聚乙烯醇(PVA)是纺织浆纱工序中用量最大的合成浆料,在退浆过程中产生的高浓度PVA废液(COD可高达10000mg/L以上),是印染废水难生物降解有机物的重要组成部分。PVA分子链间强烈的氢键作用使其具有极好的水溶性和生物惰性,传统活性污泥法对其去除率极其有限,排入水体后会造成COD持久性超标。开展PVA的源头回收,既能大幅降低废水处理难度,又可实现浆料的循环利用,是印染行业清洁生产的重大需求。传统的盐析法和冻胶法回收PVA,存在盐耗高或能耗高的不足。利用硼酸与PVA的特异性交联反应进行回收,是一项更具选择性的路线。
本研究深入探讨了硼酸-硫酸铝双组份凝胶化回收PVA的工艺与机理。PVA分子链上大量存在的1,3-二醇结构,能够与硼酸根离子(B(OH)₄⁻)发生特异性的络合交联反应,形成“双二醇”络合物。这些交联点将线性的PVA大分子连接成一个三维网状的巨大水凝胶,从溶液中物理析出。然而,单独使用硼酸形成的凝胶含水量极高,脱水困难。研究发现,加入硫酸铝可以起双重协同作用:其一,硫酸铝水解产生的H⁺可以调节体系的pH至弱酸性(最佳pH约5-6),此pH下硼酸与PVA的交联反应最为高效稳定;其二,铝盐水解生成的带正电荷的多核羟基铝络合物(如[Al₆(OH)₁₅]³⁺),可以中和PVA凝胶颗粒表面的负电荷(源于残留的醋酸根),压缩双电层,促进微小的凝胶颗粒聚集为大的密实絮体,从而显著降低含水率并改善沉降性能。
通过单因素实验和响应面优化,确定了最佳工艺参数:硼酸投加量为PVA质量的0.8倍,铝硼摩尔比(Al/B)为0.4,pH为5.5,反应温度40℃。在此条件下,PVA的回收率可达98.5%以上,回收凝胶的含水率从单用硼酸时的95%降至约82%,易于后续的机械脱水。将回收凝胶用稀碱液溶解后,可重新配制成浆料回用于上浆工序,其浆纱性能与新浆料相当。该技术已成功应用于某大型印染厂,日均回收PVA约800kg,运行费用低于回收的PVA价值,实现了环境与经济效益的双赢。
标签: