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数量:19 (1)DOI: 10.37532 / 0972 - 768 x.2021.12(1)兹

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动力学模型和吸附等温式研究天然靛青和茜草色素染色羊毛在一个和两个染料浴

尤尼斯Chemchame^1*,Meryem Belhag¹,Faouzi Fartmis¹El Bouchti迈赫迪²,Aboubakr Kharchafi¹

¹部门传统的编织,哈桑二世清真寺的基础,摩洛哥卡萨布兰卡

²高中REMTEX实验室,工业纺织品和服装(ESITH),摩洛哥卡萨布兰卡

*通信:

Y Chemchame,部门传统的编织,哈桑二世清真寺的基础,卡萨布兰卡,摩洛哥,电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

在此,我们报告吸附动力学和吸附等温线的研究靛蓝(Indigofera tinctoria),(茜草属tinctorum)着色剂染色羊毛在一个和两个染料浴。两个动力学方程,符合一级和pseudo-second-order方程,用来研究吸附率。的pseudo-second-order模型提供最适合的实验数据。这表明pseudo-second-order动能模型仔细描述了靛蓝的吸附过程和茜草色素染色羊毛在一个和两个染料浴。平衡吸附数据安装使用能斯特弗伦德里希,朗缪尔和Temkin等温线模型。吸附行为也在良好的协议与Temkin−能斯特模型。然而,伪第二速率常数获得对染料[K(靛蓝)= 1.543克。g - 1 .min-1级和K(茜草属)= 0.078克。g - 1 .min-1级)和他们的最佳染色条件明显不同。此外,Temkin参数的大小(BT)的靛蓝(BT = -3.621)低于获得茜草属(BT = -0.122)两个染料的染色浴,这表明由靛蓝羊毛纤维的最佳范围。这些结果表明,靛青和茜草属不兼容,不能混合在一个染料浴。吸附等温线的复杂性表明的形成更强的债券之间的染料和羊毛纤维。这表明这两种染色方法(混合在一个和两个染料染色浴)实现刚性固定和一个优秀的程度的耐洗性。

关键字

吸附等温线;靛蓝染料;动力学;茜草属的植物;羊毛纤维

介绍

使用合成染料在纺织行业,特别是在染整过程中,能产生有毒的废水。这些染料在水中的存在产生了化学需氧量(COD),生化需氧量(BOD)和高悬浮物(SS)。染料从有色废水是困难的,因为他们的复杂的结构,更稳定,更难以生物降解。

最近,天然染料重新获得了越来越多的兴趣在纺织行业,特别是在传统染色方法的面积,以减少工业废水的毒性作用。许多研究、科学研究和会议有提升和改进天然染料的使用1- - - - - -7]。各种研究已经调查了天然染料的吸附等温线和动力学模型用于羊毛纤维染色。Somayeh Mirnezhad等人研究的双重模式吸附胭脂虫红天然染料在羊毛纤维(8]。他们发现双重Langmuir-Nernst模型是最合适的等温线模型胭脂虫红染料的吸附行为描述到羊毛纤维在pH值4。Elcin枪等人简而言之核桃皮作为天然染料用于羊毛。他们研究了吸附平衡和动态吸附9]。他们建立了朗缪尔模型充分描述了吸附等温式的概括着色剂在羊毛和棉花纤维。此外,数据拟合pseudo-second秩序的动能模型在低最初的染料浓度。然而,很少有研究报告调查了天然染料的吸附行为在混合染料浴。

这项工作的目的是探讨混合两种天然染料的可能性,靛青和茜草、染料一浴和检查的可用性与天然染料染色的羊毛纤维在两个染料浴。我们学习了各种动力学模型和靛蓝的吸附等温线得到和茜草色素染色羊毛在一个和两个染料浴。因此,我们比较获得的动力学和吸附等温线参数对染料单独和混合染料浴。他们的固定和耐洗性测试根据ISO 105 - c6: a1 (10]。

材料和方法

羊毛纤维的特性

羊毛纤维是经Boujaad城市地区在摩洛哥。白羊毛被压实和均质介质重量羊毛(1.5 - 3公斤)和纤维的细度使用布拉德福德规模(50 - 606,7]。

天然染料

茜素和其他人从r . tinctorum提取蒽醌类染料,它生长在东南亚摩洛哥[11]。提取方法是基于酶法水解(内生转换)干和粉根的植物。靛蓝染料是提取Indigoferra tinctoria协会和购买颜色Garance, Lauris-France。

