影響。在染液中，陰離子型染料會電離出使陽離子染料被吸附了陰離子染料的改性腈綸纖維吸附。陽離子性染料的正電性越大，越容易與磺酸基結合，所以改性腈綸對陽離子紅2GL和陽離子藍RL的吸附性能就大。

圖5 陽離子染料結構不同對陽離子染料吸盡率的影響

3 結論

(1)三乙烯四胺對腈綸的改性溫度越高、改性時間越長，改性腈綸對陰離子型染料的吸附能力越強，腈綸用三乙烯四胺在140℃的條件下改性5h可獲得很好地吸附性能。

(2)當分子的相對分子質量相差不大時，磺酸基的數(shù)量越多，分子的共平面性越小，改性腈綸對染料的吸附性能越好，其中改性腈綸對弱酸性艷紅B的吸附能力最好，可達到99.95%

(3)改性腈綸吸附6g/L的弱酸艷紅B后再吸附0.1g/L的亞甲基藍，亞甲基藍的吸盡率可達88%。