论文资料酸性红G的合成、染色、分析及废水处理（word）可编辑.doc

薆螃腿莃蒂螃芁薈螁螂羁莁螇螁膃蚇蚃螀芅葿蕿蝿莈节袇螈肇蒈螃螇膀芀虿袇节蒆薅袆羂艿蒁袅肄蒄袀袄芆芇螆袃莈薃蚂袂肈莅薈袁膀薁蒄袁芃莄螂羀羂蕿蚈罿肅莂薄羈膇薇薀羇荿蒀衿羆聿芃螅羆膁葿蚁羅芄芁薇羄羃蒇蒃肃肆芀螁肂膈蒅蚇肁莀芈蚃肀肀薃蕿肀膂莆袈聿芄薂螄肈莇莄蚀肇肆薀薆螃腿莃蒂螃芁薈螁螂羁莁螇螁膃蚇蚃螀芅葿蕿蝿莈节袇螈肇蒈螃螇膀芀虿袇节蒆薅袆羂艿蒁袅肄蒄袀袄芆芇螆袃莈薃蚂袂肈莅薈袁膀薁蒄袁芃莄螂羀羂蕿蚈罿肅莂薄羈膇薇薀羇荿蒀衿羆聿芃螅羆膁葿蚁羅芄芁薇羄羃蒇蒃肃肆芀螁肂膈蒅蚇肁莀芈蚃肀肀薃蕿肀膂莆袈聿芄薂螄肈莇莄蚀肇肆薀薆螃腿莃蒂螃芁薈螁螂羁莁螇螁膃蚇蚃螀芅葿蕿蝿莈节袇螈肇蒈螃螇膀芀虿袇节蒆薅袆羂艿蒁袅肄蒄袀袄芆芇螆袃莈薃蚂袂肈莅薈袁膀薁蒄袁芃莄螂羀羂蕿蚈罿肅莂薄羈膇薇薀羇荿蒀衿羆聿芃螅羆膁葿蚁羅芄芁薇羄羃蒇蒃肃肆芀螁肂膈蒅蚇肁莀芈蚃肀肀薃蕿肀膂莆袈聿芄薂螄肈莇莄蚀肇肆薀薆螃腿莃蒂螃芁薈螁螂羁莁螇螁膃蚇蚃螀芅葿蕿蝿莈节袇螈肇蒈螃螇膀芀虿袇节蒆薅袆羂艿蒁袅肄蒄袀袄芆芇螆袃莈薃蚂袂肈莅薈袁膀薁蒄袁芃莄螂羀羂蕿蚈罿肅莂薄羈膇薇薀羇荿蒀衿羆聿芃螅羆膁葿蚁羅芄芁薇羄羃蒇蒃肃肆芀螁肂膈蒅蚇肁莀芈蚃肀肀薃蕿肀膂 2011.09.06-2011.09.22酸性红g的合成、分析、染色及废水处理刘鸿章（0809401108）苏州大学材料与化学化工学部2008级应用化学专业 摘要：利用h酸钠盐（1.9935g）和苯胺（0.603g）为原料合成酸性红g，在严格控制温度和ph的情况下，得到酸性红g的产率为93.5%；配制浓度大约为mol/l的酸性红g溶液，利用点硅胶板的方法，测酸性红g的值, 展开剂：正丁醇8ml，乙酸2ml，水10ml；用紫外分光光度计在波长为380nm580nm范围内测定浓度为3.5mol/l酸性红g的紫外吸收光谱，得到两个最大吸收波长，分别是510nm和531nm，选531nm为准，测浓度为3.5mol/l、7mol/l、1.05mol/l、1.4mol/l、1.75mol/l酸性红g的吸光度，得一直线（工作曲线）；0.4976g羊毛毛线充分洗涤，再配制0.5%的染液，加入硫酸和醋酸得浴比为1：50的染浴，将羊毛毛线放入其中在一定温度时间之内进行染色，洗涤，晾干，得到色泽鲜红的毛线；用二氧化钛光催化降解法处理染色废水，在二氧化钛为0.15g，紫外灯功率为300w，光照距离为10cm，光照时间为20min时去除效果最好，去除率达到98.5%。 关键词：h酸钠盐；酸性红g；硅胶板；二氧化钛；光催化降解 abstract: acid red g is composed of h acid sodium salt(1.9935g) and aniline(0.603g). the productivity of acid red g is 93.5% under the condition of controlled ph and controlled temperature rigidly. make up acid red g solution whose concentration is about mol/l, then use the way of thin layer chromatography to test the of acid red g. developing solvent: normal butanol 8ml ,acetic acid 2ml,water 10ml. the ultraviolet absorption spectrum of acid red g whose concentration is 3.5mol/l tested by using ultraviolet spectrophotometer on the wavelength range from 380nm to 580nm. then it turns out two maximum absorption wavelengths :510nm and 531nm. the absorbance of acid red g whose concentration is 3.5mol/l、7mol/l、1.05mol/l、1.4mol/l and 1.75mol/l is tested on the base of 531nm wavelength. then these statistics form a straight line (called working curve). 