衣芳萱 楊華武 邵春燕
新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院(中國(guó))
自然資源一直是人類的寶貴財(cái)富,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高,提取廢棄物中的有效物質(zhì)并再利用成為可能。紡織品印染固廢主要源于凈化處理印染廢水產(chǎn)生的污泥[1]。中國(guó)每年紡織品印染廢水排放量為20~23億t,其化學(xué)需氧量(COD)每年排放量約24~30萬t。這些污水在經(jīng)過初級(jí)預(yù)處理及污水廠深度凈化時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量污泥,其成分復(fù)雜,含大量散纖維、雜質(zhì)、表面活性劑、助劑、染料及重金屬等有毒有害物質(zhì)。準(zhǔn)確分析印染固廢成分,對(duì)后續(xù)分類處理及資源回收具有重要意義。本文按照化學(xué)分析法、儀器分析法分類,對(duì)國(guó)內(nèi)外固廢成分分析方法進(jìn)行概述,對(duì)比不同方法的優(yōu)缺點(diǎn),探討紡織品印染固廢成分的可行性分析方案,以期為印染廢固的資源化處理提供參考。
重量分析法一般是先采用適當(dāng)?shù)氖侄?,使被測(cè)組分與試樣中其他組分分離,然后經(jīng)過稱量得到被測(cè)組分的質(zhì)量,并計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。重量分析包括分離和稱量?jī)纱蟛襟E。根據(jù)分離方法的不同,重量分析通??煞譃閾]發(fā)法、萃取法、沉淀法和電解法。重量分析法適用于常量組分的測(cè)定,其準(zhǔn)確度高,但操作較為復(fù)雜,耗時(shí)長(zhǎng),若所測(cè)組分含量較低,會(huì)出現(xiàn)較大誤差。
李玉剛等[2]采用重量分析法分析生產(chǎn)甲苯二胺(TDA)產(chǎn)物中焦油含量,發(fā)現(xiàn)試樣的汽化時(shí)間、汽化溫度及試樣用量對(duì)分析結(jié)果有影響。
陳棟棟等[3]采用改良的重量分析法對(duì)碳酸鹽指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,即直接利用黃土沉積試樣與鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量差計(jì)算CO2質(zhì)量,從而推算碳酸鹽質(zhì)量。其研究結(jié)果表明,該法測(cè)定碳酸鹽含量簡(jiǎn)單、快速、精度高,適用于大量試樣測(cè)定。
容量滴定法是將已經(jīng)知道準(zhǔn)確濃度的試劑溶液滴加入待測(cè)溶液中,或者將待測(cè)溶液滴定到試劑溶液中,直至二者之間發(fā)生所需反應(yīng),然后通過試劑的參數(shù),計(jì)算出待測(cè)定物質(zhì)的質(zhì)量。容量滴定分析方法操作較簡(jiǎn)單,耗時(shí)短,且較準(zhǔn)確,可根據(jù)需要選擇不同的滴定方法,選擇性較高。
容量滴定分析主要分為酸堿滴定分析[4]、絡(luò)合滴定分析、氧化還原滴定分析[5]、沉淀滴定分析[6]。采用酸堿滴定法可計(jì)算待測(cè)溶液的酸堿度[7],采用絡(luò)合滴定法可確定溶液中金屬的含量[8]。沉淀滴定法與氧化還原滴定法反應(yīng)較復(fù)雜,存在副反應(yīng),反應(yīng)速度慢,需要嚴(yán)格控制滴定反應(yīng)條件[9-10]。
