羧甲基甲壳素-丙烯酰胺共聚物对印染废水的脱色研究*

张秀宁，孙宾宾

(陕西国防工业职业技术学院 化工系，陕西 西安 710300)

羧甲基甲壳素-丙烯酰胺共聚物对印染废水的脱色研究*

张秀宁，孙宾宾

(陕西国防工业职业技术学院 化工系，陕西 西安 710300)

制备了羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物，研究了其对印染废水的吸附脱色能力。结果显示羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物对印染废水具有良好的吸附脱色性能。脱色实验最佳工艺条件为，接枝率为67.5%的羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物，在投放量为0.6g·L-1，温度为20℃，脱色时间为15min的条件下，脱色率可达到96.3%，脱色效果良好。羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物是一类有应用价值的廉价印染废水脱色剂，可进一步开发研究。

接枝共聚物；羧甲基甲壳素；印染废水；脱色

前 言

印染废水具有水量大，有机污染物含量高、难降解物质多、色度高以及组分复杂等特点，属于难处理的工业废水、印染行业是工业废水排放大户，随着合成染料的发展以及消费者对印染加工要求的提高，大量新型印染助剂、功能染料、浆料等的广泛应用，致使印染废水中有机物质成分越来越复杂多变，现已成为困扰印染废水治理的关键问题[1]。目前印染废水的处理一般先通过物理化学方法进行预脱色，去除生物毒性大、色度高的染料分子，提高废水的可生化性，然后通过后续生化处理，达到综合治理的目的。其中作为印染废水预处理的物理化学处理十分关键，在物理处理法中应用最多的是吸附法。处理印染废水的吸附剂有粉煤灰[2]、活性炭[3]等。许多研究人员也在开发其它价格便宜、材料易得、对印染废水中染料吸附性能优良的新型吸附剂[4,5]。

甲壳素是一种类似纤维素的天然高分子聚合物，主要从节肢动物如虾、蟹壳和真菌中提取，资源丰富，是自然界中仅次于纤维素的第二大类生物材料，也是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机物。国内外关于甲壳素及其衍生物的应用研究非常活跃，在重金属提取回收、纺织印染、造纸等方面有着广泛的应用，是典型的环境友好材料[6]。目前对甲壳素进行化学改性，制备印染废水脱色剂的报道不多，本文将其水溶性衍生物羧甲基甲壳素与丙烯酰胺共聚，得到羧甲基甲壳素接枝丙烯酰胺共聚物，并将研制的聚合物用于处理印染废水，进一步探讨了处理印染废水的最佳工艺条件。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

羧甲基甲壳素，浙江玉环化工厂，羧化度65%，平均相对分子质量80000；丙烯酰胺，分析纯，西安化学试剂厂；过硫酸铵、乙醇、丙酮，分析纯，天津化学试剂二厂；印染废水取自西安市户县某纺织有限责任公司。

UV-2250型紫外-可见分光光度计，日本岛津公司；722型分光光度计，上海精密科学仪器有限公司。

1.2 接枝共聚物的制备

将羧甲基甲壳素溶于去离子水中，加入丙烯酰胺，搅拌均匀后，通氮气保护，加热至预定温度。加入定量过硫酸铵水溶液，恒温反应一段时间，冷却产物倾入大量无水乙醇，过滤。将不纯的接枝产物在索氏提取器中用丙酮抽提8h以除去均聚物，真空60℃干燥至恒重得羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物。接枝率G%按下式计算：

式中W0、W1分别指羧甲基甲壳素、羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物的质量。

1.3 印染废水的脱色处理

将印染废水，采用UV-2250型紫外-可见分光光度计进行扫描，测得该印染废水的最大吸收波长A0为604nm。取一定量的通过100目的接枝共聚物于100mL圆底烧瓶中，再加入100mL印染废水，用水浴控制恒温，进行磁力搅拌一定时间后，取样，离心分离后取上清液，用分光光度计在604nm下测试吸附前、后的吸光度值。考察印染废水的脱色效果，按下式计算脱色率η。

式中：η为脱色率，%；A0为吸附前印染废水的吸光度值；At为吸附后的吸光度值。

2 结果和讨论

2.1 聚合物接枝率对脱色效果的影响

取印染废水100.0 mL，投放不同接枝率的羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物0.6 g，在室温下脱色吸附20min，考察脱色效果与聚合物接枝率的关系，结果如图1所示。不同接枝率的羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物脱色效果均优于羧甲基甲壳素，说明接枝侧链对脱色有增效作用；但是随着接枝率的不断提高，脱色效果变差，可能原因是聚合物的交联程度增加，在印染废水中的可分散程度降低，反而降低了脱色能力。当接枝率为67.5%时，羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物对印染废水的脱色效果较佳。

