木素基絮凝脱色剂的制备及其应用性能研究

木素基絮凝脱色剂的制备及其应用性能研究刘千钧1,2詹怀宇2刘梦茹2伍红2(1.广东工业大学实验研究中心,广州,510090;2.制浆造纸工程国家重点实验室(华南理工大学),广州,510640)摘要:以木质素磺酸钙为原料,经接枝、胺甲基化制备了木素基絮凝脱色剂,考察了它们对活性艳橙K-G和活性黄X-R的脱色处理效果,实验证明,在适当的条件下,可达到很好的脱色效果。关键词:木质素磺酸钙;絮凝剂;活性染料;脱色木质素是天然的芳香族化合物,是制浆造纸所用植物原料的主要成分之一,造纸红液固含物中大约有50%的木质素,所以木质素的开发利用不仅会使红液得到治理,而且还会带来可观的经济效益[1]。工业木素主要分为木素磺酸盐和碱木素两大类,目前,主要用作混凝土减水剂、分散剂、泥浆处理剂、土质稳定剂、表面活性剂、水处理剂、粘合剂等方面。木素作为絮凝剂使用时存在平均分子量偏低,活性吸附点少等问题,人们通过交联反应、缩合反应等方法改变木素的空间构型、增大分子量、引进具有絮凝性能的官能团,以改善木素的絮凝性能[2,3]。本文以木质素磺酸钙为原料,经接枝、胺甲基化制备了木素基絮凝脱色剂,并将其与硫酸铝复配,考察了它们对两种活性染料的脱色处理效果,实践证明,在适当的条件下,可达到很好的脱色效果。1实验部分1.1材料与试剂木质素磺酸钙取自广州造纸有限公司,其中纯木质素磺酸钙的质量分数约为70%,还原物的质量分数约为11%,其余为糖酸、糖磺酸、低分子有机物及无机盐等;活性艳橙K-G和活性黄X-R为工业品,其余试剂包括丙烯酰胺、过硫酸钾、甲醛、二甲胺、硫酸铝等均为分析纯。1.2木素基絮凝脱色剂的制备1.2.1木质素磺酸钙与丙烯酰胺的接枝共聚在三口瓶中,按一定比例加入木质素磺酸钙和蒸馏水,用搅拌器搅拌10min,使木质素活化后加入配比量的引发剂过硫酸钾和丙烯酰胺单体,控制反应温度50℃,搅拌反应2.5h。,木质素磺酸钙与丙烯酰胺配比为2:1,过硫酸钾用量为0.5×10-2mol/L。1.2.2接枝共聚物的胺甲基化反应将如上接枝共聚物用10%氢氧化钠调节溶液pH值至10左右,加入比例为1:1.5的甲醛和二甲胺,继续反应2h,得到木素基脱色絮凝剂,记为LS-DC。1.2.3木素基脱色絮凝剂与硫酸铝的复配按1:1比例取一定量LSDC和硫酸铝,于常温下边搅拌边缓慢滴加稀硫酸至沉淀消失,此时pH值约为2.5,得到复合型木素基絮凝脱色剂FLSD。1.3标准曲线的绘制分别配制活性艳橙K-G和活性黄X-R染料溶液10、20、30、40、50mg/L标准系列,活性艳橙K-G于490nm,活性黄X-R于350.5nm处测定吸光度,绘制吸光度-浓度标准曲线。1.4絮凝脱色实验取100mL上述两种染料溶液加入一定量LS-DC,快速搅拌30s,再慢速搅拌30s,再加入硫酸铝,继续搅拌1min,取上清液在UV-2201型紫外-可见分光光度计上,于对应最大吸收波长处测其吸光度,并由标准曲线计算出溶液中的残余染料浓度,由下式计算脱色率R%:R%=(1-C/C0)×100%式中:C0为脱色处理前染料溶液的浓度值,此处为250mg/L;C为脱色处理后溶液中的残余染料浓度。2结果与讨论2.1LSDC用量的优化125PaperScience&Technology2003Vol.22No.6改变脱色剂LSDC的用量,而Al2(SO4)3用量取400mg/L不变,研究LSDC的用量对两种活性染料脱色处理效果的影响,如图1。图1LSDC投加量对脱色率的影响随LSDC投加量的增大脱色率随之增大,当投加量达到150mg/L后,脱色率开始稳定并有下降趋势,这可能与LSDC本身的电荷密度有关,过多投加可能引起LSDC本身电荷的相互排斥而使其对染料电荷的中和能力下降,造成脱色率出现下降趋势,因此投加量再增大对脱色反应不利。2.2硫酸铝用量优化改变Al2(SO4)3用量,而取脱色剂LSDC的用量300mg/L不变,研究Al2(SO4)3用量对两种活性染料脱色处理效果的影响,如图2。由图可见随硫酸铝用量的增大,脱色效果得以明显改善,实验发现,如果不加硫酸铝,单独加LSDC,则基本没有脱色效果。当投加量达400mg/L时可达到很好的脱色效果,再加大用量脱色率基本不变。图2硫酸铝用量对脱色率的影响2.3pH值对脱色率的影响分别调节溶液pH值为4-11,考虑pH值对脱色率的影响,实验发现pH值的变化对脱色率的影响很小,这也从另一角度说明脱色反应效果不单由铝盐在水中的形态决定,而是LSDC和Al2(SO4)3共同作用的结果,也从另一角度说明,LSDC在脱色过程中可能起到了电荷中和、网捕、吸附架桥等多种作用。2.4FLSD的脱色性能单独投加LSDC和硫酸铝对上述两种染料基本没有脱色效果,而当二者协同脱色时,投加量又偏大,因此本文又研