生物酶和化學助劑相結合，具有很強的適應性和靈活性的新工藝，下面是小編蒐集整理的一篇探究生物酶和化學助劑相結合效果的論文範文，歡迎閱讀檢視。
棉及棉型(棉與其他天然或合成纖維混紡或交織織物)織物印染前處理的重污染工序主要包括3道化學溼處理工藝:退漿、精練和漂白。其主要任務是除去坯布上的漿料和棉纖維中的天然雜質，以保證後續染整加工的順利進行。目前常用的前處理工藝適合大多數純棉織物的退漿精練和漂白長車法工藝，適用於彈力織物的冷軋堆和漂白二步法以及適合薄型織物退煮漂一浴法等。在傳統前處理工藝中，燒鹼作爲皂化劑將果膠、油蠟、蛋白質後水解，再用表面活性劑將分解物乳化和分散後從棉纖維上去除。但鹼對大多數漿料來說沒有化學降解作用，漿料溶脹，溶落的漿料直接進入水洗槽。隨着退漿和水洗過程的進行，水洗槽中的漿料濃度越來越高，洗液黏度越大，漿料容易重新沾污到織物上，因此，煮練後必須用大量的清水洗滌，增加了污水排放量，污水COD值高，且不易降解。
近年來新興的一些退漿技術，例如超聲波退漿、等離子體退漿、超臨界二氧化碳退漿、Fenton試劑退漿和尿素/H2O2體系退漿等，雖然退漿效果好，但是昂貴的費用使其仍處於起步階段，尚未實現工業化。尿素/H2O2體系退漿，雖然提出了將COD消減在工藝過程中的理念，但是會在廢水中引入氨氮這種比COD更難以去除的物質，且處於實驗室研究階段;Fenton試劑則會使織物出現顏色，並且容易致使布面出現破洞，其應用受到了限制。酶退漿作用條件溫和，對纖維基本上沒有損傷，處理後手感豐滿，柔軟有光澤，且染色、印花後色光純正，是一種理想的退漿方式。但澱粉酶退漿，對含PVA漿料的坯布退漿效果不理想，而目前爲止採用PVA降解酶進行棉織物的退漿還僅僅停留在實驗室階段。同時單獨酶法退漿由於加入了有機物，會使廢水中COD增高，該工藝節能效果好，廢水減排並不理想。
本文采用生物酶和化學助劑相結合，具有很強的適應性和靈活性的新工藝。新工藝利用生物複合酶的優點，在中性和較溫和的溫度條件下去除棉織物上的部分雜質，破壞雜質在棉織物上的完整結構，將分子中的鍵開啟，有助於化學助劑發揮作用。隨後過氧化氫原位可使澱粉、PVA氧化分解或降解成小分子物質，黏度降低，再經水洗，很容易被洗脫。酶法新工藝流程短，減少前處理過程的能源消耗，降低廢水的COD值，產生的污水BOD/COD值增大，污水的可生化性提高，污水易處理。
本文將此酶氧前處理新工藝與傳統鹼氧前處理工藝在水、電、汽消耗及廢水的可生化性方面進行對比，並對新工藝處理棉織物各項指標(白度、毛效、棉籽殼去除率、退漿率和強力等)進行測試。同時採用模擬的手段，分別對過氧化氫和氫氧化鈉對聚乙烯醇在溶液均相體系中的作用進行分析，以期對新工藝的原理有更深入的理解。
1、實驗部分
1.1實驗材料
全棉府綢(坯布)經緯紗絨密度爲9.72tex，經緯密均爲551根/10cm，面密度爲120g/m2，浙江稽山印染有限公司提供。
1.2實驗藥品
NaOH、H2O2(30%)、PVA1799均爲分析純，國藥集團化學試劑有限公司;氧漂穩定劑、高效精練劑、耐鹼滲透劑、螯合分散劑、JFC等，以上藥品等級均爲工業級;生物酶複合製劑HD-100、生物酶增效劑HD-101、H2O2受控分解劑HD-181均爲工業級，上海漢達染整有限公司提供。
1.3實驗設備
