活性染料染色棉织物在水和废水中的电化学剥色研究

摘要

近年来废旧纺织品的回收再利用倍受关注，废旧纺织品经过纤维素酶水解后可制成纳米纤维素或发酵为乙醇、甲烷等，其表面的染料会阻碍纤维素酶的水解，因此，去除废旧纺织品上的染料有利于提高其附加值和再利用。电化学原位产生的氧化剂（·OH、H2O2和次氯酸盐等）可使纸浆和纺织品漂白以及靛蓝牛仔布褪色。若能利用电化学原位产生的氧化剂对染色棉织物进行剥色，有望在染色棉织物剥色的同时实现剥色出水的处理。 本文选择活性黑5、活性红X-3B和活性艳蓝KN-R为待剥染料，以水和含吡啶、喹啉、苯酚、活性黑5、活性红X-3B和活性艳蓝KN-R的模拟废水为剥色液，分别以活性电极和非活性电极（β-PbO2电极）为阳极，对染色棉织物进行电化学剥色。首先，以水为剥色液，筛选出电化学剥色的适宜条件，通过分析剥色过程中水质变化，初步探究染色棉织物的电化学剥色机理。而后，以模拟废水为剥色液，分析染色棉织物的剥色效果和剥色液中污染物浓度或色度变化，探究染色棉织物的电化学剥色与剥色液中污染物电化学氧化（或脱色）之间的竞争关系。通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪分析电化学剥色和水中污染物存在对棉织物性能的影响。最后，对废旧棉织物进行电化学剥色。主要结果如下: (1)以NaCl为电解质，色深1％(omf)的活性黑5染色棉织物表面染料的发色基团(-N=N-)在钌铱钛电极原位生成的活性氯和·OH的作用下断裂，从棉织物上剥离。染色棉织物在水和吡啶溶液中的剥色率维持在98.4％-98.9％，而溶液中苯酚的降解减缓了染料剥离的速率;内层织物的剥色率优于外层织物的剥色率。织物的FTIR分析和重量损失率表明电化学剥色和水中吡啶和苯酚的存在对剥色后织物性能的影响可以忽略。在上述三种剥色液中，电化学氧化还可很好地从废旧针织棉织物上剥离多种染料。此外，6％(omf)色深以下的活性黑5、活性红X-3B和活性艳蓝KN-R染色棉织物在钌铱钛、钽铱钛和钌铱锡钛阳极上剥色15 min后，剥色率和织物的白度指数均分别达到了92.8％和70。溶液中吡啶、喹啉和苯酚的电化学氧化与电化学剥色形成的竞争关系由强到弱依次为:苯酚＞喹啉≈吡啶。 (2)以NaCl为电解质，6％(omf)色深以下的染色棉织物在水、吡啶、喹啉和苯酚溶液剥色10 min后，织物的剥色率和白度指数均分别达到95.0％和73，说明β-PbO2阳极表面产生的·OH和活性氯主要先对染色棉织物进行剥色。剥色后棉织物的FTIR分析表明，电化学剥色和水中吡啶、喹啉和苯酚存在几乎不影响棉织物表面官能团。在β-PbO2电极上，可以剥离废旧针织棉织物上的多种染料。 (3)以NaCl为电解质，以活性黑5溶液为剥色液，在β-PbO2阳极表面生成的氧化剂先对活性黑5染色棉织物进行剥色;以钌铱钛电极为阳极时，染色棉织物的剥色与剥色液中染料的脱色同时进行。活性黑5、活性红X-3B和活性艳蓝KN-R染色棉织物在300 mg/L的活性黑5、活性红X-3B和活性艳蓝KN-R溶液中剥色15 min，剥色率均在97.0％以上。活性黑5溶液用于9片活性黑5染色棉织物剥色，以β-PbO2电极为阳极时，随着剥色次数增加，剥色液的COD值呈下降趋势，而以钌铱钛电极为阳极时，COD值先下降后缓慢上升，说明织物上剥离下来的染料分子碎片发生了积累。剥色后织物的FTIR分析表明，电化学剥色和水中染料的存在对剥色后织物性能的影响可以忽略。在上述剥色液中，电化学氧化还可很好地从废旧棉织物上剥离多种染料。 因此，电化学氧化为染色棉织物和废旧棉织物的剥色提供了一种清洁有效的技术。染色棉织物表面染料的去除和水中污染物的电化学降解可以同时进行，这意味着含氯离子的废水取代新鲜水作为剥色液，这样不仅可以减少新鲜水的使用量，还可同时实现废水的有效处理。

