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活性染料染色残液的循环利用

2018-02-28浙江丝科院轻纺材料有限公司 刘晓芸 姚庆才 陈小利 陈华林

时时彩平台源码出租 www.kt0.com.cn ? 要:对纯棉机织物进行活性染料染色,将染色残液中的染料利用支撑液膜捕捉法进行捕捉后得到净水,并将其回用于染色工艺。结果表明,残液被捕捉后染色可循环10次,且染色织物的K/S值、色差以及各项染色牢度保持一致。循环水可用来染不同的颜色,不受前一次循环染色颜色的影响,提高了循环水回用染色的灵活性。该循环染色法还大大降低了染色时元明粉的用量,减少了用水以及废水的排放。

关键词:活性染料? 循环染色? 染色残液? 元明粉? 棉织物

0 前言

?? 在印染行业中,活性染料是用于染棉的主要染料,但活性染料的利用率不高,浸染时耗水量又大,造成色废水中色度深,处理难度大,因而废水排放量高。虽然印染废水的处理以及回用得到了广泛重视,但常规处理方法仍是中水回用,以及分离脱色,由于受工艺处理的复杂性及成本的限制,在推广应用中还存在一些问题。近年来,研究工作者也曾尝试通过分析活性染料染色残液中残留的染料以及其他水质情况,不加处理即回用于染色,但也受到循环次数以及颜色控制的难题。

?? 众所周知,超临界二氧化碳无水染色技术、微胶囊染色技术,以及近期研究热门的溶剂染色法均取得了一定的成功,但至今仍然未能较好地推广和普及。其中一个关键的因素在于染色设备要求较高,一台无水染色机的售价甚至高达上千万,这使得绝大多数的印染企业难以承受。

?? 本研究的染色残液循环染色技术无需改变当前的染色设备,利用支撑液膜技术对染色废水中染料进行捕捉,得到的循环水可直接用于染色,从而为印染厂减少排污,降低染色成本以及水处理成本做出贡献。

1 试验

1.1 材料和仪器

??? ?织物:常规纯棉机织物。

?? ?化料:固色碱XA-2201、活性黄XD-26R、活性黑XD-70R、皂洗剂ZS-4200(浙江丝科院轻纺材料有限公司)、元明粉(工业用,质量分数≥98%)、液膜分子材料XM-01(自制)、浓硫酸、烧碱(常规试剂)。

? ??仪器:红外线全能染色机KG85(靖江市华夏科技有限公司)、X-rite colori7分光测色仪(美国爱色丽公司)、染色摩擦牢度仪Y571(绍兴市元茂机电设备有限公司)、Y802N型八篮恒温烘箱(常州纺织仪器厂)、PHS-25型数显pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)、DDB-303A便携式电导率仪(杭州格图科技有限公司)。

1.2 染色工艺

1.2.1 染色处方:

? ??棉织物10 g,染料5%(omf),元明粉40g/L,固色碱XA-2201 0.7g/L,浴比1:10,从室温开始,1.5/min 升温至60℃保温处理60 min,皂洗,水洗,烘干。其中皂洗工艺为:浴比110,皂洗剂ZS-4200 1g/L,温度80℃,时间20min。

1.2.2 循环染色法

??? 循环染色法是将染色废水中染料通过支撑液膜法全部捕捉出来,过滤得到无色的循环水,并重新回用于染色工序的方法。如此循环不但实现染色废水的循环利用,而且回用的循环水可染不同的颜色,进而实现废水循环染色的灵活性。循环染色时将黑色与黄色两种染料交叉进行染色,研究和观察循环染色以及同一只染料染色后织物的各项指标的一致性。

1.3 测试方法

1.3.1 pH

? ??采用雷磁PHS-25型数显pH计直接插入溶液进行测定。

1.3.2 元明粉浓度

? ??先对所测溶液稀释一定倍数,然后用DDB-303A便携式电导率仪直接进行测定电导率,通过电导率与元明粉质量浓度间的相关性,得到元明粉浓度。

1.3.3 上染率及捕捉效率

?? ?捕捉方法及过程详见参考文献。计算上染率及捕捉效率时先将染料溶液、染色废水及捕捉后的循环稀释40,然后利用X-rite colori7分光测色仪分别测试其在最大吸收波长处的光密度值D0(染料溶液)、D1(染色废水)、D2(捕捉后的循环水),计算上染率及捕捉效率。