0.4976g wool is washed fully,then make up 0.5% dye liquor. by adding some sulfuric acid and acetic acid, we can get the dye bath whose bath ratio is 1:50. then immerse the wool into the dye bath and dye it at the specific time and temperature, wash, and make the wool dry by washing and air drying. at last, you can obtain the wool whose color is bright red. while using titanium dioxide photocatalytic degradation method to treat dyeing wastewater, the removal effect is best and the removal rate reaches to 98.5% under the condition of 0.15g titanium dioxide, the uitraviolet lamp whose power is 300w, in addition that the illumination distance is 10 cm and the illumination time is 20 minutes. keywords:h acid sodium salt; acid red g; silica gel plate; titanium dioxide; phototcatalytic degradation 1.前言染料是能使纤维和其他材料着色的物质，分天然和合成两大类。作为染料，必须能使一定的颜色附着在纤维上。1856年perkin发明第一个合成染料-马尾紫，之后在20世纪50年代。pattee和stephen发现含二氯均三嗪基团的染料在碱性条件下与纤维上的羟基发生键合，标志着染料使纤维着色从物理过程发展到化学过程，开创了活性染料的合成应用时期。目前，染料已不只限于纺织物的染色和印花，它在油漆、塑料、纸张、皮革、光电通讯、食品等许多部门得以应用，可见染料发展的速度之飞快。但是随着染料的飞速发展，难免给环境带来很多的污染，所以染料废水的处理是现在社会的热点问题，也是难点问题。现在处理染料废水的方法主要有：化学混凝法1、吸附法23、内电解法4、生物絮凝法5、生物活性炭吸附法6、高效菌种筛选法78、厌氧-好氧工艺法9、氧化法1011。早期的染料都是在酸性条件下进行染色的，所以早期将染料统称为酸性染料，可见酸性染料是其他染料的“祖先”。酸性红g作为一种重要的强酸性染料，到目前为止在世界各地都受到了深入的研究。酸性红g的合成、分析、染色和废水处理是工业生产中一整套流程，但是对废水处理研究的最多，也最有价值。姚清照12等制备了纳米结构tio2膜及光透电极，并以此作为工作电极和光催化剂，研究表明光催化降解对染料一品红、铬蓝k、铬黑t降解效果很好，去除率可达82%。