氧化聚乙烯分散液的制备及其处理含镉废水的应用*

刁益韶，刘培，曹健

（1.泰州职业技术学院,江苏泰州225300；2.南京理工大学泰州科技学院,江苏泰州225300）

氧化聚乙烯分散液的制备及其处理含镉废水的应用*

刁益韶1，刘培2，曹健1

（1.泰州职业技术学院,江苏泰州225300；2.南京理工大学泰州科技学院,江苏泰州225300）

以氧化聚乙烯、石蜡等为原料制备氧化聚乙烯分散液，将该分散液应用于处理含镉废水，系统考察了不同投加量、pH值、反应时间等因素对处理效果的影响。实验结果表明：在投加量2.5mL·L-1、pH值为7.0、反应时间5min条件下，初始浓度20mg·L-1的含镉废水经处理后镉离子去除率为99.8%，出水镉离子浓度为0.04mg·L-1，低于电镀污染排放标准（GB21900-2008）中的总镉排放限值要求。

氧化聚乙烯；制备；废水处理；含镉废水

氧化聚乙烯蜡具有较好的润滑、成膜等特性，广泛应用于建筑、纺织、造纸、皮革等行业，在PVC薄膜、异型材、塑胶加工等行业中做内润滑剂，使表面平整、光滑，提高成品率；也可制作防冻寒的沥青混凝土。乳化后作为助剂，用作纤维表面处理的平滑剂、高速缝纫线的柔软剂、纺纱油剂或上浆剂[1]。适用于作纸品上光防潮涂料[2]、造纸施胶剂和造纸剥离剂[3]。也可应用于皮革表面涂饰中。

氧化聚乙烯蜡分子中含有-COOH、-OH等极性基团，可吸附污水中的有机物和重金属，以氧化聚乙烯蜡为主要原料制备成分散液，可作为复合吸附剂，应用于电镀、印染、电子等工业废水处理中，对含重金属的污水进行处理，取得了良好的效果。

1 实验部分

1.1 仪器与药品

PHS-3型酸度计、电动搅拌器、调节式测温毫伏计、火焰原子吸收分光光度计、六联搅拌机、电子天平、离心机。

氧化聚乙烯蜡（OPE）、石蜡、松香、NaOH、硝酸镉。

1.2 实验方法

1.2.1 氧化聚乙烯复合分散液的制备采用相转变乳化法[4]，将氧化聚乙烯蜡、石蜡、松香按一定比例先后加入到三口烧瓶中，加热至完全融化，搅拌使之均匀混合，搅拌下逐滴加入30%的NaOH溶液，物料逐渐变稠，调节pH值至10。搅拌一定时间后，边搅拌边缓慢加入沸水，观察到油相粘度陡增时，搅拌下快速加水，直到物料呈棕色透明，继续加沸水到规定量，搅拌使温度降至室温，冷却后物料呈半透明，灰白色，pH值为8～10，固含量18%，即制得氧化聚乙烯复合分散液。

1.2.2 处理含镉废水取一定量的总镉含量为20mg·L-1的废水，通过改变溶液的pH值、分散液投加量、反应时间等影响因素，充分反应后，离心分离、抽滤、取上清液，用火焰原子吸收分光光度法检测溶液中剩余二价镉离子的浓度，确定分散液处理含镉废水的最佳工艺条件。

2 结果与讨论

2.1 影响乳液稳定性的因素

氧化聚乙烯复合分散液的稳定性直接影响水处理效果，故制备稳定的分散液是本产品的关键。乳化液不稳定主要表现为破乳和分层，分散细度、均匀性同乳液稳定性有一定内在联系[5]。制备过程采用转相乳化，混合原料在熔融状态下，通过加入NaOH溶液逐渐变稠，调节pH值后，加入沸水，开始时水分散于油中，形成W/O型乳液，随着水继续加入，粘度急剧变小，形成O/W型乳液。影响氧化聚乙烯分散液稳定性的因素主要有:氧化聚乙烯原料的酸值、制备温度、pH值等。

2.1.1 氧化聚乙烯的酸值试验表明，氧化聚乙烯原料的酸值直接影响乳液的稳定性，若氧化聚乙烯酸值过低，加入NaOH溶液时不能实现有效转相，不利于其乳化，所得产品浑浊，呈乳黄色，颗粒大，静置后分层。经试验后选择酸值高于18 mgKOH·g-1的氧化聚乙烯蜡。

2.1.2 温度氧化聚乙烯复合分散液的制备主要为乳化过程，原料必须在熔融状态下加入碱溶液及沸水，方可完成乳液制备。温度过低，原料不能完全融化，不利于其在水中的分散，所得乳液不稳定；温度过高，易产生焦结，且所得乳液颜色过深。试验数据见表1。