燒毛機、退煮漂聯合機爲生產型設備;SNB-2型數字旋轉黏度計(上海地學儀器研究所);切割相對分子質量爲100000、50000、10000、3000和1000的超濾膜(上海艾研生物科技有限公司);Millipore/8400型超濾杯(美國Millipore公司);H10K-S型雙臂萬能材料試驗機(美國TiniusOlsen公司);Elmendorf撕裂試驗機(美國Thwing-Albert公司);ZBW04019型毛細測試儀(上海羅衆科技研究所);Datacolor650型測色配色儀(美國Datacolor公司)。
1.4前處理工藝
以下均爲工業化的工藝流程和處方，所有處理均在工廠採用工業化設備進行。選用目前工業界常用的燒鹼退漿煮練和氧化漂白長車法工藝。
1.4.1退漿及煮練工藝工藝處方:採用質量濃度分別爲40g/LNaOH，8g/L高效精練劑，8g/L耐鹼滲透劑，4g/L螯合分散劑。工藝流程爲:進布→平洗1(70～75℃)→平洗2(90～95℃)→浸軋工作液(帶液率100%)→浸軋工作液(帶液率100%)→汽蒸箱保溫堆置(100℃，90min)→平洗3(90～95℃)→平洗4(80～85℃)→平洗5(80～85℃)→平洗6(65～70℃)→平洗7(常溫)。車速爲50m/min。
1.4.2氧漂工藝工藝處方:採用質量濃度分別爲4g/LH2O2，6g/L氧漂穩定劑，4g/L高效精練劑，6g/L耐鹼滲透劑，4g/L螯合分散劑，pH=10.5～11。工藝流程爲:進布→平洗1(常溫)→浸軋氧漂工作液(帶液率100%)→浸軋氧漂工作液(帶液率100%)→汽蒸(100℃，45min)→平洗2(90～95℃)→平洗3(80～85℃)→平洗4(80～85℃)→平洗5(常溫)→烘乾→落布。車速爲50m/min。
1.5酶氧前處理新工藝
以下均爲工業化的工藝流程和處方，所有處理均在工廠採用工業化設備進行。
1.5.1生物催化工藝處方:採用質量濃度分別爲5g/L生物酶複合製劑HD-100;2g/L生物酶增效劑HD-101;2g/LJFC。工藝流程爲:進布(燒毛後坯布)→浸軋生物催化工作液(帶液率爲100%)→汽蒸箱保溫堆置(60℃，60min)→出布。
1.5.2受控氧化工藝處方:採用質量濃度分別爲10g/LH2O2，10g/LH2O2受控分解劑HD-181，2g/LJFC，pH=10.5～11。工藝流程爲:進布(退漿後)→平洗1(常溫)→浸軋氧漂工作液(帶液率爲100%)→浸軋氧漂工作液(帶液率爲100%)→汽蒸(100℃，70min)→平洗2(90～95℃)→平洗3(80～85℃)→平洗4(80～85℃)→平洗5(常溫)→烘乾→落布。車速爲50m/min。
1.6測試與分析
1.6.1測試指標與分析方法
爲了研究前處理的能耗與排污量，按照相應的'國標方法，對廢水流量、pH值、COD值、BOD5值和水溫(溫度計法)進行監測，並根據印染企業綜合能耗計算導則、清潔生產標準(棉印染)、國家發展和改革委員會(印染行業准入條件)、以及企業水平衡測試通則，測算全流程的水、電、汽消耗以及COD排放情況。
1.6.2能源消耗的定量表徵
由於各種能源所含熱值不同，採用的實物計量單位也不一樣。因此，爲了便於對各種能源進行彙總計算和對比分析，應將各種能源的實物單位折算成統一的標準單位，即能源度量單位。我國目前採用標準煤爲能源的度量單位。參考標準FZ/T01002—1991《印染企業綜合能耗計算導則》，能源折標準煤系數見表1。
1.6.3測試不同處理條件下PVA溶液的黏度
