汤月华,吴海燕,王 霞,张 翔,王晓广*
(1. 武汉纺织大学 纺织与材料学院, 湖北 武汉 430073; 2. 武汉中升化学品厂, 湖北 武汉 430064)
ST-T 接枝淀粉的可生化量分析
汤月华1,吴海燕2,王 霞2,张 翔1,王晓广1*
(1. 武汉纺织大学 纺织与材料学院, 湖北 武汉 430073; 2. 武汉中升化学品厂, 湖北 武汉 430064)
通过可生化量即生化需氧量(BO D)与化学需氧量(CO D)的比值对一种已在市场中得到应用的接枝淀粉(ST-T)进行生物降解性评价。测定结果表明ST-T的可生化量的平均值是0.340,是PVA的27-85倍,也比酸解淀粉的可生化量值略高,具有十分优异的生物降解性。
可生化量;生化需氧量;化学需氧量;接枝淀粉
在纺织厂的生产中,除单纤长丝、加捻长丝、变形丝、网络度较高的网络丝外,大多数经纱在织造前都必须经过上浆,目的是通过浆纱赋予经纱抵御外部复杂机械力作用的能力,经纱的耐磨性得到改善,纱线毛羽帖伏,表面光滑和纤维的集束性得到改善,纱线断裂强度提高,提高经纱的可织性,所以浆纱是织造不可缺少的一环[1]。
纺织经纱上浆所用的粘着剂主要有淀粉、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸酯三大类。淀粉由于其经济性、环保和资源的再生性是目前使用最为广泛的主浆料, PVA因其优异的耐织性几乎无可取代,但不易降解,织物退浆排放污染环境,已成为印染污染的主要成分之一,为此我国行业协会从1999年提出不用PVA[2,3],不用PVA已成为纺织经纱上浆最为迫切解决的难题,在强调绿色经济和可持续发展的现代社会,用淀粉取代PVA就成为棉纺织行业的追求的目标,而接枝淀粉作为取代PVA的“绿色浆料”已成为纺织浆料行业的广泛共识和研究方向[4,5]。接枝淀粉作为一种取代PVA的浆料逐渐被企业接受,但由于接枝淀粉所采用的接枝单体和接枝率的不同,其生物降解性同样受到质疑,如醋酸乙烯(VAc)单体接枝淀粉接枝部分(PVAc)的可生化量与PVA就没有什么区别,因此,评价接枝淀粉的可降解性显得非常迫切。本文对已在山东、河南、湖北等部分纺织厂所应用的ST-T接枝淀粉的可生化量进行分析,并籍由此为接枝淀粉的生物降解性评价提供参考。
1.1 原料与设备
ST-T接枝淀粉,接枝率8.6 %,武汉中升化学品厂;
带风扇的恒温培养箱,多通道空气泵装置,全玻璃回流装置,KDN-04型消化炉等。
1.2 试验试剂
符合 GB 6682-92 规定的3 级蒸馏水(水中铜离子的浓度小于等于 0.01 mg/L,不含有氯或氯胺等物质);七水合硫酸镁(MgSO4·7H2O,分析纯);六水合氯化铁(FeCl3·6H2O,分析纯);葡萄糖(C6H12O6,优级纯);谷氨酸(HOOC-CH2-CH2-CHNH2-COOH,优级纯);丙烯基硫脲,无水氯化钙,重铬酸钾,邻菲罗啉,硫酸亚铁,浓硫酸,硫酸银,硫酸汞,分析纯。
1.3 试验方法
1.3.1 BOD 的含量测定
实验中用到的接种水、盐溶液、稀释水、接种的稀释水及化学试剂均按照国家行业标准[7,8]配置。
取2 ml的2 g/L ST-T 接枝淀粉溶液加入到已接种的稀释水1000 ml中混匀,将试验样品温度升至约20℃,然后在半充满的容器内摇动样品,以便消除可能存在的过饱和氧。用接种稀释水进行平行空白试验测定。
将两种接种水的水样按采用的稀释比用虹吸管充满两个培养瓶,赶走瓶壁空气泡,盖上瓶盖,分为两组,每组都含有一瓶选定稀释比水样和一瓶空白溶液,置入培养箱并在暗中放置5天。
在计时起点测量每瓶中的溶氧量,在计时结束再分别测定每瓶中的溶氧量,测试步骤如下:
(1)溶解氧的固定
取样之后,立即向盛有样品的细口瓶中加1 ml二价硫酸锰溶液和2 ml碱性碘化物,使用细尖头的移液管,将移液管口插入到到液面以下,小心盖上塞子,避免把空气泡带走,将细口瓶上下颠倒转动几次,使瓶内的成分充分混合,静置沉淀最少5 min,然后再重新颠倒混合,保证混合均匀,将细口瓶运送至实验室。
(2)游离碘
确保所形成的沉淀物已沉降在细口瓶下三分之一部分,缓慢加人1.5 m1硫酸溶液,盖上细口瓶盖,然后摇动瓶子,要求瓶中沉淀物完全溶解,并且碘已均匀分布。
(3)滴定
称取细口瓶内的水样体积V1转移到锥形瓶内,用硫代硫酸钠滴定,加淀粉溶液作为指示剂,在接近滴定终点时,记录消耗硫代硫酸钠溶液的体积V2。
1.3.2 BOD 测定结果与计算
式中:M1—氧的分子量,M1=32;
V1—滴定时样品的体积,ml,取V1=100 ml;
V2—滴定样品时所耗去硫代硫酸钠溶液的体积,ml;
c—硫代硫酸钠溶液的浓度,mol/L;
V′—二价硫酸锰溶液和碱性碘溶液的体积)。
根据需要和接种水的来源,取湖水和土壤两种接种水[8],向每升稀释水中加1.0-5.0 ml接种水,将已接种水在约20 ℃下保存8 h,取该两种接种水加盐溶液得接种的稀释水,每种各两组,做空白试验,稀释水样BOD0= DO0'-DO0(表1)。
表1 两组接种稀释水的BOD含量值
将浓度2 g/L的淀粉溶液稀释500倍后加入接种稀释水中,测得水样试剂的溶氧量,水样试剂BOD = DO1
'-DO1-BOD0,则2 g/L的淀粉溶液为BOD*500(表2)。
表2 两组水样试剂的BOD含量值
1.3.3 COD 的含量测定
实验中用到的化学试剂均按照国家行业标准[9,10]配置。