阳小宇等人研究了光照时间、二氧化钛用量、被降解物浓度、系统酸度等对光催化性能的影响，结果表明：降解某一物质时，不同光催化剂，有一个降解速率最大的时间；在每一个降解的过程中催化剂有一个合适的用量；在弱酸性条件（ph=3），甲基红降解效果比较好；被降解物的浓度选取合适，降解效率最高。本实验通过h酸钠盐和重氮盐为原料合成酸性红g，运用薄层层析法及紫外光谱的侧定分析其成分，并且让学生实际的对羊毛毛线进行染色，最后主要是探究二氧化钛光催化降解对废水处理的效果，确定一种最佳的方案。2.实验部分2.1、仪器与药品仪器:三颈烧瓶（250ml*1），盐城泓宇玻璃仪器厂；搅拌器，江苏金坛荣华仪器制造有限公司；温度计（150），盐城泓宇玻璃仪器厂；加热水浴，盐城泓宇玻璃仪器厂；布氏漏斗，盐城泓宇玻璃仪器厂；吸滤瓶（250ml），盐城泓宇玻璃仪器厂；铅笔；直尺；毛细管，上海长城科学仪器商店经销；硅胶板，盐城泓宇玻璃仪器厂；层析缸，盐城泓宇玻璃仪器厂；移液管（1ml*1、10ml*1），盐城泓宇玻璃仪器厂；玻璃棒，盐城泓宇玻璃仪器厂；磁力搅拌器，上海闵行虹浦仪器厂；紫外可见分光光度计，上海菁华科技有限公司；紫外灯（150w*1、300w*1），杭州鸿雁电子有限公司；低速离心泵，上海医疗器械有限公司手术器械厂；调压变压器，苏州机床电器厂；分析天平，梅特勒一托利多仪器有限公司；循环水式真空泵，巩义市英峪子华仪器厂；远红外辐射干燥箱，上海浦东荣丰科技仪器有限公司。药品:h酸钠盐，上海三爱思试剂有限公司；盐酸，南京化学试剂有限公司；丝毛洗涤剂（需稀释），上海正章洗涤有限公司；柱状活性炭，江苏省溧阳市活性炭联合工厂；纳米ti，上海精细化工材料研究所；滤纸，杭州新华纸业有限公司；试纸，上海三爱思试剂有限公司；苯胺、醋酸酐、氯化钠固体、碳酸钠固体、去离子水、正丁醇、乙酸正丁酯、正丙醇、乙酸、吡啶、2%硫酸（98%的硫酸稀释49倍）、1%醋酸（冰醋酸稀释100倍），国药集团化学试剂有限公司。2.2、实验方法（1） 合成染料的过程中染料的ph用盐析法测，具体是将米粒大小氯化钠放入表面皿中，然后将12滴染料滴在上面，插入ph试纸，滴2滴水让其沿ph试纸往上爬，观察颜色，确定ph。（2） 分析染料的成份时用到薄板层析法，常用到的吸附剂为硅胶和氯化铝，根据目标检测物中不同的成分和吸附剂之间的吸附作用力不同，从而在展开剂上移动的速度不同而分开，使研究人员对目标物的成分一目了然。（3） 用拟合直线法来求染料的摩尔消光系数，具体是对不同浓度（推荐10-4到mol/l）下的溶液用紫外可见分光光度计测其吸光度，用吸光度对浓度作图，模拟直线，求出斜率即可和截距，其中斜率的值就是摩尔消光系数。（4）废水处理的时候可以用到活性炭吸附，紫外灯照射和ti光催化讲解，通过实验探索不同条件下的去除率，从而得出更加有效合理的方法。具体：活性炭吸附，把定量（0.2g0.6g）的活性炭加入到25ml废液中，在搅拌的条件下进行吸附，可以从不同的角度进行探索，如活性炭的量对吸附效果的影响，搅拌时间的影响，温度的影响等等。紫外灯照射，将25ml废液放入紫外灯下进行辐射，也可以从不同的角度进行探索，如紫外灯照射的时间，紫外灯的功率（150w、300w）进行二者的对比，紫外灯照射的距离等的影响。ti光催化降解，将0.1g左右的ti粉末倒入25ml废液中，搅拌30min，然后在紫外灯下面（10cm处）照射，这种方法可以从ti的量对处理效果的影响入手，也可以从紫外灯的照射时间不同入手，也可以用两个不同的功率进行对比。然后综合以上所有的方法，用正交试验法总结出一个最佳的方法。2.3、酸性红g的合成（1） 缩合 250ml三颈烧瓶中加入1.9935gh酸钠盐（灰色粉末），40ml水，20搅拌10min，再加4ml乙酸酐，升温至30反应半小时，此时变为黑色糊状物，冷却以后用将ph调到910，过滤，滤液保持在05。 方程式： （2） 苯胺的重氮化100ml烧瓶中加入0.603g苯胺（无色油状液体），3.5ml水，此时有油状液体漂在水面上，加入1.8ml30%的盐酸，这时油状液体消失，冷却到05，在510min内加入0.3994g亚硝酸钠（配30%的溶液），此时溶液略带黄色，搅拌5min，用刚果试纸和淀粉碘化钾试纸验证，两者都呈现蓝色。