Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể của đá ong biến tính

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TRƯƠNG THỊ HOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METYLEN
VÀ TÍM TINH THỂ CỦA ĐÁ ONG BIẾN TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN – 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TRƯƠNG THỊ HOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METYLEN
VÀ TÍM TINH THỂ CỦA ĐÁ ONG BIẾN TÍNH


Hóa Phân Tích
Mã ngành: 8.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Ngô Thị Mai Việt

THÁI NGUYÊN - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh

thể của đá ong biến tính" là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài
là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2018
Tác giả

Trương Thị Hoa

Xác nhận

Xác nhận của giáo

của trưởng khoa chuyên môn

viên hướng dẫn

PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan

PGS.TS. Ngô Thị Mai Việt

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên ngành
Hóa Phân tích, Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên, em
đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và gia


đình.
Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Ngô Thị Mai

Việt, cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để em có
thể hoàn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học,
các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã
giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của
bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu của em có thể còn nhiều thiếu sót. Em
rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp
để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 05 năm 2018
Tác giả

Trương Thị Hoa

ii


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa

3


Lời cam đoan ........................................................................................................ i
Lời cảm ơn ........................................................................................................... ii
Mục lục ............................................................................................................... iii
Danh mục các kí hiệu và chữ viết tắt.................................................................. iv
Danh mục bảng biểu ............................................................................................ v
Danh mục các hình ............................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
NÔI DUNG ......................................................................................................... 3
Chương 1. TỔNG QUAN.................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm ........................................................................... 3
1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm......................................................................... 3
1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm .............................................................................. 3
1.2. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể ...........................................
5
1.2.1. Xanh metylen............................................................................................. 5
1.2.2. Tím tinh thể ............................................................................................... 7
1.3. Nước thải dệt nhuộm .................................................................................... 9
1.3.1. Thành phần nước của thải dệt nhuộm ....................................................... 9
1.3.2. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm ......................
10
1.3.3. Thực trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ở nước ta ............................... 11
1.3.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp ......................... 11
1.3.5. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm............................................... 12
1.4. Giới thiệu về đá ong và SDS ...................................................................... 13
1.4.1 Giới thiệu về đá ong ................................................................................. 13
1.4.2. Giới thiệu về SDS .................................................................................... 14
1.5. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử (UV – Vis) ...............
15

4


1.5.1. Độ hấp thụ quang..................................................................................... 15
1.5.2. Phương pháp đường chuẩn ...................................................................... 16
1.5.3. Phương pháp thêm chuẩn ........................................................................ 17
1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu................................................................. 18
Chương 2. THỰC NGHIỆM .......................................................................... 26
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị máy móc ...................................................... 26
2.1.1. Hóa chất ................................................................................................... 26
2.1.2. Dụng cụ.................................................................................................... 26
2.1.3. Thiết bị máy móc ..................................................................................... 27
2.2. Chuẩn bị đá ong .......................................................................................... 27
2.3. Biến tính đá ong.......................................................................................... 27
2.4. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong tự nhiên và đá ong biến
tính ..................................................................................................................... 27
2.5. Xác định điểm đăng điện của đá ong biến tính .......................................... 28
2.6. Xây dựng đường chuẩn xác định xanh metylen và tím tinh thể theo
phương pháp UV – Vis ...................................................................................... 28
2.7. Phương pháp hấp phụ tĩnh .......................................................................... 28
2.7.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH..................................................................... 28
2.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ ............................. 29
2.7.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ............................................. 29
2.7.4. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ .......................... 30
2.7.5. Khảo sát ảnh hưởng của chất lạ đến khả năng hấp phụ xanh metylen
và tím tinh thể của các vật liệu .......................................................................... 31
2.7.6. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen và
tím tinh thể của vật liệu hấp phụ ....................................................................... 33
2.8. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể của đá ong
biến tính bằng chất hoạt động bề mặt theo phương pháp hấp phụ động ........... 34
2.9. Xử lí mẫu nước thải .................................................................................... 35