化学物质

碱性试剂,氢氧化钠(氢氧化钠),碳酸钠(Na₂有限公司₃)、碳酸氢钠(NaHCO₃)和酸性试剂,醋酸(CH₃羧基)均为分析纯,且从Lobachemie获得公司(印度孟买)和VWR Prolabo化学公司(Fontenay-Sous木香,法国),分别。Marseille-type soap准备从植物油是购买一个小型超市。食盐(氯化钠)的分析品位和获得Solvachim (Casablanca-Morocco)。

摩洛哥坚果油浆的

还原剂,摩洛哥坚果油浆、收集从摩洛哥坚果油树位于南摩洛哥Essaouira城市地区。这种自然产品由减速器糖20%,纤维素13%,6%的蛋白质,2%的脂肪和4%乳胶(由86%的cis-polyisoprene:橡胶)6,7,12,13]。

分光光度法

紫外/可见分光光度计(热,Heliosε)是用来扫描范围325 - 1100 nm的光谱带宽1海里。

酸度计

染色过程在一个不锈钢进行染料锅容量500毫升安置在一盆实验室染色装置(Castel-Tourtoy、法国)。

浴

使用250毫升瓶。加热是由一个温控器电炉(Scilogex MS-H280-Pro)。

过滤器

金属筛(1 - 5毫米直径)是本研究中使用。

制备靛缸

靛蓝(0.1 g)添加到100毫升蒸馏水含有1.2克的碳酸钠和碳酸氢钠的1.2 g pH值10.86和45°C 30分钟的浴比1/100。然后,4 g的果糖(提取准备的100毫升30 g的摩洛哥坚果油浆)和1克氯化钠添加到混合物中。

靛缸染色

羊毛纱(1 g)浸泡,改之前被放置在靛蓝增值税。染料的染色条件100毫升混合物在45°C 30分钟的浴比1/100。

茜草属的植物染料浴的准备

茜草属的植物染料的染色条件浴100毫升的染料混合物(r . tinctorum提取准备从5 g的100毫升水),1.2 g的碳酸钠和碳酸氢钠的1.2 g pH值9.65为30分钟和60°C的浴比1/100。

茜草属的植物染料浴的减少

减少用于茜草染料浴条件100毫升和茜草染料混合物,3 g的果糖(或30克的摩洛哥坚果油浆提取)和10 g / L的氯化钠在45°C 30分钟的浴比1/100。

茜草属的植物染料浴染色的减少

羊毛纱(1 g)与靛蓝染色事先被放置在减少茜草染料浴在45°C 30分钟的浴比1/100。

光谱分析

分光光度计校准:分光光度计校准是通过使用一个标准的解决方案准备根据羊毛纱线的质量和还原剂的浓度(果糖或摩洛哥坚果油浆),氯化钠和碱(氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠)中添加染料浴。

测量染料的疲惫和固定利率:卷1毫升的解决方案从每个染料浴被测量。每个样品稀释至10毫升使用准备的标准解决方案。吸光度测量如表1和2所示。在380纳米的吸光度测定。

表1。靛蓝的吸附动力学参数获得和茜草色素染色染料和两个浴室。

表2。靛蓝的吸附等温式的参数和茜草色素染色在一个和两个浴室。

染色过程中靛蓝和茜草染料一浴

制备靛缸:靛蓝(0.05 g)在50毫升蒸馏水搅拌45°C 10分钟以减少靛蓝染料颗粒的粒径。

茜草染浴的准备:茜草属植物(5克)浸渍在100毫升蒸馏水40°C 2 h,然后使用金属筛过滤。一卷50毫升随时提取使用的混合与靛蓝染料浴。

准备减少混合染料浴:减少混合染料浴的条件是做好准备的100毫升靛蓝(50 mL),着色剂(50毫升),3 g的果糖(或30克的摩洛哥坚果油浆提取),1 g的氯化钠,1.2 g的碳酸钠和碳酸氢钠的1.2 g pH值10.73和45°C 30分钟的浴比1/100。