方程式： （3） 偶合将苯胺重氮液在05下在510min内加入在缩合液中，此时生成深红色的物质，并有泡沫产生，ph控制在8左右，5下搅拌一小时，染料（红色）全部析出后，过滤，干燥。得到红色的粉末，里面略带有白色针状晶体。称得产物的质量为2.05g。方程式： 2.4、酸性红g的分析（1） 酸性红g成分的分析将硅胶板105110下烘30min，然后放在干燥器中备用。取5mg染料溶于100ml水中配成溶液。然后用铅笔，直尺在硅胶板上离底边1cm左右处画一条直线，用毛细管吸取溶液在直线上点样，控制点的直径为12mm左右，如果点太淡，可以多点几次，但是不要超过5次，晾干。配展开剂：取8ml正丁醇，2ml乙酸，10ml去离子水混合，摇匀，此时液体分层，取上层清液即可。将点样已干燥的硅胶板放入装有展开剂的层析缸中，当展开剂爬到离板上端510mm时将板取出，记下溶液爬的距离，晾干，观察板上斑点，测量距离，计算值。（2） 酸性红g紫外可见吸收光谱的测定 称取0.0891g酸性红g溶于50ml容量瓶中，从中取出5ml，溶于50ml容量瓶中配成浓度为3.5mol/l的溶液，然后再将以上配好的溶液稀释十倍，得到3.5mol/l的溶液。然后用紫外可见分光光度计在波长为380nm580nm之间进行吸光度的测定，并绘制紫外吸收曲线。然后配45个浓度（10-5mol/l左右）递增的溶液，以531nm为基准，测不同浓度下的吸光度，做出工作曲线。 2.5、酸性红g的染色（1）羊毛毛线预处理0.5g毛线在4050放在25ml5g的丝毛洗涤剂中处理20min，然后充分水洗备用。（2）染浴配制0.4976g染料放在50ml烧杯中，加少量蒸馏水溶解（必须全部溶解），移入100ml容量瓶中，烧杯用蒸馏水洗23次，最后配成0.5%的染液。（3） 染色取2ml上述染液倒入250ml烧杯中，里面加入5ml2%硫酸，1ml1%醋酸，然后加蒸馏水稀释到50ml，得到染浴。升温到40，将羊毛放入里面开染，30min内均匀加热至沸，沸染4560min。过程中隔一段时间轻轻翻动毛线，使染色均匀，可以看到毛线的颜色由浅变深，而染浴的颜色由深变浅，随时补加水，继续沸染2030min，冷却至室温，充分洗涤，晾干。2.6、染色废水的处理 活性炭提前放入水中浸泡24h，移入烘箱烘干。 用紫外分光光度计测定废水的吸光度，算出其浓度。称0.7533g酸性红g，溶于100ml容量瓶，然后取1ml稀释1000倍，配200ml的模拟废水待用。 ti的光催化降解作用：100ml烧杯中加入20ml模拟废液（配八份），再加入0.15g的纳米ti粉末，在室温下用磁力搅拌器搅拌30min，置于150w紫外灯下10cm处辐射，然后离心除去ti，分别记录辐射5min，10min，15min，20min时废液处理前后的吸光度，进行比较，绘图。同样将另外四份置于300w的紫外灯下辐射，其他跟上述条件一样，探究辐射时间对去除率的影响。去除率= (a0 - a ) /a0 100%3.结果与讨论3.1、酸性红g的合成（1） 缩合 反应体系的温度要求是30，温度不能太高，以免酸酐分解，反应必然失败；加入碳酸钠是为了出去生成的乙酸，使反应正向进行，提高产率，但是加碳酸钠的时候速度不能太快，以免产生大量的二氧化碳发生冲料。（2） 重氮化 重氮化最重要的一点是温度的控制，一定要控制在05的范围内，温度稍高，重氮盐就会分解；另外就是酸度的控制，重氮盐必须在强酸性的条件下才能生成；再者就是水不能多加，以免抑制反应正向进行。（3） 偶合 这步最重要的是控制ph，ph值应控制在8左右，这是酸性红g自身的结构决定的，在ph=8的环境下，生成的酸性红g染色效果是最好的。=2.05g,=509g/mol,=463g/mol,=1.9935g，=4.306mol=0.603/93=6.484mol，=0.3994/69=5.788mol，可以得出h酸钠盐是不足量的，所以=4.306mol，=/=4.028mol,所以产率=/=93.5%。