動(dòng)植物遺骸經(jīng)過微生物分解、轉(zhuǎn)化及一系列化學(xué)過程,最終積累而成腐植酸。黃腐酸是腐植酸中的一種,與氮磷鉀無機(jī)肥料復(fù)合,可生產(chǎn)黃腐酸復(fù)合肥。楊獻(xiàn)紅等[11]采用稀硫酸溶液提取黃腐酸,并通過重鉻酸鉀(K2Cr2O7)將黃腐酸中的碳氧化成CO2,以鄰菲羅啉為滴定指示劑,用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液進(jìn)行反滴定,并做空白試驗(yàn),根據(jù)重鉻酸鉀消耗量、黃腐酸的碳系數(shù)計(jì)算黃腐酸的含量。該方法進(jìn)行黃腐酸含量的測(cè)定時(shí),有較好的準(zhǔn)確度和精密度,可用于多種黃腐酸含量的測(cè)定。
菊粉是植物中儲(chǔ)備性多糖,具有藥用和食用價(jià)值,但菊粉吸濕性強(qiáng),含水量會(huì)導(dǎo)致其特性受到影響,因此測(cè)定菊粉含水量尤為重要。Karl Fischer(KF)是測(cè)定水含量的成熟方法,但這種方法中的高溫處理步驟會(huì)使菊粉中的一些有效成分揮發(fā)。RONKART 等[12]將KF法與容量滴定法結(jié)合,開發(fā)出適用于菊粉含水量測(cè)定的試樣制備方法。試驗(yàn)結(jié)果表明,容量滴定法不僅比一些傳統(tǒng)方法更加省時(shí),并且可在常溫下使用,適合各類體積的KF水分滴定儀。
電位分析法是通過測(cè)量原電池(通過氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置)的電動(dòng)勢(shì)來確定物質(zhì)含量。
赫春香等[13]首先通過化學(xué)聚合法合成了鄰氨基酚-鄰苯二胺共聚物,隨后以共聚物為氫離子選擇試劑制成聚氯乙烯(PVC)膜電極,采用直接電位法對(duì)高酸度溶液中氫離子的濃度進(jìn)行測(cè)定。
龍偉等[14]采用電位滴定法對(duì)3-巰基丙酸水解液中各物質(zhì)的含量進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,與傳統(tǒng)氧化還原滴定法中的碘量法相比,電位滴定法可快速分析出3-巰基丙酸水解液中的鹽酸、3-巰基丙酸、3, 3′-硫代二丙酸、氯化銨的含量,且各組分分析結(jié)果的相對(duì)偏差小于3%,更有利于3-巰基丙酸生產(chǎn)的管控。
電位分析法主要分為直接電位法和電位滴定法。采用直接電位法,根據(jù)能斯特方程進(jìn)行推算可得到待測(cè)溶液中某一離子的濃度。電位滴定法是在滴定過程中通過測(cè)量電位變化以確定滴定終點(diǎn)的方法,與其他滴定分析方法相比,電位滴定法測(cè)定的結(jié)果更加準(zhǔn)確,并且還可應(yīng)用于有色溶液和渾濁溶液的滴定。自動(dòng)電位滴定儀,可實(shí)現(xiàn)滴定分析的自動(dòng)控制,有利于生產(chǎn)自動(dòng)化。
光譜分析是利用物質(zhì)對(duì)光的吸收或者本身受到激發(fā)而得到特定光譜來進(jìn)行分析的。
HEYDARI等[15]研制了一種高靈敏度、簡(jiǎn)便、快速的管內(nèi)超聲和空氣輔助液液微萃取方法,并與火焰原子吸收光譜聯(lián)用,對(duì)土壤和水樣中的鈀(Pd)元素進(jìn)行富集、測(cè)定。
AZIMI等[16]采用磁性多壁碳納米管作為吸附劑,用于實(shí)現(xiàn)砷、鉛和鎘的萃取和預(yù)富集,并結(jié)合電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法),對(duì)水、牛奶、印度大米和紅茶中的砷、鉛和鎘進(jìn)行測(cè)定。
WANG等[17]根據(jù)汞和鎘的汽化溫差原理,研制了一種新型的固體取樣系統(tǒng)-原子熒光光譜法,用于食品試樣中汞和鎘的測(cè)定。
光譜分析法簡(jiǎn)單、快速且有較高的準(zhǔn)確度,非常適用于測(cè)定金屬離子含量,但需要標(biāo)準(zhǔn)試樣作為基準(zhǔn)。
色譜分析法是先將待測(cè)混合物分離,然后再逐一分析。其分離過程利用了不同物質(zhì)在不同相態(tài)中的選擇性分配。以流動(dòng)相對(duì)固定相中的混合物進(jìn)行洗脫,混合物中不同的物質(zhì)會(huì)以不同的速度沿固定相移動(dòng),最終達(dá)到分離效果。