5


Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................... 36
3.1. Kết quả xác định một số đặc trưng hóa lí của đá ong tự nhiên .................. 36
3.2. Kết quả xác định một số đặc trưng hóa lí của đá ong biến tính ................. 37
3.3. Kết quả xác định điểm đăng điện của đá ong biến tính.............................. 40
3.4. Xây dựng đường chuẩn xác định xanh metylen và tím tinh thể................. 40
3.5. Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh
metylen và tím tinh thể của vật liệu theo phương pháp hấp phụ tĩnh ............... 41
3.5.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu .................................................. 41
3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ............................................. 44
3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH..................................................................... 47
3.5.4. Ảnh hưởng của lực ion ............................................................................ 50
3.5.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu của dung dịch nghiên cứu ......................... 54
3.5.6. Ảnh hưởng của chất lạ đến khả năng hấp phụ xanh metylen và tím
tinh thể của vật liệu............................................................................................ 64
3.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể của vật liệu
theo phương pháp hấp phụ động ....................................................................... 70
3.7. Xử lí mẫu nước thải .................................................................................... 71
KẾT LUẬN....................................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 75

v


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Tê Tên
V
n Anh
i
Tí C
C
m ry V
X M M
an et
B
N X
X
hi R
Q In
ua fr
R
Đ R
R
á a
L
Đ S
S
á ur
M
N S
S
at o
D
M M M
et et
O
N Bi B
h oc O
N C
C
h he O
V M V
ật at
L

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm ...........12
Bảng 1.2. Thành phần khoáng vật kết tinh trong đá ong tự nhiên...............................14
Bảng 2.1 Các hóa chất cần dùng trong thực nghiệm ...................................................26
Bảng 3.1. Điểm đẳng điện của SML...........................................................................40
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của MB và CV .....................41
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ xanh
metylen ....................................................................................................42
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ tím tinh
thể.............................................................................................................43
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ xanh metylen của vật liệu
......45
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ tím tinh thể
của vật liệu ...............................................................................................46
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ xanh metylen của vật liệu ........48
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của vật liệu ...........49
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ MB của vật liệu .................51
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu ................52
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen của
vật liệu .....................................................................................................55
Bảng 3.12. Các thông số đăng nhiệt hấp phụ của Langmuir và Freundlich ................56
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu
trong nền là NaCl 1mM ...........................................................................57
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu
trong nền là NaCl 10mM .........................................................................58
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu
trong nền là NaCl 50 mM ........................................................................59
Bảng 3.16. Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của CV ............................63
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của chất lạ đến khả năng hấp phụ xanh metylen của các
vật liệu .....................................................................................................64
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của chất lạ đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của các vật
liệu.....67
Bảng 3.19. Hàm lượng của MB và CV sau mỗi phân đoạn thể tích ...........................70
Bảng 3.20. Hàm lượng của MB sau mỗi phân đoạn thể tích .......................................72
5


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen .............................................................6
+
Hình 1.2. Công thức cấu tạo cation MB ......................................................................6
Hình 1.3. Dạng oxy hóa và dạng khử của MB ..............................................................6
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của CV .............................................................................7
Hình 1.5. Mô hình phân tử của CV................................................................................7
Hình 1.6. Hình chụp bề mặt đá ong .............................................................................14
Hình 1.7. Sơ đồ minh họa quá trình hấp phụ và giải hấp SDS trên bề mặt vật liệu
.....................................................................................................................15
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của đá ong tự nhiên....................................36
Hình 3.2. Vân phổ hồng ngoại IR của đá ong tự nhiên...............................................36
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của SML trước khi hấp phụ........................37
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của SML sau khi hấp phụ CV ....................37
Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của SML sau hấp phụ MB..........................38
Hình 3.6. Vân phổ hồng ngoại IR của SML trước hấp phụ.........................................38
Hình 3.7. Vân phổ hồng ngoại IR của SML sau khi hấp phụ CV . .............................39
Hình 3.8. Vân phổ hồng ngoại IR của SML sau khi hấp phụ MB ..............................39
Hình 3.9. Điểm đẳng điện của SML ............................................................................40
Hình 3.10. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính MB ........................................41
Hình 3.11. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính MB ........................................41
Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng SML đến khả năng hấp phụ chất màu ...44
Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng RL đến khả năng hấp phụ chất màu ......44
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ xanh metylen
của vật liệu .................................................................................................47
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của
vật liệu .......................................................................................................47
Hình 3.16. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ xanh metylen của vật liệu ......50
Hình 3.17. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của vật liệu..........50
Hình 3.18. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ MB của vật liệu ...............53
Hình 3.19. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu ................53
Hình 3.20. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các vật liệu đối với MB ..........56

