活性染料染色廢水中鹽濃度的光折射率法測試

虞 波， 王維明， 蔡再生

(1. 紹興文理學院 浙江省清潔染整技術研究重點實驗室, 浙江 紹興 312000;2. 東華大學 化學化工與生物工程學院, 上海 201620)

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活性染料染色廢水中鹽濃度的光折射率法測試

虞 波1,2， 王維明1， 蔡再生2

(1. 紹興文理學院 浙江省清潔染整技術研究重點實驗室, 浙江 紹興 312000;2. 東華大學 化學化工與生物工程學院, 上海 201620)

為了高效回用活性染料染色廢水，提出采用光折射率法測試其中的鹽濃度。研究單一鹽、混合鹽溶液中鹽度與鹽質量濃度間的關系，以及染液質量濃度對測試結果的影響，構建了相應的測試標準曲線，建立了一種活性染料染色廢水含鹽量測試的方法。結果顯示，氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉質量濃度與鹽度存在較好的線性擬合關系，擬合度達到0.99以上。在混合鹽的溶液中，鹽度具有較好的加和性，誤差小于5%。染料質量濃度對單一鹽或混合鹽的鹽度測定影響較小，誤差在4%以下。

光折射率; 鹽度; 鹽濃度; 廢水回用

活性染料染色中需要加入大量無機鹽(例如：氯化鈉和硫酸鈉)來抑制纖維表面負電荷聚集和促進染料的吸附，以提高染料的上染率。而高含鹽量廢水直接排放入江河會改變水質，導致周邊土壤鹽堿化，破壞生態系統[1-3]。目前國內外去除水中鹽的方法主要有離子交換和膜分離技術，但處理成本較高。活性染料廢水中的無機鹽難以通過簡單的物理化學及生化方法加以去除，增加了印染廢水的處理難度[4-6]。已有研究表明，雖然印染廢水中無機鹽的去除還處于初級階段，但對廢水中有機物的去除已取得較好效果[7-9]。如能將活性染料染色廢水中的色度及其他雜質去除，含無機鹽的溶液正是活性染料染色的理想載體，其中的無機鹽作為染色的促染劑完全可以重復利用[10]。將含鹽廢水進行回用，是降低活性染料染色廢水鹽污染的一個不錯的選擇，而這項技術的使用，廢水中含鹽量的測定也是一個關鍵環節。

目前關于染色廢水中含鹽量的測定研究較少，主要采用電導率測定的方法，該方法需要先建立鹽濃度和電導率間的測試標準曲線，根據電導率測算出鹽濃度[11]。活性染料染色廢水中除了鹽以外，還含有碳酸鈉和未上染的染料等，這些物質會對鹽濃度的測定造成偏差，但相關的研究較少。折射率是溶液的重要特性參數,研究發現幾乎所有溶液的折射率都隨著濃度變化而發生單一的變化，因此得到溶液的折射率數值也就相應地知道了其濃度值。光折射率法主要應用于海水鹽度的測試。光折射率儀體積小，可以直接目視檢測結果，測試所需樣品量少，不受周邊電場或磁場干擾，容易攜帶和使用[12]。

本文主要采用光折射率法對含有碳酸鈉和具有一定色度模擬染色廢水中含鹽量測試進行系統的研究，并建立相應的測試標準曲線，以期為活性染料含鹽廢水的有效回用提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

染化料：活性紅3BS，活性黃 3RF，活性藏青RGB，上虞億得化工有限公司；元明粉(無水硫酸鈉)，純堿(無水碳酸鈉)，氯化鈉，分析純試劑。

儀器設備：BGBG-213ATC鹽度折光儀(天津寶鋼光學儀器有限公司)。

1.2 測試方法

溶液鹽度的測定：鹽度是指在水溶液中被溶解鹽的量。將折光儀鏡片對準光亮處，調節目鏡視度環，直到標線清晰為止。然后掀開蓋板取1～2滴純凈水滴于折光儀鏡片上，并按壓蓋板得到一條明暗分界線。調節校準螺栓使目鏡中的明暗分界線與零刻度線重合，完成校正；掀開蓋板，將鏡片表面標準液擦凈，取1～2滴測試溶液于折光儀鏡片上，蓋上蓋板后輕輕按壓，讀取明暗分界線對應的刻度，即得到測試溶液的鹽度值。

