紡織品印染固廢化學(xué)成分的分析探討

衣芳萱 楊華武 邵春燕

新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院(中國(guó))

自然資源一直是人類的寶貴財(cái)富，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，提取廢棄物中的有效物質(zhì)并再利用成為可能。紡織品印染固廢主要源于凈化處理印染廢水產(chǎn)生的污泥[1]。中國(guó)每年紡織品印染廢水排放量為20～23億t，其化學(xué)需氧量(COD)每年排放量約24～30萬t。這些污水在經(jīng)過初級(jí)預(yù)處理及污水廠深度凈化時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量污泥，其成分復(fù)雜，含大量散纖維、雜質(zhì)、表面活性劑、助劑、染料及重金屬等有毒有害物質(zhì)。準(zhǔn)確分析印染固廢成分，對(duì)后續(xù)分類處理及資源回收具有重要意義。本文按照化學(xué)分析法、儀器分析法分類，對(duì)國(guó)內(nèi)外固廢成分分析方法進(jìn)行概述，對(duì)比不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，探討紡織品印染固廢成分的可行性分析方案，以期為印染廢固的資源化處理提供參考。

1 化學(xué)分析法

1.1 重量分析

重量分析法一般是先采用適當(dāng)?shù)氖侄?，使被測(cè)組分與試樣中其他組分分離，然后經(jīng)過稱量得到被測(cè)組分的質(zhì)量，并計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。重量分析包括分離和稱量?jī)纱蟛襟E。根據(jù)分離方法的不同，重量分析通?？煞譃閾]發(fā)法、萃取法、沉淀法和電解法。重量分析法適用于常量組分的測(cè)定，其準(zhǔn)確度高，但操作較為復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，若所測(cè)組分含量較低，會(huì)出現(xiàn)較大誤差。

李玉剛等[2]采用重量分析法分析生產(chǎn)甲苯二胺(TDA)產(chǎn)物中焦油含量，發(fā)現(xiàn)試樣的汽化時(shí)間、汽化溫度及試樣用量對(duì)分析結(jié)果有影響。

陳棟棟等[3]采用改良的重量分析法對(duì)碳酸鹽指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，即直接利用黃土沉積試樣與鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量差計(jì)算CO2質(zhì)量，從而推算碳酸鹽質(zhì)量。其研究結(jié)果表明，該法測(cè)定碳酸鹽含量簡(jiǎn)單、快速、精度高，適用于大量試樣測(cè)定。

1.2 容量滴定分析

容量滴定法是將已經(jīng)知道準(zhǔn)確濃度的試劑溶液滴加入待測(cè)溶液中，或者將待測(cè)溶液滴定到試劑溶液中，直至二者之間發(fā)生所需反應(yīng)，然后通過試劑的參數(shù)，計(jì)算出待測(cè)定物質(zhì)的質(zhì)量。容量滴定分析方法操作較簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，且較準(zhǔn)確，可根據(jù)需要選擇不同的滴定方法，選擇性較高。

容量滴定分析主要分為酸堿滴定分析[4]、絡(luò)合滴定分析、氧化還原滴定分析[5]、沉淀滴定分析[6]。采用酸堿滴定法可計(jì)算待測(cè)溶液的酸堿度[7]，采用絡(luò)合滴定法可確定溶液中金屬的含量[8]。沉淀滴定法與氧化還原滴定法反應(yīng)較復(fù)雜，存在副反應(yīng)，反應(yīng)速度慢，需要嚴(yán)格控制滴定反應(yīng)條件[9-10]。

