阳离子化织物的制备及其在染色废水中的应用研究

摘要

阳离子改性剂可以在棉织物中引入带有阳离子性的基团或化合物从而制备阳离子化织物。阳离子化织物表面带正电荷，对阴离子染料的吸附具有一定的应用价值，在染料废水处理方面越来越受到人们的广泛关注。本文以环氧氯丙烷（ECH）、三甲胺（TMA）和盐酸（HCl）为反应原料，采用水相法合成阳离子改性剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHPTMAC），并将其接枝到织物上制备阳离子化织物。通过气相色谱仪监测反应原料 ECH和副产物1,3-二氯丙醇（DCP）在反应过程中的浓度变化情况，从而控制反应条件，并以ECH的转化率以及CHPTMAC改性织物处理染料废水的吸附效果作为考察指标，确定合成 CHPTMAC的最佳工艺。采用红外光谱仪（FT-IR）和核磁共振谱仪（1H-NMR）等表征手段确定CHPTMAC的官能团及结构。在最佳合成 CHPTMAC条件的基础上，探讨了改性剂量、NaOH浓度、改性时间和改性温度对吸附量的影响，确定阳离子化织物的最佳制备条件。在最佳制备条件下，考察了染料溶液初始浓度、电解质含量、吸附时间和吸附温度等条件对阳离子化织物吸附性能的影响，进一步确定阳离子化织物吸附染料的等温线模型，探究了阳离子化织物的吸附机理。此外，在最佳吸附条件的基础上，采用水浴恒温振荡法初步探究了二氧化硫脲浓度、NaOH浓度及剥色时间对阳离子化织物剥色性能的影响，确定最佳剥色条件并初步探索多次剥色/吸附实验对阳离子化织物回用性能的影响。
　　本论文的主要研究结果如下：
　　1、研究了反应物配比、pH、反应时间和反应温度对合成产物中CHPTMAC含量的影响。研究结果显示：反应物配比n(ECH):n(TMAHC)=1，pH为8左右，反应时间5h，反应温度为30℃时，ECH的转化率达到94.37％。在此条件下合成的产物通过改性织物对染料废水的吸附性能好，吸附率达到97.8%。
　　2、研究了阳离子化织物的制备条件对染料吸附性能的影响，研究结果显示：对选定的质量浓度为46%的CHPTMAC水溶液，改性剂量为2.2g，NaOH浓度8g/L，改性时间和改性温度分别为60min和60℃时，在浴比为1:50的条件下，制备的阳离子化织物对活性黄 FN-2R、弱酸性红 A-2BF、直接蓝 TLE染料的吸附量分别达到14.851mg/g、14.619 mg/g、14.842 mg/g。
　　3、对于选定的阳离子化织物，研究了活性黄FN-2R、弱酸性红A-2BF、直接蓝TLE染料溶液的初始浓度、电解质含量、吸附时间和吸附温度等条件对阳离子化织物吸附性能的影响。研究结果显示：当各染料溶液初始浓度400 mg/L，吸附时间40～60min、吸附温度60℃、无电解质，在浴比为1:50的条件下，阳离子化织物对活性黄FN-2R、弱酸性红 A-2BF、直接蓝 TLE染料的吸附率分别达到95.15%、95.89%和99.04%。阳离子化织物吸附活性黄FN-2R和弱酸性红A-2BF染料符合Langmuir等温模型，吸附直接蓝 TLE染料则符合 Freundlich等温模型，且对各染料的吸附属于自发、吸热的过程。
　　4、研究了二氧化硫脲浓度、NaOH浓度以及剥色时间对阳离子化织物回用性能的影响。研究结果显示：当二氧化硫脲浓度为4g/L、NaOH浓度10g/L，剥色时间30min时，阳离子化织物的回用率达到97.79%。在此条件下，分别对三种染料循环剥色，实验数据表明：对于活性黄FN-2R染料，阳离子化织物可以循环剥色/吸附5次，回用率仍达78.15%；而对于弱酸性红A-2BF和直接蓝TLE染料，阳离子化织物可以循环剥色/吸附5次，回用率仍达99.61%以上。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 染料废水处理方法

1.3 改性纤维吸附剂的研究

1.4 吸附剂处理染料废水

1.5改性纤维吸附剂上的染料剥色

1.6 研究内容和创新点

第二章 阳离子醚化剂CHPTMAC的合成与性能研究

2.1 引言

2.2 实验试剂与仪器

2.3 实验方法

2.4 结果与讨论

2.5 结论

第三章 阳离子化织物的制备

3.1 引言

3.2 实验试剂与仪器

3.3 实验方法

3.4 结果与讨论

3.5 结论

第四章 阳离子化织物对阴离子染料的吸附性能研究

4.1 引言

4.2 实验试剂与仪器

4.3 实验方法

4.4 结果与讨论

4.5 结论

第五章 阳离子化织物的回用

5.1 引言

5.2实验试剂与仪器

5.3 实验方法

5.4 结果与讨论

5.5 结论

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