爲了測試不同處理條件對PVA溶液的影響，採用模擬實驗方法，分別測定了過氧化氫和氫氧化鈉對PVA均相溶液反應的黏度，並對顏色拍照進行對比。H2O2處理:採用質量濃度分別爲10g/LH2O2、10g/LH2O2受控分解劑HD-181、20g/LPVA，在pH=11，溫度100℃的條件下，處理60min。NaOH處理:採用質量濃度爲40g/LNaOH和20g/L的PVA溶液在溫度100℃的條件下處理60min。
1.6.4不同處理條件下PVA溶液相對分子質量爲驗證H2O2對溶液中PVA的降解作用，選用原料PVA(PVA1799)溶液、H2O2作用後的PVA溶液和鹼煮後的PVA溶液分別用切割相對分子質量爲100000、50000、10000、3000和1000的超濾膜過濾，測定過濾前原液和濾液的COD濃度，分析不同處理條件下PVA的降解分子質量及其分佈，3種PVA溶液的處理條件分別如下。
H2O2處理:採用質量濃度分別爲10g/LH2O2、10g/LH2O2受控分解劑HD-181、5g/LPVA，在pH=11，溫度100℃的條件下，處理3h(因H2O2在1h後還有少量殘餘，影響COD測定準確性，所以延長處理時間爲3h，此時無殘餘H2O2)。NaOH處理:採用質量濃度爲20g/LNaOH和5g/LPVA溶液在100℃處理3h(處理時間同H2O2處理)。原料採用質量濃度爲5g/LPVA溶液。
1.6.5織物性能測試
織物的斷裂強力參照GB/T3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》進行測試。織物的撕破強力按照GB/T3917.1—1997《紡織品織物撕破性能第1部分撕破強力的測定》進行測試。織物的退漿率使用高氯酸-分光光度計法測試。棉籽殼去除率:記錄布樣上10cm×10cm的方格內處理前後棉籽殼數變化。織物白度使用Datacolor650測色配色儀(美國Datacolor公司)進行測試。毛細效應按照FZ/T01071—2008《紡織品毛細效應試驗方法》進行測試。
2、結果與討論
2.1新工藝與傳統工藝能耗比較
按照1.6的測算方法，對傳統工藝和新工藝的全過程進行了節能減排監控，測算了全流程的水、電、汽消耗以及COD排放情況。測算結果如表2所示。從表得知，與傳統工藝相比，新工藝的水、電、汽用量下降很多，新工藝節電9.82%，節水25.63%，節汽33.77%，摺合標煤節標煤32.70%。
由此說明，酶氧前處理新工藝具有顯著的節能減排效果。
2.2新工藝與傳統工藝廢水生化性比較
按照1.6所述方法，測試新工藝與傳統工藝的廢水各項生化性指標，對比結果如表3和圖1所示。
從表3得知，新工藝廢水COD的產生量較傳統工藝有大幅減少，新工藝廢水的BOD值增大，可生化性(B/C)值由0.24提高到0.41，使廢水的可生化性大大提高，使難處理的退漿精練廢水易於生化處理，廢水的黏度爲4.00mPa·s，比傳統工藝廢水的黏度30.4mPa·s降低了86.8%，不易返沾織物。圖1所示傳統鹼退漿的廢水顏色爲棕褐色，新工藝的退漿廢水爲乳白色。在傳統濃鹼高溫條件下，漿料溶脹進入工作液中，工作液很快就會變得黏稠，廢水色度加深，難生物降解，廢水的末端處理難度大，從而會增加單位產品廢水的處理費用。而複合酶前處理新工藝，複合酶保溫處理1h，作用後的坯布用少量的水洗後進入蒸箱蒸煮，漿料和布中的雜質在蒸箱中，經雙氧水和高溫汽蒸作用下發生分解。在雙氧水汽蒸工序中，既實現了進一步的退漿和精練漂白，也使COD污染物原位降解，即在水洗前，布上的雜質就發生了分解，水洗時雜質已經變爲小分子，使廢水易於生化處理。這符合將污染物消除在工藝過程的清潔生產原則。