2 結果與討論

鹽度計是采用2塊有相同接觸面的玻璃鏡面，待測溶液夾在這2個面中間，形成一個兩面平行的薄膜。原理如圖1所示。

圖1 測試原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of testing principle

光從光密介質射入光疏介質，當入射角增大到某一角度時，折射角達到90°，折射光完全消失，只剩下反射光，產生全反射現象，此時的入射角稱為臨界角[13-15]。

由圖1所示，利用折射定律可得

nsini3=n2sini4

當i3=90°時，公式轉化為

n=n2sini4

此時i4即為臨界角度值，而n2為已知玻璃的折射率，則只要獲得臨界角度值，就可以得到液體的折射率。

只有i4小于臨界角的光線才能通過目鏡觀測到，因此i4大于臨界角的區域構成暗區，小于臨界角的區域構成亮區。由此可以得到臨界角度值，從而獲得液體的折射率。

2.1 單一鹽質量濃度測定的標準曲線

為了更好地理解鹽度和含鹽量間的關系，分別配制了不同質量濃度的氯化鈉溶液和硫酸鈉溶液，測定了相應的鹽度，結果如圖2、3所示。

圖2 鹽度與氯化鈉質量濃度的標準曲線Fig.2 Standard curve of salinity and sodium chloride concentration

圖3 鹽度與硫酸鈉質量濃度的標準曲線Fig.3 Standard curve of salinity and sodium sulfate concentration

由圖2可知，氯化鈉質量濃度與鹽度間的線性關系很好，斜率為0.099，擬合度達到了0.999。由圖3可知，硫酸鈉質量濃度與鹽度間呈直線關系，斜率為0.088，擬合度達到了0.996。

由鹽度與氯化鈉和硫酸鈉質量濃度的2條標準曲線可知，單一的氯化鈉或硫酸鈉溶液可以通過鹽度測試獲得質量濃度值。

活性染料染色中需要加入純堿，從而起到固色的作用，為了研究純堿的加入對鹽度測量的影響，配制了不同質量濃度的單一純堿溶液，并測試了相應的鹽度值，結果如圖4所示。

圖4 鹽度與碳酸鈉質量濃度的標準曲線Fig.4 Standard curve of salinity and sodium carbonate concentration

由圖4可知，純堿溶液的質量濃度與鹽度間的線性關系很好，擬合度達到了0.996。可以認為單一的純堿溶液也可以通過鹽度測試獲得質量濃度值。

2.2 混合鹽質量濃度的測定

由于活性染料染色中鹽和純堿分別起到促染劑和固色劑的作用，所以其染色廢水通常是二者的混合溶液。為了測試二者的鹽度值是否具有加和性，分別配制了不同質量濃度的混合溶液進行測試，根據圖2～4所獲得的標準曲線對混合溶液對鹽度測定的影響進行了評價，結果如表1所示。

鹽度計算值是由實際鹽質量濃度根據標準曲線獲得的擬合方程計算所得，例如氯化鈉和碳酸鈉混合溶液的鹽度計算值=0.099×氯化鈉質量濃度值+0.127×碳酸鈉質量濃度值。誤差值=(鹽度測試值-鹽度計算值)/鹽度計算值×100%。

