明胶微球的制备及其对直接染料脱色性能研究_王学川

印染助剂

TEXTILE AUXILIARIES

Vol.29No.5May 2012

第29卷第5期2012年5月王学川，郝晓丽，贺宝元

（陕西科技大学轻化工助剂化学与技术省部共建教育部重点实验室，陕西西安710021）

摘要：以明胶为原料,戊二醛为交联剂,采用乳化交联法制备明胶微球,利用扫描电镜(SEM)和激光粒度分析仪对明胶微球

进行表征.探讨了搅拌速度、明胶用量、水油相体积比和乳化剂用量等制备条件对微球粒径的影响,结果表明:微球粒径随搅拌速度和乳化剂用量的增大而减小;随明胶用量和水油相体积比的减小而减小.同时选取了3种常见直接染料直接大红4BE 、直接蓝2B 和直接黄R,研究明胶微球对直接染料的脱色性能,结果表明:明胶微球对直接染料脱色性能良好,具有潜在的应用前景.

关键词：明胶微球;制备;直接染料;脱色性能中图分类号:TQ316

文献标识码:A

文章编号:1004-0439(2012)05-0014-04

Study on preparation of the gelatin microspheres and its

decolorization performance for the direct dyes

WANG Xue ⁃chuan,HAO Xiao ⁃li,HE Bao ⁃yuan

(Key Laboratory of Chemistry and Technology for Light Chemical Industry,Ministry of Education,

Shaanxi University of Science and Technology,Xi′an 710021,China)

Abstract:The gelatin microspheres were prepared by the emulsion-crosslinking method,using the gela ⁃

tin as raw material and glutaraldehyde as crosslinking agent.The gelatin microspheres were characterized by scanning electron microscope (SEM)and laser particle size analyzer.The influences of preparation conditions including stirring speed,gelatin dosage,water/oil volume rate and emulsifier dosage on the particle size of the microspheres were studied.The results showed that the particle size of gelatin microspheres decreased with the stirring speed and emulsifier dosage increasing,and decreased with the gelatin dosage and the water/oil volume rate decreasing.The decolorization behavior of the gelatin microspheres for the common direct dyes in ⁃cluding Direct Red 4BE,Direct Blue 2B and Direct Yellow R were also studied.The results indicated that the gelatin microspheres had good decolorization performance for the direct dyes and had a potential application prospect.

Key words:gelatin microspheres;preparation;direct dye;decolorization performance

收稿日期：2011-08-24

基金项目：国家自然基金项目(21076120);陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项(S2010ZDKG695)

作者简介：王学川(1963-),男,山西运城人,教授,工学博士,博士生导师,主要从事绿色皮革化学品和清洁技术研究与教学.

印染废水是我国工业废水的主要来源之一[1],随

着人们环保意识的不断增强,对染料废水的高效处理已成为目前十分迫切的工作.染料废水的处理方法很多,主要有絮凝,沉淀,膜过滤,氧化,吸附,光降解等.[2-4]吸附法不仅操作简单,而且吸附是可逆过程,在不同

条件下可以实现吸附剂的再生.所以,吸附法是处理有色废水的一种较好的方法.[5]目前,文献报道的吸附剂有活性炭、树脂、工农业废弃物等多孔性固相物质,但活性炭和树脂处理成本相对较高[6-7],而直接用工农

业废弃物,其处理效果并不理想[8-9].

明胶微球的制备及其对直接染料

脱色性能研究

5期王学川，等：明胶微球的制备及其对直接染料脱色性能研究

明胶是一种重要的天然高分子化合物,来源于动物结缔组织中的胶原纤维,其分子链上有相当多的活性基团,如氨基、羟基、羧基等,能与染料分子上的羟基、氨基、偶氮基、磺酸基,以离子键或氢键的方式结合.[10]本文采用乳化交联法制备了明胶微球.作为吸附材料,其比表面积越大,活性吸附位点越多,吸附效率也越高.[11]而一定结构的颗粒,粒径越小,比表面积越大.[12]故以微球粒径作为考察指标,研究搅拌速度、明胶用量、水油相体积比和乳化剂用量对微球粒径的影响,优化出最佳制备参数.并选取3种常用直接染料,研究了明胶微球对其脱色性能.