在混合染料染色浴

羊毛纱(1 g)浸泡,改在被放置在混合染料浴。染料的染色条件100毫升混合物在45°C 30分钟的浴比1/100。

冷洗净

冲洗样本混合染色过程使用一个和两个染料浴进行最后的过程去除染料纤维和纤维间表面和中和碱性介质

氧化和冲洗

样品的氧化实现露天15分钟在漂洗阶段。在染色过程结束时,连续两个用冷水进行冲洗。

酸化(中和)

样本处理酸性溶液pH值6.5包含醋酸(30% v / v)后。

干燥和皂洗

样本在无菌环境中干燥60°C和80°C,然后用0.6 g / L Marseille-type soap 60°C 15分钟浴比的1/100。皂洗的步骤被用来测试样品的耐洗性混合染料的染色浴。

耐洗性

耐洗性是决定根据ISO 105 - 40°C c6: a1 (10]。

吸附动力学

羊毛纤维上的染料的吸附量计算如下:

Q = (C₀- c_我)(V / m) (1)

在那里,C₀和C_我染料初始浓度和染料浓度在时间t在减速阶段,分别;V是减少沐浴的体积;和m是羊毛纱线的重量。

动力学模型

伪一阶和伪二阶动力学模型被用来预测羊毛纤维的染料吸附行为。符合一级方程通常是适合吸附过程的初始阶段,但pseudo-second-order方程预测整个过程中吸附行为。吸附的动力学分析测定染料从水溶液中吸附在不同的时间间隔,然后两个模型拟合数据。伪一阶速率方程给出如下(14- - - - - -18]:

ln(问_e1q_t)= lnQ_e1- k₁t (2)

在那里,问_t染料吸附量的平衡和时间t (g / g);问_e1是理论平衡吸附(g / g),和K₁是伪一级吸附速率常数(最小值¹)。

伪二阶动力学模型下面(14,15,17,19]

t /问_t= 1 / K₂(问_e2)²+ t / Q_e2(3)

问在哪里_t染料吸附量在时间t (g / g);问_e2是理论平衡吸附(g / g);和K₂是伪二阶吸附速率常数(最小值¹)。

吸附等温线

吸附等温线是重要的描述分子之间吸附物分布的液相和固相吸附过程达到平衡态(20.]。朗缪尔和弗伦德里希等温线广泛应用于描述平衡吸附等温线数据。能斯特和Temkin等温线相对较少应用。朗缪尔等温线是基于假设吸收发生在一个均匀的表面通过单层吸附没有任何吸附剂和被吸附物之间的交互20.,21]。在这个模型中,一旦一个网站了,没有进一步吸附可以发生在那个网站。表面如此,最终将达到一个饱和的最大吸附表面可以实现(22- - - - - -24]。最简单的等温线方法是由能斯特方程。这表明染料染浴和羊毛纤维之间的重新分配是恒定的,直到达到一个平衡状态。这个方程可以表示如下:

Ce = KnQ_e+ (4)

其中C_e是染料的平衡浓度(g / L);问_e是每克羊毛纤维的染料吸附量达到平衡(g / g);Kn是能斯特等温线常数(L / g);和一个是染料的浓度(g / L)当Q_e= 0。

Kn,斜率和截距的值被计算的能斯特阴谋C_e和问_e(8]

朗缪尔等温线的线性方程可以表示如下:

C_e/ Q_e= 1 / KQ_米+ C_e/ Q_米(5)

其中C_e是染料的平衡浓度(g / L);问_e是每克羊毛纤维的染料吸附量达到平衡(g / g);Qm最大单层覆盖能力(g / g);和K是朗缪尔等温线常数(L / g)。

的问_米和K值计算的斜率和截距的朗缪尔阴谋C_e/ Q_e与C_e弗伦德里希等温线通常用于描述理想吸附在不同的表面,表明多层吸附在吸附剂表面。弗伦德里希方程的应用也表明,吸附能源指数降低吸附剂的吸附中心完成(25]。弗伦德里希等温线的线性形式(26)是由以下方程:

LogQ_e= LogK_f+ 1 / n LogC_e(6)

问在哪里_e是每克的染料吸附量在平衡g / g染料;C_e是染料的平衡浓度g / L;Kf是弗伦德里希等温线常数(L / g),这是一个近似的吸附能力的指标;n是一个常数相关的吸附强度;虽然1 / n是吸附的强度的函数。