从结果可以看出，这次实验的产率比正常的要高一点，主要原因是里面有针状白色晶体，这是固体，是在重氮化的时候生成的；还有一种可能是称重的时候成品还没有完全的干了，有一定的水分，也会增加重量。3.2、酸性红g的分析（1） 酸性红g的成分的分析 层析板： 由图可以得出：=7.2mm,=30.6mm,=0.235（2） 酸性红g紫外可见吸收光谱的测定 以3.5mol/l的浓度为基准在波长为380580nm的范围内进行吸光度的测定，数据及绘图如下：波长l/nm380390400410420430440450460吸光度a0.1000.0740.0520.0380.0330.0390.0690.1070.174波长l/nm470480490498499500501502503吸光度a0.2380.3020.3860.4640.4700.4800.4860.4910.494波长l/nm504506507508509510511512513吸光度a0.5000.5020.5040.5070.5050.5070.5040.5040.500波长l/nm520522523524525526527528529吸光度a0.4990.5020.5070.5080.5090.5110.5140.5170.520波长l/nm530531532533534535536537538吸光度a0.5210.5230.5230.5220.5220.5210.5170.5120.507波长l/nm539540550560570580吸光度a0.5000.4930.3460.1640.0560.005从图可以看出，紫外吸收光谱的最大吸收波长有两个，分别是510nm和531nm，而且531nm处的吸光度更大一点，说明这种染料在这个波长下对对应光线的吸收能力更强。还可以看出在425nm左右有一最低峰，表明染料在这个波长下的吸收能力是最弱的。然后选择吸收最强的波长（531nm），可计算染料的摩尔消光系数。由公式a=cl得：=1.494l/(molcm）配制5个不同浓度的溶液，然后在最大波长（531nm）处测定吸光度，绘制工作曲线，如下：浓度c/mol/l3.571.051.41.75吸光度a0.0120.0710.1290.1870.246 由图可得，在浓度比较小的情况下，吸光度与浓度呈线性关系，斜率为16685.71429，截距为-0.0462，所以得出直线的方程为a=16685.71429c-0.0462。理论上二者是呈正比例关系的，即截距为零，引起这种偏差的主要原因是待测液和参比液不是很澄清，尤其是参比液，从头至尾都没有换过；还有就是比色皿本身就不太干净，所以要在实验之前洗干净；再者就是还没等数字稳定下来就读，这也是一个比较重要的注意事项。3.3、酸性红g的染色（1）羊毛毛线预处理毛线在洗涤前里面的杂质是很多的，这些杂质都会影响羊毛的染色效果，比如说使染色不均匀，所以染色前洗涤是必要的，同时温度的控制也是很重要的，虽然温度越高，杂质越容易溶解，但是羊毛的化学成分是蛋白质，温度太高就会使蛋白质分解，从而破坏了羊毛的结构，那么之后所做的一切都没有什么意义，所以温度要控制在4050。（2）染浴的配制染液就是将染料配成溶液，但是浓度是多少是这个实验要考虑的，最理想的是配0.5%左右，因为染液是为后面配制染浴做准备的，如果配的太浓，那么不仅浪费了染料，更重要的是染出来的颜色不是鲜红发亮的，而是发黑的；而太稀了则颜色太淡，也不是实际生产中所要的效果。所以染液的浓度要控制好，这是继续下面的实验很重要的一步。（3）染色酸性红g是酸性染料，而影响酸性染料染料效果的因素有ph，染色温度和时间。所以要在里面加入染色不是单纯的将毛线放入染液就可以，而是先得在里面加硫酸和醋酸配成染浴，一是能降低体系的ph值，降到酸性红g的等电点以下，从而使酸浴吸收氢离子，氨基离子化，然后与染料阴离子形成盐键而完成染色；二是先后加入不同的酸有助于染色均匀。然后就是适当控制温度和时间，对时间和温度的控制主要是根据染料聚集倾向大小、扩散性、移染性的高低来控制的。始染温度，升温速率，染色时间的有效控制来达到匀染、透染的目的。染色完成后洗涤时羊毛基本上是不褪色的，然后晾干，羊毛呈现鲜红，发亮的效果。3.4、染色废液的处理 用紫外分光光度计测定废水在波长为531nm的吸光度为0.201，根据式子a=16685.71429c-0.0462可求出=1.48mol/l，可以看出废水浓度已经是很小了，表明染色效果还是比较好的。二氧化钛的光催化作用影响二氧化钛光催化降解作用的因素有二氧化钛的用量，光照时间，光照距离和光照强度等等。现在将二氧化钛的量定为0.15g，光照距离为10cm，我们探究光照强度和光照时间对去除率的影响。测得=0.203，=1.49mol/l。实验记录数据如下：时间t/min吸光度a去除率m%紫外灯功率150w50.16021.2100.12339.4150.02587.7200.02090.1紫外灯功率300w50.15324.6100.11742.4150.00498.0200.00398.5然后用去除率对时间作图如下：由上图可以得出单看图p=150w或p=300w的每一段，1015min线段的斜率要大于510min的斜率，说明光照时间在1015min范围内对去除率的影响更大一些，而15min20min的斜率几乎趋于零，说明从15min开始光照时间对去除率的影响很小，几乎可以忽略；从整个图看，去除率是随着光照时间的增加而增大，到15min增加十分缓慢，20min后趋于水平，在实际工业应用中20min就是最合适的时间了。如果将两个图结合起来看p=300w的图始终在p=150w图的上面，说明光照强度对去除率也是有影响的，去除率随着光照强度的增大而增大。综上所述，可以得出在二氧化钛量为0.15g，紫外灯有150w和300w，并且光照距离是10cm时的条件下，处理浓度为1.49mol/l的酸性红g废水时，最佳的方案为选用300w的紫外灯，光照时间是20min,这样可以达到去除率为98.5%的效果。4. 本实验的分析 （1）做一个反应的时候，不是光考虑反应物的量的多少就可以了，体系ph的控制，温度和反应时间也是很重要的。所以做反应之前要搞清楚反应物和产物的性质、适应的温度酸度等，这些都是实验成功的重要因素。 （2）在实际做一个反应的时候，往往生成的产物不是理论中得到的那样，里面可能混有杂质，产物的颜色，状态等不同，这些问题都会影响到实验的结果，所以要培养自己分析出现这些情况原因的能力。 （3）观察到实验中染出的毛线颜色比较淡，可能的原因是沸染的时间不够，不能够充分使染液与羊毛形成盐键，达到好的效果。 （4）点样的时候必须干燥，以免样点四处扩散而影响实验结果。 （5）用紫外分光光度计测吸光度是溶液的浓度不能太大，也不能太小，一般吸光度在0.20.7时的误差最小，所以所选浓度应尽量在这个范围内。 （6）在废水处理这步，可以找几台功率都不相同的紫外灯，在其他条件都一样的情况下，探究功率对吸附率的影响，可设置p=50w、100w、150w、200w、250w、300w, 这也是非常必要的；还可以探究酸度对去除率的影响，分别设置ph为2、4、6、8、10、12，然后得出结论。 （7）在染色过程中，可以同时配制色度为1%、2%、3%、4%、5%的染浴，在相同的条件下染色，将羊毛晾干后观察颜色及色泽，对比以后可以看出染浴色度为多少的时候染出来的羊毛的颜色最好，这在工业生产中是最重要的，不仅可以节省原料，降低成本，而且还可以达到好的效果。 （8）本实验整体来说在操作方面没有什么难度，主要是培养学生一个分析问题的能力以及了解酸性染料在实际工业生产中的操作流程。参考文献： 1 卢建杭等.印染废水混凝脱色与染料结构及混凝剂种类间的关系j.工业水处理，1999， 19（4）：32-34. 2 阎存仙.粉煤灰吸附去除活性艳蓝x-brj.上海交通大学学报，1998，9. 3 杨宇翔等.硅藻土脱色机理及其在印染废水中的应用研究j.工业水处理，1999，10. 4 周荣丰，刘剑平，高廷耀.酸性大