MUSCALU等[18]為了降低二維氣相色譜的使用成本,設(shè)計(jì)了一種單級(jí)無消耗熱量調(diào)節(jié)器,并應(yīng)用于全二維氣相色譜法,對(duì)多氯聯(lián)苯、有機(jī)氯農(nóng)藥和氯苯進(jìn)行分析。
CASTRO等[19]通過固相萃取-液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法模式對(duì)城市廢水、地表水和自來水中的藥物進(jìn)行定量分析。
色譜法主要分為氣相色譜法和液相色譜法,目前多用于分析復(fù)雜的混合物,分離效率高、分離速度快、靈敏度高。
波譜分析法是以光學(xué)理論為基礎(chǔ),利用物質(zhì)與光之間的相互作用,建立物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與電磁輻射之間的相互關(guān)系,從而進(jìn)行物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分析和鑒定。該分析方法主要包括紅外光譜(IR)、紫外光譜(UR)、核磁共振(NMR)、質(zhì)譜及拉曼光譜等分析法。
WAHEED等[20]采用原位衰減全反射紅外光譜(ATR-IR)研究了在不同釕(Ru)負(fù)載量和不同粒徑的Ru/TiO2催化劑上乙醇水相重整反應(yīng)過程中反應(yīng)物的變化情況,探究、驗(yàn)證了反應(yīng)機(jī)理。
MCGILLEN等[21]在波長(zhǎng)為185~230 nm、溫度為-57.15~22.85 ℃條件下,測(cè)量了一氟三氯甲烷(CFCl3)的紫外線吸收光譜。
波譜分析法可用于定性、定量分析待測(cè)試樣,其特點(diǎn)是快速、準(zhǔn)確,且重現(xiàn)性好。
在紡織品印染加工過程中,隨著染色過程中溫度、pH值等條件的不斷變化,染色溶液中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化,最終使得排放的廢水、固廢中含有對(duì)環(huán)境、人體有害的多環(huán)芳烴等物質(zhì)。對(duì)含此類物質(zhì)的試樣,經(jīng)柱層析處理后,可采用質(zhì)譜法或高效液相色譜法檢測(cè)分析。
染料及水解染料是固廢資源化的主要目標(biāo)對(duì)象,為了分析染料的水解過程、分辨水解染料的染色活性,需掌握染料水解后的分子結(jié)構(gòu),色譜法、質(zhì)譜法是操作簡(jiǎn)便、行之有效的方法。
對(duì)于含無機(jī)鹽、金屬離子的試樣,可采用原子發(fā)射光譜法測(cè)定。將試樣引入激發(fā)光源中,使其獲得能量后,經(jīng)過一系列的變化過程轉(zhuǎn)變成原子,原子發(fā)生狀態(tài)的躍遷,發(fā)射出特定的光譜,將得到的線性光譜與“元素標(biāo)準(zhǔn)光譜圖”進(jìn)行對(duì)比,可確定試樣中的元素種類。確定元素種類后,可根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線,獲得待測(cè)試樣中元素含量,也可根據(jù)不同金屬離子的特性,進(jìn)行容量滴定分析。
如何有效處理印染廢水成為當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)話題,印染廢水處理后產(chǎn)生的固廢富集了許多有毒有害物質(zhì),同樣應(yīng)該引起高度重視。只有明確印染固廢的成分,才能針對(duì)性地對(duì)廢固進(jìn)行處理,提高處理效率;才能對(duì)一些特殊成分進(jìn)行回收再利用,最大限度地節(jié)約資源,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。