碳納米管對(duì)紡織品還原液中可分解芳香胺的吸附研究

唐曉萍+張磊+朱林平+席再娟+苗其來(lái)+崔莎莎

摘要：本文研究了碳納米管對(duì)紡織品還原液中可分解芳香胺的吸附作用。樣品按GB/T 17592的方法用檸檬酸鹽提取后，加入連二亞硫酸鈉將提取液中的禁用偶氮染料還原成芳香胺。之后在含有芳香胺的還原液中加入碳納米管對(duì)芳香胺進(jìn)行吸附，吸附后的溶液經(jīng)濃縮后用氣質(zhì)聯(lián)用儀測(cè)定其中的可分解芳香胺，計(jì)算吸附率。結(jié)果表明：碳納米管能完全吸附紡織品還原液中的24種可分解芳香胺，吸附率接近100%。該結(jié)果為進(jìn)一步研究紡織品中可分解芳香胺的快速、環(huán)保的檢測(cè)方法提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：碳納米管；氣質(zhì)聯(lián)用儀；富集；芳香胺；禁用偶氮染料

中圖分類(lèi)號(hào)：TS101.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Study on the Adsorption Effect of Carbon Nanotubes on Aromatic Amine in Reduction Solution of Textiles

Abstract： This paper studies the adsorption effect of carbon nanotubes on decomposable aromatic amine in the reduction solution of textiles. The samples were extracted with citrate according to GB/T 17592， then the aqueous sodium dithionite solution was added to the extracted liquid so that the banned azo colourants were reduced to aromatic amines. The carbon nanotubes were added to adsorb the aromatic amine. After enrichment， the aromatic amines were tested by GC-MS and the adsorption rate was calculated. The results show that the 24 kinds of aromatic amine in textiles can be adsorbed completely by the carbon nanotubes and the adsorption rate is up to almost 100%.

Key words： carbon nanotubes； GC-MS； enrichment； aromatic amine； banned azo colourants

偶氮染料是目前最重要的一類(lèi)合成染料，被廣泛應(yīng)用在紡織布料、皮革等產(chǎn)品中。但用某些偶氮染料染色的紡織品與人體皮膚長(zhǎng)期接觸后，還原出對(duì)人體或動(dòng)物有潛在致癌性的芳香胺。隨著人們環(huán)保和健康意識(shí)的不斷加強(qiáng)，偶氮染料已經(jīng)被廣泛關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)外紛紛制定法律法規(guī)，禁止紡織品中使用某些可分解為致癌芳香胺的偶氮染料。

對(duì)禁用偶氮染料的檢測(cè)，常用的方法標(biāo)準(zhǔn)有EN 14362- 1、EN 14362-2和GB/T 17592，但這 3 種標(biāo)準(zhǔn)方法的前處理步驟較為復(fù)雜和耗時(shí)，需要使用大量的有機(jī)溶劑，不但增加了成本，而且影響試驗(yàn)人員的身體健康，對(duì)環(huán)境造成污染。

本文研究了碳納米管對(duì)紡織品還原液中24種可分解芳香胺的吸附。結(jié)果表明，碳納米管可以吸附紡織品還原液中的24種可分解芳香胺，吸附率均接近100%。如果把吸附到碳納米管中的芳香胺用少量有機(jī)溶劑簡(jiǎn)單、快速、完全地洗脫下來(lái)，可以簡(jiǎn)化紡織品中禁用偶氮染料測(cè)定方法的操作步驟，減少有害有機(jī)試劑的使用量，節(jié)約檢測(cè)成本。這為進(jìn)一步研究紡織品禁用偶氮染料快速、環(huán)保的檢測(cè)方法提供了基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑和材料

儀器：氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（Thermo公司），配有質(zhì)量選擇檢測(cè)器（MSD）；恒溫水浴振蕩器（JUJABO公司）；超純水機(jī)（Millipore公司）。

試劑：甲醇（HPLC級(jí)）、叔丁基甲醚（均為Fisher公司）；檸檬酸、氫氧化鈉、連二亞硫酸鈉、磷酸二氫銨和磷酸二氫鈉（均為上海國(guó)藥集團(tuán)）；24種芳香胺混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液（德國(guó)Dr. Ehrenstorfer GmbH）。實(shí)驗(yàn)用的各種常規(guī)試劑均為優(yōu)級(jí)純或分析純，實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

材料：禁用偶氮染料萃取專(zhuān)用提取柱；碳納米管，管長(zhǎng)2 μm，管徑10 ～ 30 nm。

1.2 溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱(chēng)取芳香胺標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇配制成濃度為1 000 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再逐級(jí)稀釋至合適濃度。

檸檬酸鹽緩沖溶液（0.06 mol/L，pH值為6.0）：取12.526 g檸檬酸和6.320 g NaOH溶于水中，定容至1 000 mL。

連二亞硫酸鈉水溶液（200 mg/mL）：臨用時(shí)取固體連二亞硫酸鈉現(xiàn)配。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 提取和還原

按照GB/T 17592 — 2011中6.1部分“試樣的制備和處理”步驟進(jìn)行：將布料剪成 5 mm×5 mm碎片，精確稱(chēng)取1 g樣品，準(zhǔn)確至0.01 g，置于反應(yīng)器中；加入17 mL預(yù)熱到（70±2）℃的檸檬酸鹽緩沖液，將反應(yīng)器密閉，用力振搖后在（70±2）℃的水浴中保溫30 min；然后打開(kāi)反應(yīng)器，加入3.0 mL連二亞硫酸鈉溶液，并立即密閉振搖，將反應(yīng)器置于（70±2）℃的水浴中保溫30 min，取出后 2 min內(nèi)冷卻到室溫；去掉布料后的還原液供吸附用。