6


Hình 3.21. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các vật liệu đối với MB .....................56
Hình 3.22. Đường hấp phụ đăng nhiệt Freundlich của các vật liệu đối với MB .........56
Hình 3.23. Đường đăng nhiệt hấp phụ Langmuir của các vật liệu đối với tím tinh
thể trong nền NaCl 1mM ...........................................................................60
Hình 3.24. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các vật liệu đối với tím tinh thể trong
nền NaCl 1mM ..........................................................................................60
Hình 3.25. Đường hấp phụ đăng nhiệt Freundlich của các vật liệu đối với tím tinh
thể trong nền NaCl 1 mM ..........................................................................60
Hình 3.26. Đường đăng nhiệt hấp phụ Langmuir của các vật liệu đối với tím tinh
thể trong nền NaCl 10mM .........................................................................61
Hình 3.27. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các vật liệu đối với tím tinh thể trong
nền NaCl 10mM ........................................................................................61
Hình 3.28. Đường hấp phụ đăng nhiệt Freundlich của các vật liệu đối với tím tinh
thể trong nền NaCl 10 mM ........................................................................61
Hình 3.29. Đường đăng nhiệt hấp phụ Langmuir của các VLHP đối với tím tinh thể
trong môi trường NaCl 50mM
...................................................................62
Hình 3.30. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các vật liệu đối với tím tinh thể trong
môi trường NaCl 50mM ............................................................................62
Hình 3.31. Đường hấp phụ đăng nhiệt Freundlich của các vật liệu đối với tim tinh
thể trong nền NaCl 50 mM ........................................................................62
Hình 3.32. Ảnh hưởng của các chất lạ đến khả năng hấp phụ xanh metylen đối với
đá ong tự nhiên ..........................................................................................66
Hình 3.33. Ảnh hưởng của các chất lạ đến khả năng hấp phụ xanh metylen đối với
đá ong biến tính .........................................................................................66
Hình 3.34. Ảnh hưởng của các chất lạ đến khả năng hấp phụ tím tinh thể đối với
đá ong tự nhiên ..........................................................................................68
Hình 3.35. Ảnh hưởng của các chất lạ đến khả năng hấp phụ tím tinh thể đối với
đá ong biến tính .........................................................................................69
Hình 3.36. Sự hấp phụ động của xanh metylen và tím tinh thể trên vật liệu ..............71
Hình 3.37. Sự hấp phụ động của mẫu nước thải đối với xanh metylen ......................72