動(dòng)植物遺骸經(jīng)過微生物分解、轉(zhuǎn)化及一系列化學(xué)過程，最終積累而成腐植酸。黃腐酸是腐植酸中的一種，與氮磷鉀無機(jī)肥料復(fù)合，可生產(chǎn)黃腐酸復(fù)合肥。楊獻(xiàn)紅等[11]采用稀硫酸溶液提取黃腐酸，并通過重鉻酸鉀(K2Cr2O7)將黃腐酸中的碳氧化成CO2，以鄰菲羅啉為滴定指示劑，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液進(jìn)行反滴定，并做空白試驗(yàn)，根據(jù)重鉻酸鉀消耗量、黃腐酸的碳系數(shù)計(jì)算黃腐酸的含量。該方法進(jìn)行黃腐酸含量的測(cè)定時(shí)，有較好的準(zhǔn)確度和精密度，可用于多種黃腐酸含量的測(cè)定。

菊粉是植物中儲(chǔ)備性多糖，具有藥用和食用價(jià)值，但菊粉吸濕性強(qiáng)，含水量會(huì)導(dǎo)致其特性受到影響，因此測(cè)定菊粉含水量尤為重要。Karl Fischer(KF)是測(cè)定水含量的成熟方法，但這種方法中的高溫處理步驟會(huì)使菊粉中的一些有效成分揮發(fā)。RONKART 等[12]將KF法與容量滴定法結(jié)合，開發(fā)出適用于菊粉含水量測(cè)定的試樣制備方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，容量滴定法不僅比一些傳統(tǒng)方法更加省時(shí)，并且可在常溫下使用，適合各類體積的KF水分滴定儀。

2 儀器分析法

2.1 電位分析法

電位分析法是通過測(cè)量原電池(通過氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置)的電動(dòng)勢(shì)來確定物質(zhì)含量。

赫春香等[13]首先通過化學(xué)聚合法合成了鄰氨基酚-鄰苯二胺共聚物，隨后以共聚物為氫離子選擇試劑制成聚氯乙烯(PVC)膜電極，采用直接電位法對(duì)高酸度溶液中氫離子的濃度進(jìn)行測(cè)定。

龍偉等[14]采用電位滴定法對(duì)3-巰基丙酸水解液中各物質(zhì)的含量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)氧化還原滴定法中的碘量法相比，電位滴定法可快速分析出3-巰基丙酸水解液中的鹽酸、3-巰基丙酸、3， 3′-硫代二丙酸、氯化銨的含量，且各組分分析結(jié)果的相對(duì)偏差小于3%，更有利于3-巰基丙酸生產(chǎn)的管控。

電位分析法主要分為直接電位法和電位滴定法。采用直接電位法，根據(jù)能斯特方程進(jìn)行推算可得到待測(cè)溶液中某一離子的濃度。電位滴定法是在滴定過程中通過測(cè)量電位變化以確定滴定終點(diǎn)的方法，與其他滴定分析方法相比，電位滴定法測(cè)定的結(jié)果更加準(zhǔn)確，并且還可應(yīng)用于有色溶液和渾濁溶液的滴定。自動(dòng)電位滴定儀，可實(shí)現(xiàn)滴定分析的自動(dòng)控制，有利于生產(chǎn)自動(dòng)化。

2.2 光譜分析法

光譜分析是利用物質(zhì)對(duì)光的吸收或者本身受到激發(fā)而得到特定光譜來進(jìn)行分析的。

HEYDARI等[15]研制了一種高靈敏度、簡(jiǎn)便、快速的管內(nèi)超聲和空氣輔助液液微萃取方法，并與火焰原子吸收光譜聯(lián)用，對(duì)土壤和水樣中的鈀(Pd)元素進(jìn)行富集、測(cè)定。

AZIMI等[16]采用磁性多壁碳納米管作為吸附劑，用于實(shí)現(xiàn)砷、鉛和鎘的萃取和預(yù)富集，并結(jié)合電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法)，對(duì)水、牛奶、印度大米和紅茶中的砷、鉛和鎘進(jìn)行測(cè)定。

