【集萃網觀察】前言：稀土元素系元素周期表第三副族中的鈧、釔和鑭系元素的總稱，共包含鈧(sc)，釔(Y)及鑭系中的鑭 (La)，鈰(Ce)，鐠(Pr)和釹(Nd)等17個元素�！跋⊥痢币辉~是18世紀沿用下來的名稱，因為當時用于提取這類元素的礦物比較稀少，且獲得的氧化物外觀酷似土壤，難熔化，難溶于水，且難分離，因而稱之為稀土。
從染色機理來看，稀土元素能與染液中酸性、弱酸性、中性染料中的一OH、一N=N一、一COOH、一SO3H 等基團通過靜電引力作用，以稀土元素離子為中心，與有機配位體形成離子配位鍵，導致染料共軛體系發(fā)生變化，從而使染料分子中的電子更易激發(fā)，吸收較長的光波，加深染料的顏色。此外，聚酰胺(錦綸)纖維的大分子鏈上存在的酰胺基和氨基，可以與稀土元素的絡合離子發(fā)生作用，形成“纖維一稀土元素離子一染料” 三元絡合物結構，藉此提高上染率。本試驗重點考察了稀土對錦綸織物酸性染料染色效果的影響。
1 試驗
1.1 儀器與設備
HBG-12染色機，SQ09一SenslON1 pH計，AUY120 電子天平，Atlas電腦測色配色儀，Y571摩擦牢度儀， SW一12A耐洗色牢度試驗儀，YGO20B斷裂強度儀。
1.2 材料及染化劑
織物:錦綸。
試劑:苯甲醇(AR)，美佳特酸性紅B-2B(c.L. Acid Red 419，亨斯邁公司)，酸性藍(C.I.Acid Blue 72，青島隆運通國際貿易有限公司)，碳酸鈰 (Ce2CO3)，氧化鐠(Pr6 O11 )，二氧化鈰(CeO2 )，冰醋酸，平平加O。
1.3 試驗方法
1.3.1 試驗步驟
研究稀土在酸性染料染錦綸中的應用分兩步，第一步是在錦綸低溫染色工藝中，以染料的上染百分率和染色試樣的K/S值及相關染色牢度為指標，篩選出最適合酸性染料染錦綸的稀土，然后優(yōu)選稀土、醋酸和苯甲醇的最佳用量，并確定保溫時間;第二步是在傳統高溫最佳工藝中比較加與不加稀土時染色效果的差別，并討論引入稀土后，傳統染色工藝與低溫染色工藝染色效果的差別。
1.3.2 染色工藝
(1)高溫染色工藝
染色曲線
染色處方
染料/%(oWf) 2
勻染劑(平平加O)/%(owf) 1.6
pH 3.8
皂煮處方
皂片/( L) 2
純堿/(g/L)2
溫度/℃95
時間/min10
浴比1:30
(2)低溫染色工藝
染色曲線
染色處方
染料/%(owf)2
勻染劑(平平加O)/%(owf)1.6
稀土/%(owf)1
苯甲醇/(mE/L)14
pH值3.8
2 結果與討論
2.1 稀土對錦綸染色效果的影響
選擇三種不同的稀土分別及兩兩搭配的混合物 (質量比1：1)，按低溫染色工藝進行染色，然后測試上染率，以及試樣的K/S值和相關染色牢度，結果見表1 和表2。
由表1和表2可以看出，加入稀土對酸性染料染色錦綸織物有明顯的增深效果。另外，加入稀土染色對織物的主要染色牢度基本沒有影響，都能達到較高的級別。比較不同稀土的試驗結果，選擇CeO2 /Pr6011 進行后續(xù)試驗。
2.2 稀土用量的確定
改變CeO2 /Pr6011 ，混合稀土的用量，其它染色處方同1.3.2(2)，對錦綸織物進行染色，上染率見圖1。
從圖l可以看出，稀土用量對酸性藍上染百分率影響不大，但對酸性紅的上染影響較明顯。試驗中發(fā)現，稀土用量過多，染杯底部有很多沉淀，不方便清洗。綜合考慮，取稀土用量1.5%(owf)。
2.3 pH值的確定
取CeO2/Pr6011 混合稀土用量1.5%(owf)，改變 pH值，其它染色處方同2.2，染色結束后測定上染率及織物斷裂強度，結果見圖2和圖3。
從圖3可以看出，兩種酸性染料在錦綸織物上的上染率都隨pH值的降低(醋酸用量增加)而明顯升高，但同時，織物強度也嚴重下降。綜合考慮，取pH值 3比較合適。
2.4 苯甲醇用量的確定
保溫染浴的pH值取3，其它染色處方同2.3，調節(jié)苯甲醇用量，測定染料上染率，結果見圖4。