表1 氯化鈉和碳酸鈉混合溶液鹽度的測定

由表1測試結果可知，鹽度計算值和鹽度測試值間的誤差在5%以下，氯化鈉和碳酸鈉的鹽度值具有一定的加和性。

為了測試硫酸鈉和碳酸鈉的鹽度值是否具有加和性，分別配制了不同質量濃度的二者的混合溶液進行測試，結果如表2所示。

表2 硫酸鈉和碳酸鈉混合溶液鹽度的測定

由表2測試結果可知，鹽度計算值和鹽度測試值間的誤差在4%以下，可以認為硫酸鈉和碳酸鈉的鹽度值也具有一定的加和性。

2.3 染料質量濃度對鹽度測定的影響

染色廢水具有一定的色度，主要是由于溶液中含有未上染的染料，為了研究染料質量濃度對鹽度測定的影響，對一定質量濃度的鹽溶液在不同活性紅3BS染料質量濃度下進行鹽度測試，結果如表3所示。

表3 染料質量濃度對不同鹽鹽度測定的影響

采用活性紅3BS，活性黃 3RF，活性藏青RGB 3種活性染料，對其進行混合，控制染料總質量濃度，在混合染液中測定氯化鈉和碳酸鈉及硫酸鈉和碳酸鈉2種混合鹽的鹽度，結果如表4所示。

表4 染料質量濃度對混合鹽鹽度測定的影響

由表3、4可知，染料對單一鹽和混合鹽的鹽度測定影響均較小，誤差在4%以下。據此，光折射率法還可以在活性染料染色過程中對鹽濃度進行在線監控。

3 結 論

本文采用光折射率法對氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉以及三者的混合鹽進行了鹽度的測定，并對染料質量濃度在測定過程中的影響進行了研究，結果如下：

1)在單一鹽的溶液中，鹽度與鹽質量濃度間存在較好的線性關系，氯化鈉、硫酸鈉和碳酸鈉質量濃度與鹽度間的標準擬合曲線線性關系好，擬合度達到0.99以上。

2)在混合鹽的溶液中，鹽度具有一定的加和性。例如：將碳酸鈉與氯化鈉和硫酸鈉分別混合，測定的鹽度與計算的鹽度間誤差較小，在5%以下。

3)在有一定色度的含鹽染液中，染料質量濃度對單一鹽或混合鹽的鹽度測定影響較小，誤差在4%以下。

采用光折射率法對模擬染色廢水中的鹽質量濃度進行的測試方法簡單，為活性染料染色中鹽質量濃度變化進行在線監控以及更有效地對含鹽染色廢水進行重復利用，降低鹽污染，提供了一定的參考。

[1] 房莉, 陳英. 活性染料低 (無) 鹽染色的發展[J]. 紡織導報, 2009(6): 64-66. FANG Li, CHEN Ying.Development of low-salt(salt-free) dyeing with reactive dyes[J]. China Textile Leader, 2009(6): 64-66.

[2] 王海英, 袁寅瑕, 石敏, 等. 活性染料電化學無鹽染色[J]. 紡織學報, 2008, 29(8): 75-77. WANG Haiying,YUAN Yinxia,SHI Min,et al. Electrochemical dyeing with reactive dyes without salt[J]. Jounal of Textile Research, 2008, 29(8): 75-77.

[3] 宋心遠. 活性染料低鹽和無鹽染色[J]. 印染助劑, 2006, 23(12): 1-3. SONG Xinyuan. Low-salt and salt-free dyeing with reactive dyes[J].Textile Auxiliaries,2006,23(12):1-3.

[4] CORRCIA V M, STEPHENSON T, JUDD S J. Characterisation of textile wastewaters:a review[J]. Environmental Technology, 1994, 15(10): 917-929.

[5] 耿鋒, 戴海平. 膜技術在紡織印染工業清潔生產中的應用[J]. 水處理技術, 2005, 31(11): 4-5. GENG Feng,DAI Haiping. Application of membrane separation technology to clean production of textile and printing and dyeing industry[J]. Technology of Water Treatment, 2005, 31(11): 4-5.

[6] WU T S, CHEN K M. New cationic agents for improving the dyeability of cellulose fibres[J]. Journal of the Society of Dyers and Colourists, 1993, 109(4): 153-158.