表1 温度对乳液稳定性的影响Tab.1Effect of temperature on emulsion stability

试验表明，控制温度145～150℃，在原料完全融化时滴加碱液，调节pH值后，滴加沸水，且控制好搅拌速度，才能制成稳定的乳液。

2.1.3 pH值制备过程中，NaOH溶液用量不足，pH值过低，滴加沸水时，不能有效转相，物料很快分层。试验数据见表2。pH值过高，后期会影响乳液的应用，故滴加NaOH溶液时，控制pH值为10，最终乳液pH值8～10。

表2 pH值对乳液稳定性的影响Tab.2Effect of pH on emulsion stability

2.2 氧化聚乙烯复合分散液处理含镉废水

选取投加量为2.5、5、7.5mL·L-1，pH值为6～8，反应时间为5、10、15min，采用3因素3水平的L9（33）正交表进行正交实验，正交实验因素水平设计见表3，正交实验结果见表4。

表3 正交实验表Tab.3Orthogonal experimental results

表4 正交实验结果Tab.4Orthogonal experimental condition

由表4可见，（1）各因素中对捕集效果影响程度最大的为投加量，其次为pH值和反应时间。（2）处理20mg·L-1的含镉废水的最佳反应条件为：投加量为2.5mL·L-1，pH值为7，反应时间为5min。在此条件下，Cd2+含量为20mg·L-1的废水经处理后镉离子去除率为99.8%，出水镉离子浓度为0.040mg·L-1，低于电镀污染排放标准（GB21900--2008）中总镉0.05mg·L-1的排放限值要求。

3 结论

（1）氧化聚乙烯复合分散液是一种新型的有机高分子复合吸附剂，具有较单一高分子吸附剂更为优异的性能，它具有两种或两种以上的有机单一高分子吸附剂的协同作用，以自溶液吸附的原理，吸附污水中的有机物和重金属，适应范围广（pH值的范围为7～13，温度范围为10～50℃），同时具有吸附快等特点。其分子上的链节与水中胶体微粒有强烈的吸附作用，含有的羟基具有物理吸附功能，水解产生的羧基在水中解离为羧酸根离子，具有吸附架桥作用，达到大幅度降低污水中的COD和重金属的目的。能够适合多种废水的处理要求，尤其是印染、电镀、造纸、制革和制药等重度污水的处理。

（2）氧化聚乙烯复合分散液的制备是以氧化聚乙烯蜡、石蜡、松香混合加热至熔融状态下加入NaOH溶液，控制pH值，快速搅拌下，加入沸水，冷却后可制得半透明、灰白色，pH值为8～10，固含量18%的稳定的复合分散液。

（3）该复合分散液应用于处理初始浓度20mg·L-1的含镉废水，最佳工艺条件为：投加量2.5mL·L-1，pH值为7.0，反应时间5 min。在该条件下，Cd2+去除率为99.8%，出水Cd2+浓度为0.04mg·L-1，低于电镀污染排放标准（GB21900--2008）中总镉0.05mg·L-1的排放限值要求。

（4）随着对氧化聚乙烯蜡应用研究的深入，氧化聚乙烯复合分散液在电镀、印染、电子、造纸等工业废水处理方面将有更广阔的应用前景。

［1］文水平.氧化聚乙烯蜡微乳液的制备［J］.印染助剂，2007，6（6）：24-27．

［2］宿树权.温度调控对氧化聚乙烯工业生产的影响［J］.广州化工，2012,（10）：74-75.

［3］王燕玲，周伟宏.氧化聚乙烯复合乳液的制备及其应用［J］.造纸化学品，2012，（10）:14-16.

［4］王载思，刁益韶，胡文玺，等.TW-1蜡乳液工业化生产操作条件研究［J］.皮革化工，1993，（6）:16-18.

［5］强西怀，董艳勇，张辉.氧化聚乙烯蜡乳液的制备及在皮革涂饰中的应用［J］.皮革科学与工程，2010，20（2）：50-54.

Preparation of emulsion of oxidized polyethylene wax and its application in treatment of wastewater containing cadmium*

DIAO Yi-shao1,LIU Pei2,CAO Jian1
（1.Taizhou Polytechnic College,Taizhou 225300，China；2.Taizhou Institute of Sci.Tech.,NUST.,Taizhou 225300，China）

Emulsion of oxidized polyethylene，chinawax is synthesized with oxidized polyethylene and paraffin. The emulsion is applied to the treatment of wastewater containing cadmium.The effects of dosage,pH and reaction time on wastewater treatment are investigated.Under the condition of the dosage=2.5mL·L-1,pH=7 and the reaction time=5min,the results show that the cadmium removal rate is 99.8%for wastewater with cadmium-ion concentration of 20mg·L-1.The cadmium-ion concentration for the effluent is 0.04mg·L-1,lower than the total cadmium emission limit requirements of the electroplating pollution emission standard（GB21900-2008）.

oxidized polyethylene；preparation；wastewater treatment；wastewater containing cadmium

X703.5

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170673

2017-03-07

泰州职业技术学院科技计划项目（TZYKY-12-4）

刁益韶（1964.2），女，江苏泰州人,副教授/高级工程师，研究方向:精细化学品制备及应用。