WANG等[17]根據(jù)汞和鎘的汽化溫差原理，研制了一種新型的固體取樣系統(tǒng)-原子熒光光譜法，用于食品試樣中汞和鎘的測(cè)定。

光譜分析法簡(jiǎn)單、快速且有較高的準(zhǔn)確度，非常適用于測(cè)定金屬離子含量，但需要標(biāo)準(zhǔn)試樣作為基準(zhǔn)。

2.3 色譜分析法

色譜分析法是先將待測(cè)混合物分離，然后再逐一分析。其分離過程利用了不同物質(zhì)在不同相態(tài)中的選擇性分配。以流動(dòng)相對(duì)固定相中的混合物進(jìn)行洗脫，混合物中不同的物質(zhì)會(huì)以不同的速度沿固定相移動(dòng)，最終達(dá)到分離效果。

MUSCALU等[18]為了降低二維氣相色譜的使用成本，設(shè)計(jì)了一種單級(jí)無消耗熱量調(diào)節(jié)器，并應(yīng)用于全二維氣相色譜法，對(duì)多氯聯(lián)苯、有機(jī)氯農(nóng)藥和氯苯進(jìn)行分析。

CASTRO等[19]通過固相萃取-液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法模式對(duì)城市廢水、地表水和自來水中的藥物進(jìn)行定量分析。

色譜法主要分為氣相色譜法和液相色譜法，目前多用于分析復(fù)雜的混合物，分離效率高、分離速度快、靈敏度高。

2.4 波譜分析法

波譜分析法是以光學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用物質(zhì)與光之間的相互作用，建立物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與電磁輻射之間的相互關(guān)系，從而進(jìn)行物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分析和鑒定。該分析方法主要包括紅外光譜(IR)、紫外光譜(UR)、核磁共振(NMR)、質(zhì)譜及拉曼光譜等分析法。

WAHEED等[20]采用原位衰減全反射紅外光譜(ATR-IR)研究了在不同釕(Ru)負(fù)載量和不同粒徑的Ru/TiO2催化劑上乙醇水相重整反應(yīng)過程中反應(yīng)物的變化情況，探究、驗(yàn)證了反應(yīng)機(jī)理。

MCGILLEN等[21]在波長(zhǎng)為185～230 nm、溫度為-57.15～22.85 ℃條件下，測(cè)量了一氟三氯甲烷(CFCl3)的紫外線吸收光譜。

波譜分析法可用于定性、定量分析待測(cè)試樣，其特點(diǎn)是快速、準(zhǔn)確，且重現(xiàn)性好。

3 總結(jié)與展望

在紡織品印染加工過程中，隨著染色過程中溫度、pH值等條件的不斷變化，染色溶液中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化，最終使得排放的廢水、固廢中含有對(duì)環(huán)境、人體有害的多環(huán)芳烴等物質(zhì)。對(duì)含此類物質(zhì)的試樣，經(jīng)柱層析處理后，可采用質(zhì)譜法或高效液相色譜法檢測(cè)分析。

染料及水解染料是固廢資源化的主要目標(biāo)對(duì)象，為了分析染料的水解過程、分辨水解染料的染色活性，需掌握染料水解后的分子結(jié)構(gòu)，色譜法、質(zhì)譜法是操作簡(jiǎn)便、行之有效的方法。

對(duì)于含無機(jī)鹽、金屬離子的試樣，可采用原子發(fā)射光譜法測(cè)定。將試樣引入激發(fā)光源中，使其獲得能量后，經(jīng)過一系列的變化過程轉(zhuǎn)變成原子，原子發(fā)生狀態(tài)的躍遷，發(fā)射出特定的光譜，將得到的線性光譜與“元素標(biāo)準(zhǔn)光譜圖”進(jìn)行對(duì)比，可確定試樣中的元素種類。確定元素種類后，可根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線，獲得待測(cè)試樣中元素含量，也可根據(jù)不同金屬離子的特性，進(jìn)行容量滴定分析。

如何有效處理印染廢水成為當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)話題，印染廢水處理后產(chǎn)生的固廢富集了許多有毒有害物質(zhì)，同樣應(yīng)該引起高度重視。只有明確印染固廢的成分，才能針對(duì)性地對(duì)廢固進(jìn)行處理，提高處理效率；才能對(duì)一些特殊成分進(jìn)行回收再利用，最大限度地節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。