1试验

1.1试剂及仪器

试剂:明胶(Tech,河北省沧州市学洋明胶有限公司),戊二醛(分析纯,50%,天津市福晨化学试剂厂),液体石蜡(分析纯,天津市红岩化学试剂厂),Span-80(分析纯,天津市津东天正化学试剂厂),直接大红4BE、直接蓝2B和直接黄R(商品染料,天津市染料化学第二厂),丙酮、异丙醇(化学纯,郑州派尼化学试剂厂).

仪器:HJ-3数显恒温磁力搅拌器、SHZ-C水浴恒温振荡器(上海浦东物理光学仪器厂),TDL-40B台式离心机(上海安亭科学仪器厂),BS224S型电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司),DHG-101A-1C电热恒温鼓风干燥器(上海沈荡中新电器厂),JSM-6700F 型冷场发射扫描电镜(日本电子),VECTOR-22傅立叶红外光谱仪(德国BRUKER公司),PHS-2C型精密酸度计(上海雷磁仪器厂),722N型可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司),Mastersizer2000型激光粒度仪(英国Malvern仪器有限公司).

1.2明胶微球的制备

将30mL质量分数为10%的明胶水溶液加热至60℃,在一定速度的机械搅拌下,将其加入到210mL 液体石蜡和一定量Span-80的混合溶液中,60℃下乳化30min,然后冷却到0~10℃,缓慢滴加0.5mL戊二醛,交联反应2h.反应完成后,在离心机上离心3min,将产物用丙酮和异丙醇交替洗涤6次,放入50℃烘箱中干燥1h,即得到淡黄色的明胶微球细末.

1.3明胶微球的表征

粒径:取少量不同条件下制备的明胶微球样品,分别将其悬浮于一定体积的蒸馏水中,采用超声波使微球充分分散后,进样,利用激光粒度仪测定各样品的粒径.

表面形貌:取少量在最佳条件下制备的干燥明胶微球,用双面胶贴在样品台上,轻吹使微球在双面胶上均匀摊开.然后将样品放在真空条件下,通电电流

8~10mA,喷金处理60s后,用冷场发射扫描电镜观察微球的表面形貌,拍照.

1.4明胶微球脱色性能试验

分别取100mL质量浓度均为0.5g/L的直接大红4BE、直接蓝2B和直接黄R染料溶液于碘量瓶中,调溶液pH=3.5,各加入0.1g明胶微球,放入40℃恒温水浴振荡器中振荡2h,过滤,采用可见分光光度法测定用明胶微球处理前后直接大红4BE、直接蓝2B和直接黄R染料的质量浓度,并利用如下公式[13]计算明胶微球对3种染料的脱色率(R).R=(1-ρ/ρ0)×100%,式中:ρ0为染料溶液的初始质量浓度,g/L;ρ为滤液中残余染料质量浓度,g/L.

2结果与讨论

2.1不同制备条件对明胶微球粒径的影响

2.1.1搅拌速度

由图1可看出,粒径分布较宽,说明搅拌速度对粒径的影响较大.随着搅拌速度的增大,粒径迅速减小, 1150r/min时粒径最小.因为搅速较低时,水相受到的作用力较小,不能被有效地分散成液滴,形成的乳液也不够稳定,液滴易沉降或相互接触,得到的微球粘连,粒径较大;搅速增大后,乳液各个部位受到的剪切力增大并趋于均匀,不易发生沉降而相互聚集,因此能形成尺寸较小、较均匀的液滴,从而得到粒径较小的微球.[14-15]但在1150r/min之后粒径反而增大,原因是搅速过大,形成的微球粒径细小,比表面积很大,致使体系表面能升高,使其成为一个不稳定的热力学体系,颗粒间产生范德华力或化学键,导致颗粒表面极易与其他原子相结合而成为动力学稳定体系,发生团聚.[16]为了减小机械损耗且避免团聚现象,制备明胶微球时搅拌速度控制在950~1150r/min.

搅拌速度/(r·min-1)

明胶10%,水油相体积比1∶7,乳化剂2%

图1搅拌速度对微球粒径的影响

粒

径

/

μ

m

80

600

100

●

1200

9001500

●

●

●

●

●

60

40

20

15