图1 聚合物接枝率对脱色效果的影响Fig.1 The effect of the grafting rate of copolymer on decoloration

2.2 聚合物投放量对脱色效果的影响

取印染废水100.0 mL，通过改变接枝率为67.5%的羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量，在室温吸附20min，脱色效果与投放量的关系如图2所示。可以看出，羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量在0.2～0.6g·L-1范围内，随着投放量的增加，对印染废水的脱色率提高，从35.6%增加到96.3%，当吸附剂投放量超过0.6g·L-1后，脱色率趋于恒定，说明吸附脱色与解析过程逐渐趋于平衡。因此，羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量为0.6g·L-1聚合物较佳。

图2 聚合物投放量对脱色效果的影响Fig.2 The effect of copolymer content on decoloration

2.3 脱色温度对脱色效果的影响

取印染废水100.0 mL，投放接枝率67.5%的羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物为0.6 g，在处理时间为30min的条件下，考虑到实际应用价值，实验考察了在常温附近，脱色效果随印染废水温度的关系，结果如图3所示。可以看出，在室温附近，羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物对印染废水的脱色效果随温度起伏的变化不大；相对来说，在低温下脱色效果较好，可能是温度高时，被吸附的色素分子动能增大，易解析出来的缘故。羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物在室温时对印染废水样品的脱色率为96.3%，考虑实用价值，实验选择处理温度为室温20℃。

图3 脱色温度对脱色效果的影响Fig.3 The effect of temperature on decoloration

2.4 脱色时间对脱色效果的影响

在上述得出的优化条件下，研究脱色时间与印染废水脱色率的关系，结果如图4所示。

图4 处理时间对脱色效果的影响Fig.4 The effect of time on decoloration

由图4看出，印染废水脱色率随着时间的延长而增加，在15min时达到最大值96.3%。以后趋于稳定不再改变，此时染料在吸附剂中的吸附与解析过程达到平衡。说明羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物对染料分子的吸附速率较快，有利于实际应用。因此，建议选用吸附时间为15min。

3 结论

制备了羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物，探讨了其对印染废水的脱色作用。研究表明，接枝共聚物投放量、接枝率、脱色温度、脱色时间等因素对脱色效果有影响。在接枝率为67.5%的羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物投放量为0.6g·L-1，温度为20℃，吸附时间为15min的条件下，脱色率达96.3%。我国甲壳素资源丰富，利用羧甲基甲壳素-丙烯酰胺接枝共聚物对印染废水进行脱色的研究对甲壳素资源的开发利用有积极意义。

［1］胡巧开.花生壳活性炭的制备及其对印染废水的脱色处理研究［J］.印染助剂,2009,26(7)：20～23.

［2］牟淑杰,邓书平.改性粉煤灰处理印染废水的试验研究［J］.矿冶,2008,17(3)：102～104.

［3］杨英,赵彦琦.活性炭对两种生物染料脱色效果的实验研究［J］.环境科学与管理,2008,33(1)：96～98.

［4］胡巧开,夏晚良.改性红薯淀粉的制备及其对印染废水的脱色处理研究［J］.印染助剂,2008,25(2)：31～33.

［5］洪建捷,谢荣辉.用于印染废水脱色的稻壳吸附剂的研制［J］.食品科技,2008,33(11)：150～154.

［6］张海容,白宝林,任光明.甲壳素及其衍生物在生态环境保护中的应用［J］.忻州师范学院学报,2009,25(5)：1～4.

The Study on Decolorization of Dyeing Wastewater by Carboxymethyl Chitin-Acrylamide Copolymer

ZHANG Xiu-Ning and SUN Bin-bin
(Department of Chemical Engineering,Shaanxi Institute of Technology,Xi’an 710300,China)

The graft copolymer was synthesized by grafting acrylamide onto carboxymethyl chitin and was adopted to decolorize the dyeing wastewater.The experiment results indicated that graft copolymer of acrylamide onto carboxymethyl chitin had better adsorptive ability for dyeing waste-water.The optimum conditions were shown as follows：at 20℃,added 0.6g·L-1 the graft copolymer whose grafting rate was 67.5%,then decolorized for 15min,the decoloration rate reached 96.3%.The graft copolymer of acrylamide onto carboxymethyl chitin was a cheap sorbent with better adsorption behavior.

Graft copolymer;carboxymethyl chitin;dyeing wastewater;decolorization

X 791

A

1001-0017（2011）06-0055-03

2010-06-03 *

陕西省教育科学“十一五”规划2010年立项课题（编号：SGH10340）和陕西国防工业职业技术学院研究与开发项目（编号：Gfy10-03）

张秀宁（1959-）,女,陕西户县人,讲师,主要从事新型环保材料研究。