1.3.2 吸附

在“提取和還原”步驟中得到的還原液里加入0.2 g碳納米管，振蕩15 min；將振蕩后的溶液過(guò)濾，使碳納米管和溶液分離。

1.3.3 吸附率的測(cè)定

將過(guò)濾后的濾液轉(zhuǎn)移到提取柱中，用叔丁基甲醚按GB/ T 17592 — 2011中6.2部分的方法進(jìn)行萃取和濃縮后，用氣質(zhì)聯(lián)用儀測(cè)定濃縮液中芳香胺的含量，計(jì)算吸附率。

1.4 吸附率的計(jì)算

按公式 1 計(jì)算碳納米管對(duì)芳香胺的吸附率，式中加入量為加入到還原液中的芳香胺標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)量（mg），測(cè)得量為測(cè)定的還原液中芳香胺的余量（mg）。

2 結(jié)果與討論

2.1 碳納米管用量的影響

按照上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，芳香胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的添加量為40 mg，吸附時(shí)在還原液里分別加入0.05、0.1、0.2 g的碳納米管，按照公式 1 計(jì)算吸附率，結(jié)果見(jiàn)表 1。

由表 1 可知：當(dāng)碳納米管用量為0.05 g時(shí)，部分芳香胺的吸附率低于60%；當(dāng)碳納米管用量提高到0.1 g時(shí)，大部分芳香胺的吸附率在90%以上；當(dāng)碳納米管用量為0.2 g時(shí)，所有芳香胺的吸附率都達(dá)到了100%。由此選擇碳納米管的用量為0.2 g。

2.2 振搖時(shí)間的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中芳香胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的添加量為40 mg，吸附時(shí)振蕩時(shí)間分別為 5、10、15 min，計(jì)算吸附率，結(jié)果見(jiàn)表 2。

由表 2 可知：振搖 5 min時(shí)，絕大部分芳香胺的吸附率在90%以上，僅對(duì)氯苯胺、鄰甲苯胺、鄰氨基苯甲醚、2，4-二甲基苯胺、2，6-二甲基苯胺的吸附率低于90%左右；振搖10 min時(shí)，僅鄰甲苯胺和鄰氨基苯甲醚的吸附率低于90%，其余芳香胺吸附率在90%以上；當(dāng)振搖時(shí)間為15 min時(shí)，所有芳香胺的吸附率均在90%以上。由此可見(jiàn)，隨著吸附時(shí)間的增加，吸附率增加，振搖15 min可吸附完全。實(shí)驗(yàn)最終選擇吸附時(shí)間為15 min。

2.3 吸附酸度的影響

按照1.3實(shí)驗(yàn)方法中的步驟進(jìn)行操作，還原液不經(jīng)過(guò)酸度調(diào)節(jié)，直接在還原液中加入碳納米管進(jìn)行吸附，24種芳香胺均被碳納米管完全吸附，因此可減少試驗(yàn)環(huán)節(jié)和操作步驟。

2.4 分離方式的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中芳香胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的添加量為40 mg，吸附時(shí)分別采用振搖后離心的方式和振搖后過(guò)濾的方式將碳納米管和溶液分離，計(jì)算吸附率，結(jié)果見(jiàn)表 3。

從表 3 中可以看出：振搖后離心，鄰甲苯胺吸附率不到30%，鄰氨基苯甲醚吸附率約為60%，2-甲氧基-5-甲基苯胺、2，4-二甲基苯胺、2，6-二甲基苯胺吸附率在80% ～ 90%之間，其余芳香胺吸附率均在90%以上；振搖后過(guò)率，除了鄰氨基苯甲醚、2，4-二甲基苯胺、2，6-二甲基苯胺的吸附率接近90%以外，其余芳香胺吸附率均在90%以上。由此說(shuō)明振搖后過(guò)濾比振搖后離心分離效果更好，實(shí)驗(yàn)最終選擇振搖后過(guò)濾的方式分離碳納米管和溶液。

3 總結(jié)

本文研究了碳納米管對(duì)紡織品還原液中24種可分解芳香胺的吸附。結(jié)果表明，當(dāng)溶液中芳香胺的含量為40 mg時(shí)，僅用0.2 g碳納米管就能完全吸附紡織品還原液中的24種可分解芳香胺，且24種芳香胺的吸附率均接近100%。由于目前紡織品禁用偶氮染料（可分解芳香胺）的檢測(cè)方法存在操作復(fù)雜、步驟多、使用有機(jī)溶劑量大、耗時(shí)費(fèi)力等問(wèn)題，本文為研究簡(jiǎn)便、快速、環(huán)保、節(jié)約成本的禁用偶氮染料檢測(cè)方法提供了基礎(chǔ)。進(jìn)一步研究把吸附到碳納米管中的芳香胺用少量有機(jī)溶劑簡(jiǎn)單、快速、完全地洗脫下來(lái)，則可以簡(jiǎn)化目前紡織品中禁用偶氮染料檢測(cè)的操作步驟，減少有害有機(jī)試劑的使用量，節(jié)約檢測(cè)成本。

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