紡織品印染固廢化學成分的分析探討

衣芳萱 楊華武 邵春燕

新疆大學 紡織與服裝學院(中國)

自然資源一直是人類的寶貴財富，隨著科學技術的發展及人們環境保護意識的提高，提取廢棄物中的有效物質并再利用成為可能。紡織品印染固廢主要源于凈化處理印染廢水產生的污泥[1]。中國每年紡織品印染廢水排放量為20～23億t，其化學需氧量(COD)每年排放量約24～30萬t。這些污水在經過初級預處理及污水廠深度凈化時會產生大量污泥，其成分復雜，含大量散纖維、雜質、表面活性劑、助劑、染料及重金屬等有毒有害物質。準確分析印染固廢成分，對后續分類處理及資源回收具有重要意義。本文按照化學分析法、儀器分析法分類，對國內外固廢成分分析方法進行概述，對比不同方法的優缺點，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。

1 化學分析法

1.1 重量分析

重量分析法一般是先采用適當的手段，使被測組分與試樣中其他組分分離，然后經過稱量得到被測組分的質量，并計算其質量分數。重量分析包括分離和稱量兩大步驟。根據分離方法的不同，重量分析通常可分為揮發法、萃取法、沉淀法和電解法。重量分析法適用于常量組分的測定，其準確度高，但操作較為復雜，耗時長，若所測組分含量較低，會出現較大誤差。

李玉剛等[2]采用重量分析法分析生產甲苯二胺(TDA)產物中焦油含量，發現試樣的汽化時間、汽化溫度及試樣用量對分析結果有影響。

陳棟棟等[3]采用改良的重量分析法對碳酸鹽指標進行測定，即直接利用黃土沉積試樣與鹽酸反應前后質量差計算CO2質量，從而推算碳酸鹽質量。其研究結果表明，該法測定碳酸鹽含量簡單、快速、精度高，適用于大量試樣測定。

1.2 容量滴定分析

容量滴定法是將已經知道準確濃度的試劑溶液滴加入待測溶液中，或者將待測溶液滴定到試劑溶液中，直至二者之間發生所需反應，然后通過試劑的參數，計算出待測定物質的質量。容量滴定分析方法操作較簡單，耗時短，且較準確，可根據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算待測溶液的酸堿度[7]，采用絡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較復雜，存在副反應，反應速度慢，需要嚴格控制滴定反應條件[9-10]。

動植物遺骸經過微生物分解、轉化及一系列化學過程，最終積累而成腐植酸。黃腐酸是腐植酸中的一種，與氮磷鉀無機肥料復合，可生產黃腐酸復合肥。楊獻紅等[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，用硫酸亞鐵銨標準滴定溶液進行反滴定，并做空白試驗，根據重鉻酸鉀消耗量、黃腐酸的碳系數計算黃腐酸的含量。該方法進行黃腐酸含量的測定時，有較好的準確度和精密度，可用于多種黃腐酸含量的測定。

菊粉是植物中儲備性多糖，具有藥用和食用價值，但菊粉吸濕性強，含水量會導致其特性受到影響，因此測定菊粉含水量尤為重要。Karl Fischer(KF)是測定水含量的成熟方法，但這種方法中的高溫處理步驟會使菊粉中的一些有效成分揮發。RONKART 等[12]將KF法與容量滴定法結合，開發出適用于菊粉含水量測定的試樣制備方法。試驗結果表明，容量滴定法不僅比一些傳統方法更加省時，并且可在常溫下使用，適合各類體積的KF水分滴定儀。

2 儀器分析法

2.1 電位分析法

電位分析法是通過測量原電池(通過氧化還原反應而產生電流的裝置)的電動勢來確定物質含量。

赫春香等[13]首先通過化學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，采用直接電位法對高酸度溶液中氫離子的濃度進行測定。

龍偉等[14]采用電位滴定法對3-巰基丙酸水解液中各物質的含量進行分析，結果顯示，與傳統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，且各組分分析結果的相對偏差小于3%，更有利于3-巰基丙酸生產的管控。