vii


MỞ ĐẦU
Ở nước ta, quá trình phát triển các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã góp
phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư và sản xuất công nghiệp, góp phần hình
thành các khu đô thị mới, giảm khoảng cách về kinh tế giữa các vùng. Tuy nhiên, bên
cạnh sự chuyển biến tích cực về kinh tế là những tác động tiêu cực đến môi trường
sinh thái do các khu công nghiệp gây ra. Nước thải của phần lớn nhà máy, các khu
chế xuất có chứa ion kim loại nặng, các chất màu hữu cơ, các chất hoạt động bề
mặt… chưa được xử lí hoặc xử lí chưa triệt để là nguyên nhân chính gây ô nhiễm
môi trường nước. Ở Việt Nam, một trong những nguồn nước thải đáng chú ý nhất là
nước thải ngành nhuộm.
Đặc điểm nổi bật của nước thải ngành nhuộm là chứa một nồng độ cao chất
màu hữu cơ bền vi sinh, những hợp chất màu là những chất ô nhiễm dễ nhận thấy
nhất bởi màu sắc của chúng.
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dệt may,
cao su, giấy, nhựa Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là nguồn gây ô nhiễm nước .
Việc thải nước chứa thuốc nhuộm chưa qua xử lý vào các nguồn nước tự nhiên như
sông, suối sẽ làm nhiễm độc các sinh vật sống trong nước và phá hủy cảnh quan
môi
trường tự nhiên. Do đó, việc tìm ra phương pháp loại bỏ chúng ra khỏi môi trường
nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Trong số nhiều phương pháp xử lý nguồn nước ô
nhiễm nói chung và ô nhiễm thuốc nhuộm nói riêng, phương pháp hấp phụ được lựa
chọn và đã mang lại hiệu quả cao.
Chất hấp phụ có thể là các vật liệu có nguồn gốc hoàn toàn tự nhiên (các loại
quặng, đá ong, cao lanh…) hoặc nguồn gốc là phụ phẩm của các ngành công nghiệp,
nông nghiệp (vỏ trấu, rơm rạ, xơ dừa, than tro bay…) hoặc các vật liệu được chế tạo
từ các hóa chất.
Đá ong là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam và có đặc tính hấp phụ.
Cho đến nay, việc nghiên cứu khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ của đá ong tự
nhiên và đá ong biến tính còn chưa đầy đủ.
Trên cơ sở đó chúng tôi chọn đề tài:
"Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể của đá ong
biến

1


t
í
Trong
n
đề tài
h
này
"
chúng
.
tôi
nghiê
n cứu
các
nội
dung
sau:

2


1. Biến tính đá ong tự nhiên bằng chất hoạt động bề mặt (SDS) thành vật liệu
hấp phụ.
2. Xác định một số đặc trưng hóa lí của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính.
3. Xác định điểm đăng điện của vật liệu.
4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp
phụ xanh metylen, tím tinh thể trong môi trường nước của đá ong tự nhiên và đá ong
biến tính theo phương pháp tĩnh.
5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trong môi trường
nước của đá ong biến tính theo phương pháp động.
6. Xử lí nước thải phẩm nhuộm bằng đá ong biến tính.

3


NÔI DUNG Chương 1.
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm
1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định
của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong
những điều kiện quy định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên
nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng
hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị
phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học.
Một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và
nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm có chứa các nối đôi liên hợp với hệ
điện tử π không cố định như: > C = C <, > C = N -, - N = N -, - NO2. Nhóm trợ màu là
những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: - NH2, - COOH, - SO3H, - OH …đóng
vai trò tăng cường màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [13].
1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử
dụng. Tùy thuộc vào cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân
chia thành các loại khác nhau. Có 2 cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất [21].
1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học
Theo các này thuốc nhuộm được chia thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau.
Các họ chính là:
* Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc
nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Thuốc nhuộm
azo có khả năng nhuộm màu cao (gấp đôi khả năng nhuộm màu của thuốc nhuộm
antraquinon), được sản xuất đơn giản từ các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm nên giá
thành thấp. Đây là sản phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng và là họ thuốc nhuộm quan
trọng nhất cũng như có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc
nhuộm tổng hợp.

4


* Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm có chứa một hay
nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó. Họ thuốc nuộm này chiếm đến
15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
* Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong
đó nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang
màu. Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
* Thuốc nhuộm phtaloxianin: Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là
những nguyên tử H trong nhóm amin dễ bị thay thế bởi các ion kim loại còn các
nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm
thay đổi. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2%
tổng số lượng thuốc nhuộm.
Ngoài ra còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn như:
thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh.
1.1.2.2. Phân loại theo đặc tính áp dụng
* Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi
bông, lụa visco. Thuốc nhuộm hoàn nguyên phần lớn dựa trên hai họ màu indigoit và
antraquinon. Các thuốc nhuộm hoàn nguyên thường không tan trong nước, kiềm nên
thường phải sử dụng các chất khử để chuyển về dạng tan được (thường là dung dịch
NaOH + Na2S2O3 ở 50 – 600C). Ở dạng tan được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên
khuyếch tán vào xơ.
* Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm đisunfua đặc trưng có thể chuyển về
dạng tan qua quá trình khử. Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu
hóa dùng để nhuộm vật liệu xenlulo qua 3 gia đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và
oxi hóa
trở lại.
* Thuốc nhuộm trực tiếp: là thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp
vào xơ sợi xenlulo và dạng tổng quát là Ar-SO3Na. Khi hòa tan trong nước nó phân li
về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu thuốc nhuộm trực
tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có
tới 92% thuộc lớp azo.
5