1.3.4 K/S值及色差

??? X-riteColor17分光测色仪测定染色织物的K/S值和色差,测4次,取平均值。

1.3.5 染色牢度

??? 耐摩擦色牢度参照GBFr 3920-1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》,在织物摩擦色牢度仪上测试。

??? 耐水色牢度参照GB/T 5713-1997《纺织品色牢度试验耐水色牢度》进行测试。

2 结果与讨论

2.1电导率与元明粉质量浓度的关系

??? 配制一定质量浓度的元明粉溶液,用电导率仪测定电导率。可见,溶液电导率与元明粉质量浓度具有一定的线性关系,其线性方程为y=788.2x+46.806 (R2=0.997 5)。文献指出了电导率与元明粉的关系,并通过最小二乘法进行分段曲线拟合,可以比较精确地计算出元明粉的含量。本试验对元明粉的含量测定通过稀释手段将元明粉质量浓度控制在01.0g/L范围,因为在该范围,其电导率与浓度具有线性关系。

??? 因此,在一定浓度范围内利用电导率对溶液中元明粉浓度进行监测,可对循环染色时循环水或染色残液中盐的含量进行估算,进而保证循环染色时盐浓度稳定控制在一定范围内。

?? ?2.2 染色前后水质的变化

???按照1.2节染色工艺及处方,先用自来水对活性黄XD-26R、活性黑XD-70R进行染色。然后将活性黄XD-26R的染色废水进行捕捉循环利用,并以交替更换染料色种的方式进行循环染色。对每次染色前的循环水(经支撑液膜捕捉后)以及染色后的染色残液的光密度值、电导率、pH值进行测定。除此之外,根据染色前后残液光密度值的变化,以及捕捉前后光密度值的变化,计算出染料上染率以及对染色残液的捕捉率。其中由于每次染色时染料的质量分数均为5% (omf),因而计算上染率时染料溶液的光密度值均按自来水染色的染液来计算,测得D0()=1.808,D0 ()=1.342,其他测试结果见表1。

??? 试验过程中,由于每次循环后织物带走了约15%的染色残液,因此在染色残液经过捕捉后重新回用染色之前,需按照原来的浴比补加一定的自来水。然后按照电导率调节染液的元明粉含量与上一次染色相一致(本试验中测试电导率前先对所测溶液稀释100倍)。

??? 需要指出的是,表1中试验的染色残液元明粉浓度较高,因而稀释了100倍后再用电导率仪直接测定,2.1节中是直接配制质量浓度在01 g/L的元明粉溶液,测试电导率是不做稀释处理。

? ??关于每次循环染色pH值的调节,试验用支撑液膜法捕捉染色残液中的残余染料后,再用硫酸中和得到染色用循环水,然后在染色过程中按剂量加入循环染色专用固色碱XA-2201。染色后再对染色残液的pH行监测,保证染色浴中pH值正常,从而防止因pH值引起染色织物的色差。

1 染色用循环水及其染色残液的水质指标

循环染色次数

?

水质指标

上染率/%

?

捕捉效率/%

?

D

电导率 (μS.cm-1)

pH

自来水染色残液(黑)

D1=0.683

349

10.21

62.3

-

自来水染色残液(黄)

D1=0.238

347

10.19

82.3

97.1

?

1次循环

(黑)

染色用循环水

D2-0.007

427

7:63

63.3

?

染色残液

D1=0.663

350

10.29

98.3

?

2次循环

(黄)

染色用循环水

D2=0.011

430

7.47

81.7

?

染色残液

D1=0.245

343

10.09

97.6

?

3次循环

(黑)

染色用循环水

D2=0.006

439

7.44

63.7

?