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，根據能斯特方程進行推算可得到待測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量電位變化以確定滴定終點的方法，與其他滴定分析方法相比，電位滴定法測定的結果更加準確，并且還可應用于有色溶液和渾濁溶液的滴定。自動電位滴定儀，可實現滴定分析的自動控制，有利于生產自動化。

2.2 光譜分析法

光譜分析是利用物質對光的吸收或者本身受到激發而得到特定光譜來進行分析的。

HEYDARI等[15]研制了一種高靈敏度、簡便、快速的管內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用，對土壤和水樣中的鈀(Pd)元素進行富集、測定。

AZIMI等[16]采用磁性多壁碳納米管作為吸附劑，用于實現砷、鉛和鎘的萃取和預富集，并結合電感耦合等離子體原子發射光譜法)，對水、牛奶、印度大米和紅茶中的砷、鉛和鎘進行測定。

WANG等[17]根據汞和鎘的汽化溫差原理，研制了一種新型的固體取樣系統-原子熒光光譜法，用于食品試樣中汞和鎘的測定。

光譜分析法簡單、快速且有較高的準確度，非常適用于測定金屬離子含量，但需要標準試樣作為基準。

2.3 色譜分析法

色譜分析法是先將待測混合物分離，然后再逐一分析。其分離過程利用了不同物質在不同相態中的選擇性分配。以流動相對固定相中的混合物進行洗脫，混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動，最終達到分離效果。

MUSCALU等[18]為了降低二維氣相色譜的使用成本，設計了一種單級無消耗熱量調節器，并應用于全二維氣相色譜法，對多氯聯苯、有機氯農藥和氯苯進行分析。

CASTRO等[19]通過固相萃取-液相色譜串聯質譜法模式對城市廢水、地表水和自來水中的藥物進行定量分析。

色譜法主要分為氣相色譜法和液相色譜法，目前多用于分析復雜的混合物，分離效率高、分離速度快、靈敏度高。

2.4 波譜分析法

波譜分析法是以光學理論為基礎，利用物質與光之間的相互作用，建立物質分子結構與電磁輻射之間的相互關系，從而進行物質分子結構分析和鑒定。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)負載量和不同粒徑的Ru/TiO2催化劑上乙醇水相重整反應過程中反應物的變化情況，探究、驗證了反應機理。

MCGILLEN等[21]在波長為185～230 nm、溫度為-57.15～22.85 ℃條件下，測量了一氟三氯甲烷(CFCl3)的紫外線吸收光譜。

波譜分析法可用于定性、定量分析待測試樣，其特點是快速、準確，且重現性好。

3 總結與展望

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，染色溶液中會發生復雜的化學變化，最終使得排放的廢水、固廢中含有對環境、人體有害的多環芳烴等物質。對含此類物質的試樣，經柱層析處理后，可采用質譜法或高效液相色譜法檢測分析。

染料及水解染料是固廢資源化的主要目標對象，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構，色譜法、質譜法是操作簡便、行之有效的方法。

對于含無機鹽、金屬離子的試樣，可采用原子發射光譜法測定。將試樣引入激發光源中，使其獲得能量后，經過一系列的變化過程轉變成原子，原子發生狀態的躍遷，發射出特定的光譜，將得到的線性光譜與“元素標準光譜圖”進行對比，可確定試樣中的元素種類。確定元素種類后，可根據其標準溶液的標準曲線，獲得待測試樣中元素含量，也可根據不同金屬離子的特性，進行容量滴定分析。

如何有效處理印染廢水成為當今社會的熱點話題，印染廢水處理后產生的固廢富集了許多有毒有害物質，同樣應該引起高度重視。只有明確印染固廢的成分，才能針對性地對廢固進行處理，提高處理效率；才能對一些特殊成分進行回收再利用，最大限度地節約資源，實現可持續發展。