* Thuốc nhuộm phân tán: Là những chất màu không tan trong nước do không
chứa các nhóm như SO3Na, -COONa. Phân bố đều trong nước dạng dung dịch huyền
phù, thường được dùng nhuộm xơ kị nước như xơ axetat, polyamit, polyeste,
polyacrilonitrin. Phân tử thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo (- N = N -) và
antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thay thế (- NH2, - NHR, - NR2,
- NH - CH2 - OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của
thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 - 95%) nên nước thải không chứa nhiều thuốc
nhuộm và mang tính axit.
* Thuốc nhuộm bazơ- cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ tan trong nước cho
các cation mang màu được dùng để nhuộm tơ tằm, hầu hết chúng là các muối clorua,
oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.
* Thuốc nhuộm axit: Được tạo thành từ axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan
+
trong nước, phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO
3 + Na , anion mang màu thuốc
nhuộm

tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả năng
tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit.
* Thuốc nhuộm hoạt tính: Là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng
với xơ sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi.
Trong cấu tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau,
quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin. Đây là loại
thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu giặt và độ
bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc nhuộm
được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là thuốc nhuộm quan
trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha.
1.2. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể
1.2.1. Xanh metylen
Xanh metylen là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác như là
tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, methylthioninium chloride,
glutylene, có CTPT là: C16H18N3SCl.

6


Công thức cấu tạo của xanh metylen như sau:

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen
Xanh metylen có phân tử gam là 319,85 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy là: 100 110°C. Khi tồn tại dưới dạng ngậm nước (C16H18N3SCl.H2O) trong điều kiện tự
nhiên, khối lượng phân tử của xanh metylen là 337,85 g/mol [16].
Xanh metylen là một chất màu thuộc họ thiôzin, phân ly dưới dạng cation
+
+
MB là C16H18N3S :

Hình 1.2. Công thức cấu tạo cation MB

+

Xanh metylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử bị oxy hóa và bị
khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào.

Hình 1.3. Dạng oxy hóa và dạng khử của MB
Xanh metylen là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, là hóa chất được sử dụng
rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản xuất mực in. Trong thủy sản,

7


xanh metylen được sử dụng vào giữa thế kỷ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi
khuẩn, nấm và ký sinh trùng.
Ngoài ra xanh metylen cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu
nâu do Met-hemoglobin quá nhiều trong máu. MB khó phân hủy khi thải ra ngoài
môi trường, nó có thể gây tổn thương vĩnh viễn cho đôi mắt của con người, động vât
cũng như thủy sản. Xanh metylen cũng có thể gây ra kích ứng đường tiêu hóa với các
triệu chứng buồn nôn, tiêu chảy và gây kích ứng da khi tiếp xúc với nó [25].
1.2.2. Tím tinh thể
Tím tinh thể hay tím gentian (còn gọi là Metyl Violet 10B, hexamethyl
pararosaniline chloride hoặc pyoctanin) là thuốc nhuộm triaryl metan [38].
Công thức phân tử: C25N3H30Cl

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của CV

Hình 1.5. Mô hình phân tử của CV

Khối lượng phân tử : 407,979 g/mol.
Tên quốc tế: Tris(4-(dimethylamino) phenyl) methylium chloride
Tím tinh thể được dùng để nhuộm mô và dùng trong phương pháp Gram để phân
loại vi khuẩn. Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và anthelmintic, từng
được coi là chất sát trùng hàng đầu. Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và
kháng giun sán [36]. Đây là đặc tính được sử dụng trong y học, đặc biệt trong nha
khoa, nó được gọi là "pyoctanin" (hay "pyoctanine") [38]. Tím tinh thể không được
dùng làm thuốc nhuộm vải mà nó được dùng làm thuốc nhuộm giấy, nhuộm gỗ và
làm một thành phần của mực xanh đậm và mực đen trong ngành in, bút bi [42]. Nó
cũng được dùng để tạo màu cho phân bón, chất chống đóng băng, áo da.

8


Tím tinh thể là một thuốc sát trùng, diệt vi sinh vật dùng để bôi vào da và niêm
mạc. Hiệu lực của thuốc trên vi khuẩn Gram dương có liên quan với những đặc tính
của tế bào vi khuẩn. Ðó là cơ sở cho việc nhuộm Gram phân biệt vi khuẩn (ví dụ, tính
thấm và độ dày của thành tế bào). Tím tinh thể ức chế sinh trưởng của nhiều loài nấm,
kể cả nấm men và nấm da. Thuốc có hiệu quả với nấm Candida, Epidermophyton,
Cryptococcus, Trichophyton, và nấm Geotrichum candidum. Tím gentian có tác dụng
trên một số vi khuẩn Gram dương, đặc biệt những loài Staphylococcus. Ðã có báo cáo
là thuốc ức chế sự sinh trưởng của tác nhân gây viêm lợi hoại tử loét (nhiễm khuẩn
Vincent), nhưng hiện nay người ta cho là vi khuẩn Gram âm (thường kháng với tím
gentian) đã gây nên bệnh này. Thuốc không có tác dụng chống những vi khuẩn kháng
axit và bào tử của vi khuẩn. Tím tinh thể đã từng được dùng dưới dạng thuốc bôi
trong điều trị nhiễm vi sinh vật ở da và niêm mạc da do Candida albicans, như bệnh
nấm Candida ở miệng, ở âm đạo, hăm kẽ, và viêm quanh móng. Nhưng hiện có những
thuốc hiệu quả hơn và không nhuộm màu như nystatin và amphotericin B, nên không
khuyên dùng tím gentian để điều trị các bệnh nhiễm nấm da, vì thuốc này gây kích
ứng cục bộ và nhuộm màu. Tím tinh thể cũng đã từng được bôi để điều trị bệnh nấm
Geotrichum cục bộ, chốc lở, viêm lợi hoại tử loét, nhiễm vi sinh vật bề mặt và nhiều
bệnh viêm da khác nhau, tuy nhiên hiệu lực của thuốc trong những bệnh này chưa
được xác định chắc chắn [36, 45].
Màu của thuốc nhuộm phụ thuộc vào độ axit của dung dịch. Ở pH = 1 thuốc
nhuộm có màu xanh lá cây, pH = -1, thuốc nhuộm có màu vàng. Màu sắc khác nhau
của thuốc nhuộm là do phân tử thuốc nhuộm thay đổi trạng thái khác nhau. Ở dạng
màu vàng, cả 3 nguyên tử nitơ có điện tích dương trong đó 2 nguyên tử nhận proton,
trong khi đó ở dạng xanh lá cây, thuốc nhuộm có 2 nguyên tử nitơ thay đổi điện tích.
Ở pH trung tính, cả 2 proton nhận thêm chuyển vào dung dịch, chỉ còn lại một trong
các nguyên tử nitơ mang điện tích dương. pKa khi mất 2 proton vào khoảng 1,15 và
1,8. Trong dung dịch kiểm, các ion hydroxyl ái nhân tấn công nguyên tử cacbon trung
tâm ái điện tử, tạo thành dạng triphenylmethanol hoặc cacbinol không màu.

9


1.3. Nước thải dệt nhuộm
Nước thải công nghiệp ngành nhuộm rất đa dạng và phức tạp. Ngoài thành
phần chính là phẩm nhuộm còn có chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngâm,
chất tạo môi trường, tinh bột, chất oxy hóa và nhiều loại hóa chất hòa tan dưới dạng
ion. Sự tồn tại của chúng đã làm tăng tính độc hại của nước thải nhuộm màu trong
môi trường
nước.
Công nghiệp nhuộm màu đã sử dụng một lượng lớn nước phục vụ cho sản
xuất, đồng thời xả ra một lượng nước thải tương ứng, trong đó nguồn gây ô nhiễm
chính cần giải quyết là từ công đoạn tẩy và nhuộm.
1.3.1. Thành phần nước của thải dệt nhuộm
Thành phần nước của thải dệt nhuộm không ổn định, đa dạng và thay đổi theo
từng nhà máy, tùy thuộc vào quá trình nhuộm các loại vải, giấy, gỗ... khác nhau và
môi trường nhuộm (axit, kiềm, hoặc trung tính). Nhìn chung, thành phần của nước
thải nhuộm màu bao gồm: thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất oxy
hóa, xút, chất điện ly…
Nước thải tẩy giặt có pH dao động khá lớn (từ 9 ÷ 12), hàm lượng chất hữu cơ
cao (COD = 1000 ÷ 3000 mg/L). Nước thải của ngành công nghiệp giấy có hàm
lượng COD cũng khá cao 22000-46500 mg/L, BOD chiếm từ 40-60% COD, phần lớn
được gây ra từ những chất hữu cơ không Lignin. Ngoài các chỉ tiêu ô nhiễm của
nước thải dịch đen thì nước thải của xeo giấy có tỉ lệ COD, BOD, Lignin không cao
bằng nước thải dịch đen, nhưng các chỉ tiêu này cũng vượt quá giới hạn cho phép. Độ
màu của nước thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể lên đến 10000Pt –
Co, hàm lượng cặn lơ lửng có thể đạt giá trị 2000 mg/L, nồng độ này giảm dần ở cuối
giai đoạn của chu kỳ xả và giặt.
Cho đến nay, hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm chỉ đạt 60 ÷ 70%, 30 ÷ 40% các
phẩm nhuộm thừa còn lại ở dạng nguyên thủy hay ở dạng phân hủy, ngoài ra một số
chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo môi trường… cũng tồn tại trong nước
thải nhuộm. Đó là nguyên nhân gây ra độ màu rất cao của nước thải nhuộm màu.
Thành phần phẩm nhuộm thường chứa các gốc như R – SO3N, R – SO3H,
N – OH, R – NH3, R – Cl…, nước thải có pH thay đổi từ 2 ÷ 14, độ màu rất cao, đôi
10


khi lên đến 5000 Pt – Co, hàm lượng COD thay đổi từ 80 ÷ 18000 mg/L. Tùy theo
từng loại phẩm nhuộm (phân tán, trực tiếp, hoạt tính) mà ảnh hưởng đến tính chất
nước thải. Riêng trường hợp sử dụng sản phẩm phân tán, đối với một số mẫu nhất
định, nước thải sau khi nhuộm có hàm lượng cặn lơ lửng thấp, có độ màu không đáng
kể, đa số cặn không tan được [10].
1.3.2. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ
sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. N hu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt
nhuộm rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng. Theo phân tích của các chuyên gia,
lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là từ
các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể tính sơ lược nhu cầu sử
dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 ÷ 65 lít và thải ra 10 ÷ 40 lít nước.
Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải
thì ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp
[11].
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp nhuộm giấy từ các công đoạn
thải rửa nguyên liệu bao gồm các chất hữu cơ hòa tan, đát đá, vỏ cây, thuốc bảo vệ
thực vật. Từ quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các
chất nấu và một phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường được gọi là dịch đen.
Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ
70:30. Thành phần hữu cơ chủ yếu là trong dịch đen lignin hòa tan và dịch kiềm.
Ngoài ra, là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ. Thành phần hữu
cơ bao gồm những chất nấu, một phần nhỏ là NaOH, Na2S, Na2SO4, Na2CO2, còn
phần nhiều là kiềm natrisunfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm.. Dòng thải từ
công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học và bán
hóa chứa các chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với
chất tẩy ở dạng độc hại. Dòng này có độ màu, giá trị BOD5 và COD cao. Dòng thải từ
quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng và
các chất phụ gia như nhựa thong, phẩm màu, cao lanh. Dòng thải từ các khâu rửa
thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng các chất lơ lửng và các chất rơi vãi.
11