K_f和n值计算的截距和斜率的情节日志问_e与日志C_e。显示的值之间的非线性程度,溶液浓度和吸附如下:如果n = 1,然后吸附是线性的;如果n < 1,吸附是一个化学过程;如果n > 1,吸附是一个物理过程(25,26]。的Temkin等温线模型(27- - - - - -29日]表明同等分布的结合能的交换网站表面上。给出的Temkin等温线线性形式如下:

问_e= B_TLogK_T+ B_TLogC_e(7)

B_TTemkin参数的大小,这是有关吸附热;和K_T是平衡结合常数。

结果与讨论

动力学模型

伪一阶模型和伪二阶模型靛蓝和茜草色素使用一个和两个染料浴了。ln(问_e1q_t)和t / Q_t值计算使用方程所描述的实验部分。线性块ln (Q_e1q_t)对t被建造,用来计算动力学参数。计算动力学参数如表1所示,图1显示了pseudo-second-order动能模型两个染料靛蓝和茜草色素洗澡给最好的拟合动力学数据。同样,图2显示了pseudo-second动能模型靛蓝和茜草色素染料浴给最好的拟合动力学数据。使用计算动力学模型参数两个染料染色浴(表1),平衡吸附量(Q_e2q_t)和t / Qt pseudo-second-order预测的动能模型靛蓝和茜草色素(Q_e2,calc = 0.056 g / g和Q_e2calc = 1.326 g / g)相对接近测量值(Q_经验值= 0.041 g / g和Q_经验值= 2.04 g / g)和相关系数R₂> 0.990。这些结果表明,pseudo-second-order动能模型仔细描述了靛蓝的吸附过程和茜草色素染色的two-dye浴。也发现了类似的结果,m . s . Kiakhani和艾尔30.]调查自然胭脂红酸的吸附过程(一个anthraquinonic着色剂茜草色素,提取胭脂)聚酰胺纤维。

在染料一浴染色的情况下,平衡吸附量(Q_e2q_t)和t / Qt预测使用pseudo-second-order动能模型靛蓝和茜草色素(Q_e,calc = 0.378 g / g)是相对接近测量值(Q_经验值= 0.186 g / g)和相关系数R²> 0.990。这意味着吸附过程可能是一个化学过程和化学吸收作用可能是在吸附过程的速率限制步骤涉及染料之间的离子交换和羊毛纤维(30.,31日]。相关系数(R₂伪一阶动力学= 0.915)模型对染料相比是最低pseudo-second-order动力学模型获得的值。此外,一个大Q之间的区别_e靛蓝,calc值(Q_e,calc = 1.016 g / g)和Q_经验值(问_经验值= 0.041 g / g)之间的两个染料染色浴和Q_e,钙值对染料(靛蓝,结果就是:问_e,calc = 1.032 g / g)和Q_经验值(问_经验值= 0.186 g / g)染料一浴的观察,表明符合一级适合实验数据。

表1显示了比较吸附pseudo-second速率常数获得靛蓝(1.543 g.g¹.min¹)和茜草属(0.078 g.g¹.min¹两个染料)着色剂染色浴表明靛蓝染料吸附的高速度。伪第二速率常数获得靛青和茜草(0.081 g.g¹.min¹)着色剂染色的染料一浴更低。这可以解释的差异之间的最佳染色条件靛蓝和茜草色素。因此,靛蓝需要高度碱性介质,从而实现完整的溶解度在染浴,而茜草属低亲和力对羊毛纤维在这个高度碱性介质。我们得出这样的结论:两种染料,吸附动力学模型所描述的,不兼容,不能混合染料一浴。

