PVA环保降解方法的探究

　　聚乙烯醇( PVA) 在我国主要用于石油化工、乳化剂、黏合剂、造纸、浆纱等方面，其中纤维加工占我国用量的28%。PVA 由于自身优异性能成为纱线上浆的首选浆料，但是由于其COD 值高，难降解，在绿色环保越来越被重视的当今社会，纺织行业的污水排放成了备受关注的焦点，因此，降解废水中PVA 的含量成为迫在眉睫的问题。本文以绿色环保为目的，通过加热降解、氧化降解、催化剂降解、紫外光照法降解4 种实验方法来探求如何低能耗、高效率的降解PVA。
　　1 实验
　　1. 1 材料
　　PVA( 1788、1799、2099 型) ，碘- 碘化钾，双氧水，二氧化钛，氯化镧混合稀土。
　　1. 2 仪器
　　电子分析天平，数显恒温水浴锅，紫外分光光度计，普通紫外灯箱。
　　1. 3 试剂配置
　　根据工厂织物挂浆率确定PVA 溶液的质量浓度为0. 033 g /L，3 种不同型号的PVA 各自称取0. 33 g，量取100 mL 蒸馏水，加热至PVA 完全溶解。显色液由硼酸和碘- 碘化钾二者来实现。硼酸溶液: 40 g 的硼酸溶于1 L 蒸馏水中。
　　碘- 碘化钾溶液: 12. 7 g 碘和25. 0 g 碘化钾溶于蒸馏水中，加热溶解，冷却后稀释至1 L。
　　PVA 标准系列溶液: 将上述标准液设置10个体积浓度梯度，取上述标准溶液1   10 mL，分别加入事先标号的10 个容量瓶中。每个烧瓶中均加入显色液( 10 mL 硼酸溶液和2 mL 碘- 碘化钾溶液) ，再用蒸馏水稀释至刻度线处然后摇匀，备用。
　　1. 4 最大吸收波长确定
　　取一个50 mL 容量瓶，向其中加入5 mL 已配置好的PVA 标准液和显色液混合均匀显色10 min; 向另外一个50 mL 容量瓶中只加显色液，再用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，在1 cm 石英比色皿中，以蒸馏水为参比，用紫外分光光度计来测定PVA 与显色剂形成的有色物质的吸光度及单纯的显色剂的吸光度的数值。在规定的550   750 nm 波长范围内用紫外分光光度计进行扫描。结果表明: 在扫描波长范围内，有色物质( PVA 标准液与显色液的混合液) 存在最大吸收波长分别为560、656、664 nm，而显色液在此范围内无吸收。
　　在测得最大吸收波长560、656、664 nm 处，用1 cm比色皿，分别测得上述标准系列溶液相对应的吸光度，分别找出3 种不同型号PVA( 1788、1799、2099) 的标准曲线方程分别为:
　　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 为PVA 体积浓度; y 为PVA 吸光度值。在后续实验中均是先测吸光度值，计算出该吸光度值对应的PVA 体积浓度，进而计算出降解率。
　　2 实验方法的研究
　　2. 1 加热法降解
　　量取3 种不同型号的PVA( 1788、1799、2099)标准液各10 mL，分别加入显色液显色10 min 后，加热至100  ，待颜色不变时，保温5 min 后停止加热，冷却至室温后用分光光度计分别采用最大吸收波长560、656、664 nm，对降解后的3 种PVA 标准液进行照射，测得吸光度值分别为0. 426、0. 784、0. 762。
　　将所得数值分别对照其标准曲线，代入式( 1)   ( 3) 标准曲线方程，求出3 种降解后的PVA对应的体积浓度分别是1. 791、3. 262、3. 333 mL /L。将体积浓度代入公式:
　　Cv = ( 1 - Cv降解后/Cv降解前) 100%得出降解率分别为: 82%、67%、65%，由此可以看出PVA 的聚合度越高越难降解。但是采用这种方法加热时间太长，因此不是最理想的选择。