1.3.3. Thực trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ở nước ta
Mặc dù sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp ở các làng nghề đạt được
những thành tựu đáng kể nhưng do công nghệ lạc hậu, quy mô nhỏ lẻ nên chưa xử lý
được chất thải sau quá trình sản xuất dẫn đến ô nhiễm môi trường rác thải, nước thải,
khí thải, ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. Tại một số làng nghề như: Vạn Phúc,
Dương Nội (Hà Đông – Hà Nội), Phong Khê, Xuân Lai, Đông Hồ, Mai Động (Bắc
Ninh)... nhu cầu oxy hoá học (COD) trong các công đoạn tẩy, nhuộm đo được từ 380
÷ 890 mg/L, cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 ÷ 8 lần, độ màu đo được là 750Pt - Co,
cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Các chỉ tiêu của nước thải cao chưa được xử
lý thải trực tiếp ra hệ thống ao, sông.
Ngoài ô nhiễm do nước thải còn ô nhiễm khí thải, rác thải và tiếng ồn. Rác thải
ở các làng nghề nhuộm vải, giấy, gỗ chủ yếu là xơ nhộng, vụn bông, tơ vụn, gỗ vụn
và giấy vụn. Tiếng ồn phát sinh ra do vận hành máy móc. Khí thải sinh ra từ các
phân xưởng, lò hơi, các lò nấu tẩy nhỏ có dùng than phục vụ quá trình giặt nóng, nấu,
sấy, nhuộm, bụi giấy, bụi gỗ. Các quá trình tẩy nhuộm có tỷ lệ mất mát chất tẩy
nhuộm lên đến 50%. Nguyên nhân của việc mất mát chất tẩy, nhuộm là do các chất
này không bám dính hết vào vật liệu nhuộm, số phẩm nhuộm này sẽ đi theo đường
nước thải ra ngoài. Việc thu hồi các chất thất thoát chỉ đạt khoảng 75% [40, 43]. Vì
vậy, việc xử lý nước thải nhuộm màu là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu. Điều
quan trọng nữa đó là độ màu của nước thải khá cao, việc xả liên tục vào nước đã làm
cho độ màu tăng, dẫn đến hiện trạng nguồn nước bị đục, chính các thuốc nhuộm thừa
có khả năng hấp thụ ánh sáng, ngăn cản sự khuếch tán ánh sáng vào nước, do vậy
thực vật dần dần bị hủy diệt, sinh thái nguồn nước có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Thêm vào đó, một số các kim loại nặng tồn tại dưới dạng phẩm nhuộm, các hóa chất
phụ trợ cũng hết sức nguy hại, là độc tố tiêu hủy sinh vật và ảnh hưởng trực tiếp đến
sức khỏe con người [3,
11, 13, 43, 48].
1.3.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm được trình
bày trong bảng 1.1 [12].
12


Bảng 1.1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm
S
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0

Gi
Đ
ơ Aá B
⁰ 4 4
0 0
C6 5,
÷ 5
CơP 5 1
Đ sở t 0 5
ộ C P 7 2
ơ t 5 0
m 3 5
g 0 0
Cơm 7 1
COD
sở g 5 5
C m1 2
ơ g 0 0
T m 5 1
g g 0 0
m 0, 0
g 0 ,
m 1 2
g
m 0, 0
g 0 ,
T m 5 1
ổ g
0

Trong đó:
Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp
dệt nhuộm khi xả ra nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp
dệt nhuộm khi xả ra nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Như vậy, nước thải công nghiệp nói chung và nước thải ngành nhuộm màu nói
riêng, để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm
ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trường có mặt trong nước thải.
1.3.5. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm
Tính chất độc hại cho môi trường sống dưới nước của nước thải công nghiệp
nhuộm màu thay đổi rất nhiều tùy theo điều kiện sản xuất. Các nguồn độc hại cho môi
trường sống dưới nước có thể bao gồm: muối, chất hoạt động bề mặt, ion kim loại và
các
13


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×