染色残液

D1=0.657

341

341

10.23

98.9

?

4次循环

(黄)

染色用循环水

D2=O007

433

7.37

82.1

?

染色残液

D1=0.240

347

10.30

98.3

?

5次循环

(黑)

染色用循环水

D2_0.004

429

7.08

62.7

?

染色残液

D1=0.674

346

10.17

98.7

?

6次循环

(黄)

染色用循环水

D2=0.009

438

7.24

81.4

?

染色残液

D1=0.249

347

10.30

98O

?

7次循环(黑)

染色用循环水

D2=0.005

440

7.71

62.3

?

染色残液

D1-0.681

345

10.15

99.3

?

8次循环(黄)

染色用循环水

D2=0.005

435

7.16

83J

?

染色残液

Dl=0.227

348

10.22

96.5

9次循环(黑)

染色用循环水

D2=0.008

428

7.62

62.1

?

染色残液

D1=0.685

344

1023

98.7

?

10次循环(黄)

染色用循环水

D2=0.009

430

7.40

81.4

?

染色残液

D1=0.250

351

10.27

-

??? ??表中? “(黑/黄)表示该次染色所用染料为活性黄XD-26R或活性黑XD-70R;染色用循环水的D值为上一次循环染色的染色残液捕捉后的过滤净水所测,电导率为补加自来水前所测,pH值为中和后所测。

??? 由表l可以看出,从第1次循环染色至第10次循环染色所用水为自来水染色(黄)的染色残液,其中第1、3、5、7、9循环染色染黑色,第2、4、6、8、10次循环染色染黄色。从表中数据分析得出:首先,对于同一种颜色的循环染色,染色残液以及残液被捕捉后的循环水的各项指标均保持一致性(活性黄的染色残液D值为0.25左右,电导率为345uS /cm左右,pH值为10.2左右;被捕捉后循环水D值为0.005左右,电导率为430uS/cm左右,pH值中性;活性黑的染色残液D值为0.67左右,电导率为345uS/cm左右,pH值为10.20左右;被捕捉后循环水D值为0.005,电导率为430uS/cm左右,pH值为中性),且同一种颜色的上染率也基本相同(活性黄的上染率为82%左右,活性黑的上染率为63%左右)。

??? 从表l可知,试验中交替利用循环水染不同颜色,并不影响织物的颜色,同种颜色的染色残液光密度曲线(见图2所示)、pH值以及电导率均具有一致性。这关键得益于每次染色残液的捕捉率均达到97%以上,经捕捉后所得的循环水几乎澄清无色(光密度值D几近于0),从而保证了循环染色时可以更换不同的染料色种,避免染色废水回用只能染同一种颜色或深黑色的缺点。

??? l中还可以看出,循环染色过程中染色残液的电导率值基本稳定在340350uS/cm,根据稀释的倍数以及图1中线性方程计算可得知,元明粉的含量基本稳定在40 g/L左右,且pH值也可通过调节保持在一致水平,从而保证了染料的上染率及染色的稳定性。

??? 根据以上分析结果可知,通过支撑液膜捕捉法实现染色残液循环回用于染色至少10,不但能保持次循环染色}染率的一致性,且循环水还可用来染不同的颜色。这改变了目前染色废水回用时只能染同一种颜色的弊端,大大提高了循环水同用染色的灵活性。

2.3 循环染色与原样染色颜色特征值及K/S

对以自来水染色以及循环染色所得的织物进行K/S值及各项颜色特征值的测试,结果见表2。

2 循环染色织物的K/S值及颜色特征值

循环染色次数

K/S

总色差△E

L*

a*

b*

自来水染色(黑)

25.577

对比标准

16.222

0.499

-2.738

自来水染色(黄)

22.957

对比标准

63.679

41.824

79.832

1次循环(黑)

25.676

0.183

16.292

0.358

-2.83l

2次循环(黄)

23.200

0.513

64.103

431392

80.822

3次循环(黑)

25.413

0.204

16.724

0.399

-2.603

4次循环(黄)