目录

摘要

第1章绪论

1．1废旧纺织品的回收与利用

1．2染色织物剥色

1．2．1化学法剥色

1．2．2生物法剥色

1．2．3高级氧化法剥色

1．3电化学氧化在难降解有机废水处理中的应用

1．4研究目的、意义和内容

1．4．1研究目的和意义

1．4．2研究内容

2．1实验材料

2．1．1试剂

2．1．2染料

2．1．3仪器

2．1．4材料

2．2棉织物的漂白与染色

2．3染色棉织物的电化学剥色

2．4棉织物分析

2．4．1 K／S值的测定及剥色率

2．4．2色彩空间值测定及白度指数

2．4．3重量损失率

2．4．4傅里叶变换红外光谱分析

2．5剥色出水水质

2．5．1化学需氧量测定

2．5．2吡啶、喹啉和苯酚浓度的测定

2．5．3脱色率的计算

2．5．4中间产物的分析

2．6能耗计算

第3章钌铱钛电极对活性黑5染色棉织物在水、吡啶、苯酚溶液中的剥色

3．1引言

3．2实验部分

3．3结果与讨论

3．3．1电流密度对剥色效果的影响

3．3．2剥色液类型对剥色效果的影响

3．3．3污染物初始浓度对剥色效果的影响

3．3．4棉织物层数对剥色效果和剥色出水的影响

3．3．5电化学剥色对棉织物性能的影响

3．3．6染色棉织物的电化学剥色机理

3．3．7废旧针织棉织物的电化学剥色

3．4本章小结

第4章活性染料染色棉织物在活性电极上的电化学剥色影响因素研究

4．1引言

4．2实验部分

4．3结果与讨论

4．3．1染料类型和色深对剥色效果的影响

4．3．2不同氧化物涂层阳极和剥色液类型对剥色效果的影响

4．3．3不同氧化物涂层阳极和剥色液类型对剥色出水的影响

4．3．4不同氧化物涂层阳极对剥色后织物性能的影响

4．4本章小结

第5章β-PbO2电极对染色棉织物在水、吡啶、喹啉和苯酚溶液中的剥色

5．1引言

5．2实验部分

5．3结果与讨论

5．3．1电流密度对剥色效果的影响

5．3．2剥色时间对剥色效果的影响

5．3．3染色棉织物色深对剥色效果的影响

5．3．4剥色液类型对剥色效果和剥色出水的影响

5．3．5剥色液中污染物初始浓度的影响

5．3．6剥色前后织物的FTIR分析

5．3．7废旧针织棉织物的电化学剥色

5．4本章小结

第6章活性染料染色棉织物在染料废水中的电化学剥色

6．1引言

6．2实验部分

6．3结果与讨论

6．3．1电极类型对织物剥色效果和剥色液中染料脱色率的影响

6．3．2染料类型对织物剥色率和剥色液中染料脱色率的影响

6．3．3剥色液多次利用对织物剥色效果的影响和剥色出水水质的变化

6．3．4剥色液中的染料对剥色后织物性能的影响

6．3．5废旧棉织物在染料废水中的电化学剥色

6．4本章小结

7．1主要研究结论

7．2课题的主要创新及特色

7．3研究展望

参考文献

攻读学位期间的成果

致谢

声明