硫酸亚铁铵标定: 准确吸取10.00 mL重铬酸钾标准溶液于500 mL锥形瓶中,加水稀释至110 mL左右,缓慢加入30 mL浓硫酸,摇匀.冷却后,加入3滴试亚铁灵指示液(约0.15 mL),用硫酸亚铁铵溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。
取20 mL水样,加入10 mL的重铬酸钾,插上回流装置,再加入30 mL硫酸硫酸银,加热回流 2 h,冷却后,用90.00 mL水冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶,溶液再度冷却后,加3滴试亚铁灵指示液,用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点,记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量V1。
测定水样的同时,取20.00 mL重蒸馏水,按同样操作步骤作空白实验,记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量V0。
1.3.4 COD 测定结果与计算
式中:V0/ml—硫酸亚铁铵滴定空白试验的体积
V1/ml—硫酸亚铁铵滴定水样的体积,V/ml—水样的体积
C(g/L)—硫酸亚铁铵的浓度实验中以2 g/L的ST-T 接枝淀粉溶液为水样,通过稀释10倍来测定其COD值,最终测得2 g/L ST-T 接枝淀粉COD平均值为1940左右。
测得ST-T的生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD),得出ST-T的可生化量的平均值是0.340(表3),通过对比可知ST-T拥有非常可观的降解性,甚至比公认的容易被降解的酸解淀粉的可生化量的值略高(表4),是良好的生物、化学可降解的纺织浆料。
本文按照国家行业标准测定了ST-T 接枝淀粉的生物需氧量和化学需氧量,通过BOD/COD来反映ST-T 接枝淀粉的可生化量,得出ST-T的可生化量的平均值是0.340,相比于PVA的可生化量0.004-0.009,其可降解性甚高。测试结果表明ST-T的可生化量甚至比公认的容易被降解的酸解淀粉的可生化量值略高,其拥有非常可观的降解性,应用于纺织浆料能降低污染物的排放并有益于环境保护。
表3 2 g/L ST-T的可生化量BOD/COD
表4 ST-T与其他淀粉及PVA的可生化量对比[6]
[1] 范学荣, 荣瑞萍, 纪惠君. 纺织浆料检测技术[M]. 北京: 中国纺织出版社, 2007.
[2] 赵媛媛. “不用PVA”进程中的重要里程碑 “全国浆料和浆纱技术2008年会”主推环保浆料[J]. 纺织服装周刊, 2008. 20.
[3] 赵媛媛. “无PVA上浆”让纺织品更环保[J]. 纺织服装周刊, 2008, 36.
[4] 张斌, 等. 替代PVA 的接枝变性淀粉浆料的研究[R]. 东华大学学报, 2005, 31(6): 86-89.
[5] 周永元. 纺织浆料的现状与发展[J]. 棉纺织技术, 2000, 7: 389-393.
[6] 俞震东. 变性淀粉的开发与进展和替代PVA的前景[R]. 中国淀粉工业协会变性淀粉专业委员会第八次学术报告经验交流会, 2005,2.
[7] GB/T 7488-1987, 水质五日生化需氧量(BOD5)的测定. 非稀释法和稀释接种法[S].
[8] GB/T 7489-1987, 水质溶解氧的测定. 碘量法[S].
[9] HJ/T 399-2007, 水质化学需氧量的测定. 快速消解分光光度法[S].
[10] GB/T 11896, 水质氯化物的测定. 硝酸银滴定法[S].
Biodegradability Quantity Analysis of ST-T Grafted Starch
TANG Yue-hua1, WU Hai-yan2, WANG Xia2, ZHANG Xiang1, WANG Xiao-guang1
(1. Institue of Textile and Material, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China; 2. Wuhan Zhongsheng Chemical Company, Wuhan Hubei 430064, China)
Evaluation of biodegradability is conducted on graft starch (ST-T) that has been applied in the market by testing biodegradability quantity (the ratio of BOD and COD). Result shows that average biodegradability quantity of ST-T is 0.340, 27-85 times as that of PVA, and slightly higher than that of acidolysis starch, featured by its extraordinarily excellent biodegradability.
biodegradability quantity;BOD;COD;grafted starch
TS111.8
A
1009-5160(2010)03-0005-03
*通讯作者:王晓广(1962-),男,副教授,研究方向:纺织浆料.
2010年中国纺织工业协会科技指导性项目(2010017).