聚合硫酸鋁催化合成雙氰胺-甲醛脫色劑（一）

發(fā)布時(shí)間：2021-05-23 20:24 編輯者：特邀作者余秀梅

前言

絮凝沉淀法是印染廠處理廢水的常用方法，可降低廢水色度。絮凝沉淀法的關(guān)鍵在于脫色劑的選擇。無機(jī)脫色劑價(jià)格低廉，但絮凝速度慢，電中和能力差；有機(jī)高分子脫色劑具有處理廢水效率高，適用范圍廣，受共存鹽類、p H值及溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)。雙氰胺-甲醛聚合物作為一種新型有機(jī)脫色劑，因其合成步驟簡(jiǎn)單，處理效果好，受到廣泛關(guān)注，但是仍存在沉降速度慢、形成絮狀體小、沉降或氣浮效果欠佳以及成本較高等問題。目前，無機(jī)與有機(jī)復(fù)合型脫色劑的研究備受關(guān)注。2004年，曾小君等人以雙氰胺、甲醛為主要原料，以硫酸鋁為催化劑，引入添加劑，合成雙氰胺-甲醛陽離子高效脫色劑，廢水脫色率達(dá)96%，證明了硫酸鋁催化雙氰胺-甲醛樹脂的可行性。2010年，張文藝等人同樣采用雙氰胺、甲醛及硫酸鋁為原料合成復(fù)合脫色劑，并應(yīng)用于工廠廢水處理，結(jié)果表明合成產(chǎn)物處理廢水脫色效果好。但是，目前關(guān)于采用聚合硫酸鋁作為催化劑的研究仍較少，且合成的復(fù)合脫色劑仍存在穩(wěn)定性差等問題。

本項(xiàng)目以雙氰胺、甲醛、聚合硫酸鋁為原料，篩選添加劑改善水合比，采用二步法反應(yīng)縮合制成無機(jī)與有機(jī)復(fù)合型脫色劑。一方面，聚合硫酸鋁本身作為無機(jī)脫色劑，可以提高絮凝脫色效果；另一方面，引入聚合硫酸鋁作為催化劑，能夠降低成本。復(fù)合型脫色劑綜合無機(jī)與有機(jī)脫色劑各自特點(diǎn)，通過協(xié)同效應(yīng)提高絮凝脫色效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

試劑雙氰胺、甲醛（工業(yè)級(jí)，南通斯恩特紡織科技有限公司），聚合硫酸鋁（分析純，上海凜恩科技發(fā)展有限公司），硫酸銨、一水合檸檬酸（分析純，西隴化工股份有限公司），十二水合硫酸鋁鉀（分析純，上海精化科技研究所），乙二胺四乙酸二鈉（分析純，上海永曉化工有限公司），分散藍(lán)（工業(yè)級(jí)，上海雅運(yùn)紡織助劑有限公司）

儀器HH.S21-4電熱恒溫水浴鍋（上海華聯(lián)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備公司恒昌儀器廠），D-791無極調(diào)速攪拌器（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司），NDJ-8S旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)（上海庚庚儀器設(shè)備有限公司），101AB-1電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（江蘇省海門市恒瑞通用儀器廠），TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），TDL-5-A低速大容量離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠），Nicolet is 10傅里葉變換紅外光譜儀（賽默飛世爾科技有限公司）

1.2 復(fù)合脫色劑的合成

1.2.1 合成原理

雙氰胺與甲醛反應(yīng)包括加成反應(yīng)和脫水縮聚反應(yīng)，以強(qiáng)酸弱堿鹽聚合硫酸鋁作為催化劑進(jìn)行雙氰胺-甲醛樹脂的制備。具體反應(yīng)過程如下：

1.2.2 合成方法

在裝有攪拌器、溫度計(jì)、回流冷凝管的四口燒瓶中，依次加入雙氰胺、聚合硫酸鋁以及添加劑，室溫下攪拌，緩慢滴加2/3甲醛溶液，升溫同時(shí)不停攪拌，溫度達(dá)40℃后停止加熱，反應(yīng)進(jìn)行期間伴有放熱現(xiàn)象，待溫度不再上升后，滴加剩余甲醛，其間控制甲醛滴速，設(shè)定反應(yīng)溫度為（70±1）℃，保溫反應(yīng)2 h，冷卻到室溫制得成品。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 含固量

按GB/T 2793—1995《膠黏劑不揮發(fā)物含量的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2 黏度

在（23.0±0.5）℃用NDJ-8S旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，按GB/T 2794—2013《膠黏劑黏度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.3 穩(wěn)定性

(1）離心穩(wěn)定性：使用電動(dòng)離心機(jī)，設(shè)定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，離心2 min，放置30 min，觀察合成的脫色劑是否出現(xiàn)分層、渾濁、凝膠等現(xiàn)象。

(2）貯存穩(wěn)定性：常溫密封存放合成的脫色劑，觀察成品出現(xiàn)分層、渾濁及凝膠的時(shí)間，單位以“天”計(jì)。

(3）熱穩(wěn)定性：將成品放于60℃的烘箱中，記錄脫色劑出現(xiàn)分層、凝膠等現(xiàn)象的時(shí)間。

1.3.4 脫色率

在1 000 m L容量瓶中配制200 mg/L染液作為模擬廢水，儲(chǔ)存?zhèn)溆?。使用TU-1901型紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定模擬廢水在最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度。將稀釋后的成品滴加到模擬廢水中，調(diào)節(jié)p H，攪拌溶解后，放置12 h，再取上層清液測(cè)量。按式（1）計(jì)算脫色率：

式中：A1——處理前模擬廢水的吸光度

A——處理后模擬廢水的吸光度

1.3.5 水合比

取出一定體積的反應(yīng)液，在恒定溫度下，逐漸加入水，觀察直至出現(xiàn)渾濁時(shí)的水?dāng)?shù)（或倍數(shù)）。

1.3.6 紅外光譜

采用溴化鉀壓片制樣，傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行掃描分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 甲醛用量對(duì)脫色劑性能的影響

以乙二胺四乙酸二鈉為添加劑，固定雙氰胺、聚合硫酸鋁、添加劑的物質(zhì)的量比為1∶0.030∶0.17，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間2 h，探討甲醛用量對(duì)脫色劑性能的影響，結(jié)果見表1。

從表1可以看出，隨著甲醛投入量的增多，脫色劑含固量下降，黏度增大，脫色率提高。當(dāng)雙氰胺與甲醛的物質(zhì)的量比為1∶2.1時(shí)，絮凝脫色效果最好，脫色率最高。繼續(xù)加大甲醛的量，反而會(huì)導(dǎo)致脫色率下降，這可能是由于合成的脫色劑黏度過高，相對(duì)分子質(zhì)量很大，在廢水中的水解速度變慢，不能及時(shí)吸附染料分子。因此，雙氰胺與甲醛的物質(zhì)的量比應(yīng)控制為1∶2.1。