由圖4可以看出，隨著苯甲醇用量增大，上染率有所提高，表明苯甲醇有一定的促染作用，且兩種酸性染料均在苯甲醇用量10 mL/L時獲得較高的上染率。這是因為苯甲醇有利于錦綸纖維膨脹，從而減小染料在低溫下向纖維內擴散的空間阻力，改善了錦綸纖維的低溫染色性能。綜合考慮染色效果和生產成本，取苯甲醇用量為l0 mL/L。
2.5 保溫時間的確定
苯甲醇用量取1O mL/L，調節(jié)保溫時間，其它染色處方同2.4，上染率和織物斷裂強度結果見圖5和圖6。
從圖5可以看出，隨著保溫時間的延長，染料上染率逐漸提高。這是由于錦綸纖維結構緊密，延長染色保溫時間，纖維膨化程度提高，有利于染料擴散，上染率隨之提高。但從圖6可以看出，保溫時間過長，纖維損傷程度加大。綜合上染率和織物斷裂強度，以及生產成本等因素，取保溫時間為40 min。
2.6 染色工藝對比試驗
2.6.1 稀土在傳統高溫染色工藝中應用
為進一步證明稀土能提高酸性染料在錦綸織物上的上染率，選擇CeO2 /Pr5 011 �；旌舷⊥粒趥鹘y高溫染色工藝下，用酸性染料對錦綸織物進行染色，同時不加稀土進行對比試驗。測試上染率以及各項牢度指標，結果見表3。
由表3知，在傳統高溫染色工藝中加入稀土，其染料上染率、織物色深及斷裂強度都有所提高。稀土具有強絡合作用，能進入纖維的無定形區(qū)，借助配位鍵和共價鍵起到交聯劑的作用，使織物的強力得以提高。
2.6.2 傳統高溫染色工藝與低溫染色工藝的比較
在兩種不同的染色工藝中加入稀土，測試染料上染率及織物各項牢度指標，結果見表4。
注：均采用兩種工藝的最佳工藝處方。
由圖5可知，使用MBBR后，當進水CODcr濃度由 280 mg/L增加到600 mg/L，CODcr 的去除率可達92%以上，色度的去除率基本穩(wěn)定在97%，出水色度低于 20倍，說明MBBR具有很強的抗沖擊負荷能力。其原因有二，一是反應器內的生物量很高;二是附著生長在填料上的生物膜隨著微生物不斷增殖而增厚，在受到沖擊負荷時，外層老化的生物膜對內層的生物膜起到緩沖和保護作用，從而使其具有很強的抗沖擊負荷能力。
2.5 MBBR對NH3-N的去除效果
氮類污染物是引起水體富營養(yǎng)化的一個重要原因，因此越來越多的污水處理系統需要考慮脫氮問題。我國制定的《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》對 NH3一N指標的一級排放濃度也做出了明確規(guī)定(低于 15 mg/L)。在HRT為24 h，PDMDAAC投加量0.8 g/L 的條件下，考察不同NH3一N進水濃度下MBBR對NH3-N 的去除效果，結果如圖6所示。
由圖6可知，在系統穩(wěn)定運行階段，雖然進水 NH 3一N的濃度波動較大，但處理后出水的NH3-N濃度非常穩(wěn)定。NH3 一N的去除率達到90%以上，出水氨氮平均濃度低于15 mg/L的排放標準。
3 結論
(I)投加PDMDAAC的移動床生物膜反應器對印染廢水具有良好的處理效果。當HRT為24 h，進水 CODc r在280～600 mg/L，填料填充比例為60%(體積比)時，色度、CODcr 和NH3-N的平均去除率分別為 97% 、92% 和90%。
(2)不同進水CODcr 濃度和NH 3-N濃度的印染廢水經MBBR處理后，出水色度都低于20倍，CODcr 和 NH3-N的平均濃度分別低于50 mg/L和15 mg/L，達到了《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB 4287— 1992)的一級排放要求(出水色度為40倍，CODcr 濃度為100 mg/L，NH3-N濃度為15 mg/L)。
(3)移動床生物膜污水處理是一種高效、經濟的污水處理工藝，具有很強的抗沖擊負荷特性。與其它工藝相比，MBBR具有掛膜容易、填料不易堵塞、水力停留時間短、不需污泥回流等特點，適合處理生活污水和工業(yè)有機廢水等，應用前景廣闊。
來源 胡耀文 ，來源印染