吸附等温线

吸附等温线的two-dye浴染色:等温线的研究获得的靛蓝和茜草色素在两个染料染色浴(图3 - 5)显示,能斯特和Temkin模型随访与朗缪尔和弗伦德里希模型根据R²值。实验数据的初始靛蓝浓度对染料吸附的影响符合能斯特和Temkin模型,绘制得到的C_e和问_e和问_e与LogC_e,分别。所有的等温线模型参数表2所示。可以看出,相关系数(R²)获得能斯特和Temkin等温线的靛蓝和茜草色素两个染料浴1和0.9843,分别和1和0.999。这个结果表明结合能的平均分配,交换网站表面上(Temkin模型),染料染浴和羊毛纤维之间的重新分配是恒定的,直到达到一个平衡状态(能斯特模型)。模型的线性显示,免费网站的数量在吸附过程中是恒定的。比较结果发现m . s . Kiakhani和艾尔31日),也由Mirnezhad,年代和艾尔。32]调查自然胭脂红酸的吸附行为在羊毛纤维在pH6着色剂。然而,R²获得的值(0.984)使用的弗伦德里希等温线茜草色素会更高。因此,茜草色素的吸附等温式获得所描述的可能是弗伦德里希等温线。这表明,染料分子的约束力也发生在通过多层异构羊毛纤维表面吸附过程。茜草色素的n值> 1指示有利的吸附过程(化学过程)。这个复杂的机制有助于形成较强的债券之间的染料和羊毛纤维。

吸附等温线的染料一浴染色:等温线的研究在染料一浴染色(图3 - 5)表明,能斯特,Temkin和弗伦德里希模型与朗缪尔模型根据他们的相关R²值。实验数据的初始浓度的影响靛蓝和茜草色素染料吸附装有能斯特,Temkin和弗伦德里希模型,通过策划C_e和问_e,问_e与LogC_e和logQ_e与日志C_e,分别。所有的等温线模型参数表2所示。可以看出,相关系数(R²)获得能斯特和Temkin等温线靛蓝和茜草色素是1和0.999,分别。然而,R²值(0.956)的弗伦德里希等温线小于那些能斯特和Temkin等温线。相关系数的差异表明,在染色过程中靛蓝的吸附后能斯特和Temkin模型比弗伦德里希模型更密切。

吸附等温线的比较研究:值得注意的是,能斯特常数(K = 0.1)染料都是类似的,使用一个和两个染料浴,这表明这些染料获得的相似的吸附等温线。的大小Temkin参数(B_T靛蓝(B_T= -3.621)低于获得茜草色素(B_T= -0.122)两个染料的染色浴,这表明最好的羊毛纤维的报道靛蓝(自吸附热随覆盖率的增加而线性减小)。同样,检查获得的数据在染料一浴染色显示Temkin参数两个混合染料(B_T= -1.761)低于茜草色素和高于两个染料靛蓝染料染色浴,表明混合染色增加了羊毛纤维的报道。弗伦德里希计算常数如表2所示,表明混合染料的n值> 1表示一个有利的吸附过程(化学过程)。这些结果证实,靛蓝的吸附等温线得到和茜草色素染浴中类似两个染料浴(如上所述)。吸附等温线的复杂性表明的形成更强的债券之间的染料和羊毛纤维。

耐洗性

两个皂洗样品的测量结果展示在表3。从这些实验确认硬固定的值。一个优秀的耐洗性染色方法的实现。事实上,还原法(增值税体系)靛蓝和茜草色素的方法,改善扩散和固定的羊毛纤维,将染料分子上non-soluble分子在羊毛纤维。这就增加了染色牢度属性的过程。我们可以得出这样的结论:两种方法实现类似的牢度。这可以解释为缝固定机制(减少和氧化反应)。

表3。耐洗性的靛蓝和茜草色素染色一浴和两个浴室。

结论

此研究表明,吸附动力学和吸附等温线的复杂性获得靛蓝和茜草色素和两个染料浴。的pseudo-second-order模型提供了实验数据和密切的最适合描述靛蓝和茜草色素的吸附过程和两个染料浴。等温线的研究在一和二浴染色显示能斯特和Temkin模型服从与朗缪尔和弗伦德里希模型根据他们的相关系数。

然而,伪二阶速率常数获得靛蓝明显大于茜草色素和染料的最佳染色条件是不同的。此外,对靛蓝Temkin参数的大小(B_T= -3.621)低于获得茜草色素(B_T= -0.122)两个染料浴,这表明由靛蓝羊毛纤维的最佳范围。我们可以得出结论,染料都不兼容,不能混合染料一浴。吸附等温线的复杂性表明的形成更强的债券之间的染料和羊毛纤维。这表明这两种染色方法(混合在一个和两个染料染色浴)实现固定和一个优秀的程度的耐洗性。这证实了fastnestest获得的实验数据。

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