2.3H2O2對PVA溶液的氧化降解作用
爲了進一步研究H2O2對PVA溶液的降解作用，採用模擬實驗方法，分別測定了H2O2和NaOH對PVA均相溶液反應的黏度，並對溶液顏色進行對比，此外，還將不同條件處理後的PVA溶液在60℃下烘乾24h，觀察其成膜情況。實驗結果如表4所示。
從表4可知，僅用NaOH處理後PVA溶液顏色變爲紅棕色，黏度略有降低。而在H2O2分解的情況下，由於降解作用使PVA溶液變爲乳白色，其黏度明顯降低。由此說明，H2O2在分解去除棉織物上雜質的同時，能夠對PVA漿料進行明顯的氧化降解。從表4還可以看出，未經任何處理和鹼煮處理的PVA水溶液，在烘乾後，都呈現成膜狀態，且鹼煮處理的PVA水溶液，烘乾後爲紅棕色薄膜，純PVA水溶液烘乾後爲透明狀薄膜。而經雙氧水處理後PVA水溶液烘乾後，爲白色的顆粒狀固體，在烘乾過程中不能成膜。
爲驗證H2O2對溶液中PVA的降解作用，採用模擬實驗，分別測試H2O2和NaOH與PVA均相溶液反應後的相對分子質量，採用切割相對分子質量爲100000、50000、10000、3000和1000的超濾膜過濾反應液，測定過濾前原液和濾液的COD濃度，分析在不同處理條件下PVA的降解相對分子質量及其分佈，結果如表5所示。
從表中可見，NaOH處理後的PVA溶液在過濾時，有97.7%的PVA分子可以透過切割相對分子質量爲100000的超濾膜，說明97.7%的PVA相對分子質量小於100000，5.6%的PVA可以透過切割相對分子質量爲50000的超濾膜，說明94.4%的有機物被超濾膜截留，證明鹼煮後94.4%的相對分子質量大於50000，10000以下的超濾膜PVA沒有被檢出，說明PVA相對分子質量均大於10000，這說明鹼煮對PVA漿料大分子基本沒有降解作用，在熱鹼作用下，絕大多數的PVA發生溶脹以溶膠狀態留在溶液中。從表5還可看出，雙氧水處理後的PVA溶液經過過濾時，全部可以透過切割相對分子質量爲100000、50000、10000的超濾膜，說明原來平均相對分子質量是77000的PVA，均降解爲相對分子質量10000以下的小分子有機物，其中相對質量在1000以下的小分子有機物含量佔到55.6%。所以H2O2來的漿料容易水洗，同時易於後續的廢水處理。
因此，H2O2處理和NaOH處理相比，PVA相對分子質量、黏度顯著降低，廢水顏色變淺，PVA在雙氧水處理中得到了降解，提高了廢水可生化性，使難處理的退漿精練廢水易於經濟的生化處理。
2.4生產布樣的性能指標
在樣本生產時進行了取樣，對製備半製品的性能指標進行了測試，結果如表6所示。從表中可以看出，新工藝全棉府綢半製品的各項指標均與傳統工藝半製品指標相當，棉籽殼完全去除，克服了酶處理棉籽殼處理不淨的問題，完全滿足後續的染色印花需求。
3、結論
1)棉織物在酶氧前處理新工藝中的退漿率較高(≥90%)，色度低，COD值比傳統鹼退煮前處理工藝降低34.09%，節水25.63%，節約蒸汽33.77%，節電9.82%，綜合節能32.70%。
2)棉織物酶氧前處理新工藝與傳統工藝的廢水相比，PVA相對分子質量、黏度顯著降低，廢水顏色變淺，同時廢水可生化性提高，使難處理的退漿精練廢水易於經濟的生化處理。
3)經棉織物酶氧前處理新工藝處理後的棉織物各項指標:白度、毛效、棉籽殼去除率、退漿率和強力等均達到半製品質量要求。
參考文獻:
[1]閻克路.染整工藝與原理:上冊[M].北京:中國紡織出版社，2009:54-62.