PVA 環(huán)保降解方法的探究論文
聚乙烯醇( PVA) 在我國主要用于石油化工、乳化劑、黏合劑、造紙、漿紗等方面，其中纖維加工占我國用量的28%。PVA 由于自身優(yōu)異性能成為紗線上漿的首選漿料，但是由于其COD 值高，難降解，在綠色環(huán)保越來越被重視的當(dāng)今社會，紡織行業(yè)的污水排放成了備受關(guān)注的焦點(diǎn)，因此，降解廢水中PVA 的含量成為迫在眉睫的問題。本文以綠色環(huán)保為目的，通過加熱降解、氧化降解、催化劑降解、紫外光照法降解4 種實驗方法來探求如何低能耗、高效率的降解PVA。
1 實驗
1. 1 材料
PVA( 1788、1799、2099 型) ，碘- 碘化鉀，雙氧水，二氧化鈦，氯化鑭混合稀土。
1. 2 儀器
電子分析天平，數(shù)顯恒溫水浴鍋，紫外分光光度計，普通紫外燈箱。
1. 3 試劑配置
根據(jù)工廠織物掛漿率確定PVA 溶液的質(zhì)量濃度為0. 033 g /L，3 種不同型號的PVA 各自稱取0. 33 g，量取100 mL 蒸餾水，加熱至PVA 完全溶解。顯色液由硼酸和碘- 碘化鉀二者來實現(xiàn)。硼酸溶液: 40 g 的硼酸溶于1 L 蒸餾水中。
碘- 碘化鉀溶液: 12. 7 g 碘和25. 0 g 碘化鉀溶于蒸餾水中，加熱溶解，冷卻后稀釋至1 L。
PVA 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液: 將上述標(biāo)準(zhǔn)液設(shè)置10個體積濃度梯度，取上述標(biāo)準(zhǔn)溶液1 ～ 10 mL，分別加入事先標(biāo)號的10 個容量瓶中。每個燒瓶中均加入顯色液( 10 mL 硼酸溶液和2 mL 碘- 碘化鉀溶液) ，再用蒸餾水稀釋至刻度線處然后搖勻，備用。
1. 4 最大吸收波長確定
取一個50 mL 容量瓶，向其中加入5 mL 已配置好的PVA 標(biāo)準(zhǔn)液和顯色液混合均勻顯色10 min; 向另外一個50 mL 容量瓶中只加顯色液，再用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，在1 cm 石英比色皿中，以蒸餾水為參比，用紫外分光光度計來測定PVA 與顯色劑形成的有色物質(zhì)的吸光度及單純的顯色劑的吸光度的數(shù)值。在規(guī)定的550 ～ 750 nm 波長范圍內(nèi)用紫外分光光度計進(jìn)行掃描。結(jié)果表明: 在掃描波長范圍內(nèi)，有色物質(zhì)( PVA 標(biāo)準(zhǔn)液與顯色液的混合液) 存在最大吸收波長分別為560、656、664 nm，而顯色液在此范圍內(nèi)無吸收。
在測得最大吸收波長560、656、664 nm 處，用1 cm比色皿，分別測得上述標(biāo)準(zhǔn)系列溶液相對應(yīng)的吸光度，分別找出3 種不同型號PVA( 1788、1799、2099) 的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程分別為:
y = 0. 151 0 x + 0. 155 5
y = 0. 209 0 x + 0. 102 3
y = 0. 222 9 x + 0. 019 1
式中: x 為PVA 體積濃度; y 為PVA 吸光度值。在后續(xù)實驗中均是先測吸光度值，計算出該吸光度值對應(yīng)的PVA 體積濃度，進(jìn)而計算出降解率。
2 實驗方法的研究
2. 1 加熱法降解
量取3 種不同型號的PVA( 1788、1799、2099)標(biāo)準(zhǔn)液各10 mL，分別加入顯色液顯色10 min 后，加熱至100 ℃，待顏色不變時，保溫5 min 后停止加熱，冷卻至室溫后用分光光度計分別采用最大吸收波長560、656、664 nm，對降解后的3 種PVA 標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行照射，測得吸光度值分別為0. 426、0. 784、0. 762。
將所得數(shù)值分別對照其標(biāo)準(zhǔn)曲線，代入式( 1) ～ ( 3) 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，求出3 種降解后的PVA對應(yīng)的體積濃度分別是1. 791、3. 262、3. 333 mL /L。將體積濃度代入公式:
Cv = ( 1 - Cv降解后/Cv降解前) × 100%得出降解率分別為: 82%、67%、65%，由此可以看出PVA 的聚合度越高越難降解。但是采用這種方法加熱時間太長，因此不是最理想的選擇。
2. 2 氧化法降解
2. 2. 1 單純氧化劑氧化
降解機(jī)制: 在加熱情況下雙氧水會分解出大量的·OH，·OH 會破壞PVA 的大分子結(jié)構(gòu)，切斷其原來的碳碳鍵，最終將大分子結(jié)構(gòu)降解CO2和H2O 等對環(huán)境無污染的小分子物質(zhì)。
編號1 ～ 5 號燒杯，首先量取5 杯1788 型PVA標(biāo)準(zhǔn)液10 mL，依次加入顯色液，順次向各個燒杯中滴加H2O2 1、2、3、4、5 mL，調(diào)pH 值至8。常溫下無任何反應(yīng)。
加熱至100 ℃，待顏色不變，保溫5 min，令其充分反應(yīng)后，冷卻至室溫測其吸光度，得到其降解趨勢。
隨著H2O2用量的逐漸增加吸光度數(shù)值逐漸減小。當(dāng)H2O2用量足夠大時，降解率接近100%。但由于H2O2用量太大同樣會使污水的COD 值過大，從經(jīng)濟(jì)環(huán)保效果考慮并非是一種明智的選擇。因此，單純性雙氧水氧化降解PVA方法不可取。
2. 2. 2 催化氧化法
選用TiO2、氯化鑭混合稀土為催化劑，各取10 mL 3 種型號PVA( 1788、1799、2099) 標(biāo)準(zhǔn)液及顯色液，給6 個燒杯編號。
采用上述方法催化，a、b、c 號燒杯內(nèi)溶液沒有發(fā)生明顯降解，而d、e、f 3 個燒杯內(nèi)溶液的降解率也都不高，達(dá)不到污水排放的標(biāo)準(zhǔn)。倘若加大催化劑的用量，成本昂貴。從經(jīng)濟(jì)方面考慮其可行性受到制約。
2. 2. 3 混合催化氧化法
編號A ～ D 燒杯各取1788 型PVA 標(biāo)準(zhǔn)液10 mL，最后加顯色液顯色10 min。H2O2在一定程度上可能會抑制稀土對PVA 溶液的降解，并且采用上述催化辦法得到的降解率并不理想。可見混合催化的方法對于PVA 的降解效果依舊達(dá)不到理想狀態(tài)。而且該方法的成本依舊是阻礙降解的一個難題。降解1799、2099PVA 的方法與1788 PVA 相同。2. 3 紫外光照催化氧化法降解PVA
2. 3. 1 降解機(jī)理
本文實驗采用的.紫外光催化降解PVA 是在反應(yīng)體系中加入半導(dǎo)體材料TiO2，同時給予紫外照射。作用機(jī)制是TiO2在紫外光線作用下激發(fā)產(chǎn)生“電子- 空穴對”，吸附在TiO2表面上的溶解氧、水分子等與“電子- 空穴對”作用，產(chǎn)生·OH、·O2- ，其會與PVA 分子發(fā)生以下一系列的反應(yīng)。PVA主鏈上的亞甲基或羥基上氫被生成的羥基自由基奪取，從而形成碳氧雙鍵和碳碳雙鍵，伴隨著紫外光照射時間的延長，碳碳雙鍵被氧氣破壞掉，達(dá)到最終降解的目的。
2. 3. 2 催化劑用量的確定
在紫外光照射時輔助有TiO2的催化作用，故首先尋找最合適的催化劑用量。TiO2用量對降解率的影響可知催化劑使用劑量取2 g /L較合適。
將燒杯編號為1 ～ 8，分別取1788 PVA 標(biāo)準(zhǔn)液10 mL，催化劑加入對吸光度影響情況見表3，加顯色液顯色10 min，將各燒杯放入紫外光照燈箱，光照時間控制在10 h，光照強(qiáng)度25 ～ 100 W，測試不同功率的吸光度。
2. 4 光照法、加熱催化劑法
取1788 PVA 10 mL，加入顯色液顯色10 min。取0. 02 g TiO2、0. 5 mL 雙氧水、0. 02 g 氯化鑭混合稀土加入標(biāo)準(zhǔn)液。在水浴加熱的同時進(jìn)行紫外光照，光照強(qiáng)度100 W，光照時間10 h。測得其吸光度的值為0. 277，對照標(biāo)準(zhǔn)曲線求得其體積濃度為0. 921 mL /L，與2. 3. 2 中8 號燒杯大致相同，可見加熱對紫外線的催化并無作用。
3 結(jié)語
本文重點(diǎn)研究紫外催化氧化法，探討紫外光照并以TiO2作催化劑，再加入少量氯化鑭混合稀土，氧化劑，并輔以水浴加熱，但是沒有效果。加熱法、氧化法等存在降解率低，耗能大等弊端。故想要根本性的讓PVA 作為上漿漿料繼續(xù)使用，必須重新尋找新的環(huán)保降解途徑。
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