Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể của đá ong biến tính

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của Luận văn nhằm 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. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trong môi trường nước của đá ong biến tính theo phương pháp động. Xử lí nước thải phẩm nhuộm bằng đá ong biến tính. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: 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 của trưởng khoa chuyên môn giáo 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 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 iii
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 đẳng 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 iv
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 đẳng 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 Tên tiếng việt Tên tiếng Anh Viết tắt Tím tinh thể Crystal Violet CV Xanh Metylen Methylen Blue MB Nhiễu xạ tia X X-ray Diffraction XRD Quang phổ hồng ngoại InfraRet IR Đá ong tự nhiên Raw Laterit RL Đá ong biến tính Surfactant Modified Laterit SML Natri dodexyl Sunfat Sodium dodecyl sunfate SDS Metyl da cam Methylen Organe MO Nhu cầu oxi sinh hóa Biochemical Oxygen Demand BOD Nhu cầu oxi hóa hóa học Chemical Oxygen Demand COD Vật liệu hấp phụ Material for Adsorption VLHP 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 đẳng 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 v
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 vi
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 đẳng nhiệt Freundlich của các vật liệu đối với MB .........56 Hình 3.23. Đường đẳng 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 đẳng nhiệt Freundlich của các vật liệu đối với tím tinh thể trong nền NaCl 1 mM ..........................................................................60 Hình 3.26. Đường đẳng 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 đẳng nhiệt Freundlich của các vật liệu đối với tím tinh thể trong nền NaCl 10 mM ........................................................................61 Hình 3.29. Đường đẳng 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 đẳng 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 tính" . Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau: 1
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 đẳng 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. 2
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. 3
* 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. 4
* 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-SO3- + 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. 5
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, 6
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. 7
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. 8
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 9