摘要
摘要
针对印染废水排放量大、成分复杂、色度高、降解困难、处理难度大、成本高等
问题，本研究拟开发一种价格低廉、高效的环保型生物基材料，应用于印染废水的脱
色中，提高脱色效率，降低脱色成本，达到大幅度节水减排的目的。本研究以壳聚糖、
明胶作为基本原料，制备出具有吸附和催化双重功能的生物基高分子铜配合物，其与
过氧化氢等氧化剂构成非均相类芬顿体系，应用在印染废水的处理中，可以有效去除
废水中的染料等有害物质，降低废水的色度。
探究壳聚糖与明胶铜配合物质量比、反应条件、交联条件等对制备出的生物基催
化剂的脱色效果、产量及其稳定性的影响，优化出催化剂的制备工艺条件，为：先将
壳聚糖溶解在1%的醋酸水溶液中，固液比为1∶50，充分搅拌，使其溶解，然后向溶
解均匀的壳聚糖胶体溶液中加入固体壳聚糖质量30倍的明胶铜配合物，在40℃下充
分搅拌，反应20min，然后升温至50℃，在反应液中加入40%固体壳聚糖质量的戊二
醛，继续搅拌，交联3h，最后过滤反应液。收集产物，并充分水洗，100℃烘3h，得
到生物基催化剂。
采用SEM、XPS、FTIR、BET等方法对生物基催化剂的形态结构和化学结构进行
了表征，通过探讨催化剂在不同应用条件下的脱色率和失重率等对其稳定性进行了评
价。结果表明，催化剂为介孔材料，表面粗糙不平，并且铜成功负载在催化剂上；催
化剂结构上含有壳聚糖和明胶的特征基团；催化剂具有吸附和催化双重功能；催化剂
耐40℃热水性能好，重复脱色四次，总失重率不超过2%，而催化剂在过氧化氢体系
中，稳定性差，失重率较大，重复使用四次，第一次脱色后，失重最大，达到61%，
随后，失重率逐渐下降，第四次脱色的失重率下降到28%。
探讨了活性艳蓝BRV模拟染色废水中存在不同浓度的碱、盐、酸等对催化剂-过
氧化氢体系脱色率的影响，优化出该体系的最佳脱色工艺条件，对于0.1g/L的活性艳
蓝BRV模拟染色废水，当催化剂用量为0.8g/L，过氧化氢用量为8mL/L时，在50℃
下反应1h，其脱色率可以达到95%以上；pH值在3-10范围内均具有良好的脱色率，
在40℃脱色1h，脱色率均在68%以上；染色废水中存在氯化钠，有利于提高脱色率；
染色废水中存在少量氢氧化钠、碳酸钠和醋酸对脱色效果没有不利影响。另外，不加
过氧化氢时，只加催化剂，脱色率也可以达到70%左右，表明该催化剂还具有良好的
吸附脱色作用。脱色效果评价的结果表明，采用催化剂-过氧化氢体系对0.1g/L的活
性红3BSN、活性黄3RS、兰纳素蓝3G、酸性湖蓝A、直接耐晒蓝B2RL这五种染料
的模拟废水进行脱色，脱色率均达到95%以上；但脱色率随废水中染料浓度增大而降
低；应用该体系对某印染厂活性染料染棉的实际染色废水进行脱色，在50℃脱色2h
后，废水的吸光度大幅度降低，COD值降低36%；脱色回用水的再利用研究表明，回
I
西安工程大学硕士学位论文
用水中残留的过氧化氢等杂质对不同结构的染料影响不同，染色后，不同种类染料色
光变化有所不同。但脱色回用水经适当处理后可以再次应用于染色。
探究了催化剂-过氧化氢体系的脱色机理，结果表明，催化剂可以显著提高过氧
化氢的分解速率，促进过氧化氢分解出更多的羟自由基，其大部分吸附在催化剂表面，
小部分游离在溶液中，同时，染料被催化剂吸附，在高活性羟自由基的作用下，染料
结构被逐步破坏，并且升高温度或者加入氢氧化钠、氯化钠、碳酸钠有利于过氧化氢
的分解，此时，催化脱色为主，吸附脱色为辅，尤其在重复多次脱色时，催化脱色贡
献增大；而在酸性条件下，过氧化氢的分解受到抑制，脱色效果主要由催化剂的吸附
作用所贡献。脱色后，染液在可见光处的最大吸收峰逐渐消失，获得高的脱色效果，
并降低了废水中的COD值。
最后，探讨了催化剂-过硫酸钠体系对模拟染色废水脱色效果的影响，结果表明，
对于0.1g/L的活性艳蓝BRV模拟染色废水，当催化剂用量为0.8g/L，过硫酸钠用量
为0.3g/L，pH