23.532

0.578

64.061

43.423

80.910

5次循环(黑)

24.927

0.413

17.974

0.521

-2.414

6次循环(黄)

22.321

0.679

64.075

43.222

80.150

7次循环(黑)

26.052

0.379

15.423

0534

-3.048

8次循环(黄)

22.954

0. 780

64.146

43.040

80.540

9次循环(黑)

25.146

0.304

15.817

0.470

-2.672

10次循环(黄)

22.820

0.325

63.608

43.845

79.728

L*为色泽的明暗程度,正值越大,表示越明亮;a*为红绿度,正值越大表示越偏红光;b*值为黄蓝度,正值越大表示色光越偏蓝光;⊿F为总色差。

从表2可以看出,循环染色试样与自来水染色试样的颜色特征值非常接近,且总色差⊿E<1,在这个范围的色差肉眼较难辨别。另外,同种颜色的染色试样的K/S值以及各项颜色特征值随着循环次数的增加也基本保持在一致水平。由此可见,该循环染色所得染色织物的色光及色深度具有一致性。

??? 以波长为横坐标,K/S值为纵坐标作图,将同一颜色的自来水染色和循环水染色的织物K/S值进行对比,得到染色深度K/S值曲线。

??? K/S值曲线显示,自来水染色织物在各波长下K/S值以及在最大吸收波长下的K/S值与循环水染色织物的都很接近。再一次验证了经过捕捉后的循环水回用于染色后的染色织物,与自来水及其前一次循环染色的织物颜色特征值几乎一致,保证了循环染色织物的色光及其色深度的一致性。

2.4 循环染色与自来水染色相关色牢度的比较

按照1.3.5节测试方法,测试自来水染色织物以及循环水染色织物的色牢度,结果如表3所示。

3 循环染色与自来水染色相关色牢度指标

染色试样

?

耐摩擦色牢度/级

耐水色牢度/级

湿

羊毛

涤纶

醋酸纤维

锦纶

腈纶

自来水(黑)

45

34

45

45

45

45

45

45

自来水(黄)

45

4

45

45

45

45

45

45

1次循环(黑)

45

34

45

45

45

45

45

45

2次循环(黄)

45

4

45

45

45

45

45

45

3次循环(黑)

45

34

4-5

4.,5

45

45

45

45

4次循环(黄)

45

4

45

45

45

45

45

45

5次循环(黑)

45

34

45

45

45

45

45

45

6次循环(黄)

45

34

45

45

45

45

45

45

7次循环(黑)

45

34

45

4

45

45

45

45

8次循环(黄)

45

4

45

45

45

45

45

45

9次循环(黑)

45

34

45

4

45

45

45

4

10次循环(黄)

45

4

45

4

45

4

45

45

??? 从表3可以看出,同一颜色的循环染色试样与自来水染色试样的各项相关染色牢度都非常接近,耐干摩色牢度均达到45,黄色试样的湿摩擦牢度均为4,黑色试样的湿摩擦牢度均为34。从耐水色牢度来看,除了对棉及腈纶在第9次循环以后,沾色牢度为4级(与自来水染色试样和前几次循环染色试样略有差别),其余均为45,属于正常情况。总体来看,循环染色织物与自来水染色织物的染色牢度基本一致,说明活性染料染色残液循环用于染色的方法完全可行,对织物染色牢度影响不大。

3 结论

??? (1) 利用支撑液膜捕捉法,对活性染料染色废水进行循环捕捉,捕捉率不受循环次数的影响,且每次捕捉率均可达97%以上,捕捉前后可通过电导率判断残液中元明粉的含量。

??? (2) 所得循环水用于染色,对织物得色深度、颜色特征值及相关染色牢度影响不大。染色废水循环次数可达10次,且循环水可用来染不同的颜色,不受前一次染色颜色的影响。

??? (3) 该循环染色方法保证了常规染色的水质及染色织物的一般要求,还降低了染色时元明粉的用量(流失的为染色织物带液率带到水洗溶液中),减少了用水以及废水的排放。

参考文献:

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