　　2. 2 氧化法降解
　　2. 2. 1 单纯氧化剂氧化
　　降解机制: 在加热情况下双氧水会分解出大量的OH，OH 会破坏PVA 的大分子结构，切断其原来的碳碳键，最终将大分子结构降解CO2和H2O 等对环境无污染的小分子物质。
　　编号1   5 号烧杯，首先量取5 杯1788 型PVA标准液10 mL，依次加入显色液，顺次向各个烧杯中滴加H2O2 1、2、3、4、5 mL，调pH 值至8。常温下无任何反应。
　　加热至100  ，待颜色不变，保温5 min，令其充分反应后，冷却至室温测其吸光度，得到其降解趋势。
　　随着H2O2用量的逐渐增加吸光度数值逐渐减小。当H2O2用量足够大时，降解率接近100%。但由于H2O2用量太大同样会使污水的COD 值过大，从经济环保效果考虑并非是一种明智的选择。因此，单纯性双氧水氧化降解PVA方法不可取。
　　2. 2. 2 催化氧化法
　　选用TiO2、氯化镧混合稀土为催化剂，各取10 mL 3 种型号PVA( 1788、1799、2099) 标准液及显色液，给6 个烧杯编号。
　　采用上述方法催化，a、b、c 号烧杯内溶液没有发生明显降解，而d、e、f 3 个烧杯内溶液的降解率也都不高，达不到污水排放的标准。倘若加大催化剂的用量，成本昂贵。从经济方面考虑其可行性受到制约。
　　2. 2. 3 混合催化氧化法
　　编号A   D 烧杯各取1788 型PVA 标准液10 mL，最后加显色液显色10 min。H2O2在一定程度上可能会抑制稀土对PVA 溶液的降解，并且采用上述催化办法得到的降解率并不理想。可见混合催化的方法对于PVA 的降解效果依旧达不到理想状态。而且该方法的成本依旧是阻碍降解的一个难题。降解1799、2099PVA 的方法与1788 PVA 相同。2. 3 紫外光照催化氧化法降解PVA
　　2. 3. 1 降解机理
　　本文实验采用的紫外光催化降解PVA 是在反应体系中加入半导体材料TiO2，同时给予紫外照射。作用机制是TiO2在紫外光线作用下激发产生电子- 空穴对，吸附在TiO2表面上的溶解氧、水分子等与电子- 空穴对作用，产生OH、O2- ，其会与PVA 分子发生以下一系列的反应。PVA主链上的亚甲基或羟基上氢被生成的羟基自由基夺取，从而形成碳氧双键和碳碳双键，伴随着紫外光照射时间的延长，碳碳双键被氧气破坏掉，达到最终降解的目的。
　　2. 3. 2 催化剂用量的确定
　　在紫外光照射时辅助有TiO2的催化作用，故首先寻找最合适的催化剂用量。TiO2用量对降解率的影响可知催化剂使用剂量取2 g /L较合适。
　　将烧杯编号为1   8，分别取1788 PVA 标准液10 mL，催化剂加入对吸光度影响情况见表3，加显色液显色10 min，将各烧杯放入紫外光照灯箱，光照时间控制在10 h，光照强度25   100 W，测试不同功率的吸光度。
　　2. 4 光照法、加热催化剂法
　　取1788 PVA 10 mL，加入显色液显色10 min。取0. 02 g TiO2、0. 5 mL 双氧水、0. 02 g 氯化镧混合稀土加入标准液。在水浴加热的同时进行紫外光照，光照强度100 W，光照时间10 h。测得其吸光度的值为0. 277，对照标准曲线求得其体积浓度为0. 921 mL /L，与2. 3. 2 中8 号烧杯大致相同，可见加热对紫外线的催化并无作用。
　　3 结语
　　本文重点研究紫外催化氧化法，探讨紫外光照并以TiO2作催化剂，再加入少量氯化镧混合稀土，氧化剂，并辅以水浴加热，但是没有效果。加热法、氧化法等存在降解率低，耗能大等弊端。故想要根本性的让PVA 作为上浆浆料继续使用，必须重新寻找新的环保降解途径。