[7] 隋智慧, 趙欣, 劉安軍. 季銨鹽型高分子絮凝劑的制備及其在印染廢水處理中的應用[J]. 紡織學報, 2008, 29(11): 92-96. SUI Zhihui,ZHAO Xin,LIU Anjun. Preparation of a quaternary ammonium flocculant and its application in treatment of dye house wastewater[J]. Jounal of Textile Research, 2008, 29(11): 92-96.

[8] 陳世良, 呂慎水, 魏莉莉, 等. 二氧化氯對活性染料的脫色[J]. 紡織學報, 2007, 28(3): 68-71. CHEN Shiliang,Lü Shenshui,WEI Lili, et al.Study on decoloration of reactive dye by chlorine dioxide[J]. Jounal of Textile Research, 2007, 28(3): 68-71.

[9] 呂春燕, 呂彤, 蘇秋紅, 等. 負載型磺酸鐵酞菁對染料廢水的光催化降解[J]. 紡織學報, 2009, 30(5): 100-103. Lü Chunyan,Lü Tong,SU Qiuhong, et al. Photocatalytic degradation of dyestuf wastewater with supported iron-tetrasulfophthalocyanine[J]. Jounal of Textile Research, 2009, 30(5): 100-103.

[10] 張漢民, 曾慶福. 印染行業無廢工藝探討[J]. 印染,1997, 23(5): 31-33. ZHANG Hanmin, ZENG Qingfu. Disscusion on the non-waste technology of dyeing and finishing industry[J]. Dyeing & Finishing, 1997, 23(5): 31-33.

[11] 員浩然. 活性染料染色廢水回用研究[J]. 印染助劑, 2010, 27(3): 24-28. YUAN Haoran. Study on the reclaimed reactive dyeing wastewater[J].Textile Auxiliaries, 2010, 27(3): 24-28.

[12] 韓悅文. 用于溶液鹽度測量的光纖傳感技術[D]. 福州：福建師范大學, 2005: 5-35. HAN Yuewen. The research on the measurement technology of salinity by fiber sensor[D]. Fuzhou: Fujian Normal University, 2005: 5-35.

[13] BHATTACHARYA J C. Measurement of the refractive index using the Talbot effect and a moire technique[J]. Applied Optics, 1989, 28(13): 2600-2604.

[14] MARTEAU P, MONTIXI G, OBRIOT J, et al. An accurate method for the refractive index measurements of liquids: application of the Kramers-Kronig relation in the liquid phase[J]. Review of Scientific Instruments, 1991, 62(1): 42-46.

[15] BETALER K, GR?NE A, SCHMIDT N, et al. Interferometric measurement of refractive indices[J]. Review of Scientific Instruments, 1988, 59: 652.

Measurement of saltness of reactive dyed wastewater using light refractive index method

YU Bo1,2, WANG Weiming1, CAI Zaisheng2

(1.ZhejiangKeyLaboratoryofCleanDyeingandFinishingTechnology,ShaoxingUniversity,Shaoxing,Zhejiang312000,China; 2.CollegeofChemistry,ChemicalEngineeringandBiotechnology,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

In order to efficiently reuse reactive dyed wastewater, the salt concentration of wastewater was measured by light refractive index method. The relationship between salinity and salt concentration of single salt and mixed salt solution and the influence of dye concentration were studied. There is a good linear relation between the concentration of sodium chloride, sodium sulfate, sodium carbonate and salinity, andR2>0.99. The salinity exhibited good additivity in the solution of mixed salt with the error of less than 5%.Dye concentration had little effect on the salinity of single salt and mixed salt and the error is below 4%.

light refractive index; salinity; salt concentration; wastewater reuse

10.13475/j.fzxb.20140103305

2014-01-22

2014-05-15

國家自然科學基金面上項目(21376149)

虞波(1979—)，男，講師，博士。研究方向為印染廢水處理與回用。E-mail:yubo@usx.edu.cn。

TS 199

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