Luận văn Thạc sĩ Khoa học Vật chất: Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ của quặng sắt biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn nhằm nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ bằng các phương pháp: ghi phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp hấp phụ đa phân tử (BET), phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM). Chế tạo vật liệu hấp phụ có tỉ lệ mol Fe (từ quặng sắt Trại Cau- Thái Nguyên) và Ni (từ hóa chất) theo một số tỉ lệ 3:1; 2:1; 3:2 theo phương pháp kết tủa. 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 Khoa học Vật chất: Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ của quặng sắt biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM  NGUYỄN THỊ NGUYỆT NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH, METYL DA CAM VÀ METYL ĐỎ CỦA QUẶNG SẮT BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thái Nguyên - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM  NGUYỄN THỊ NGUYỆT NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH, METYL DA CAM VÀ METYL ĐỎ CỦA QUẶNG SẮT BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Thị Hậu Thái Nguyên - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2016 Tác giả Nguyễn Thị Nguyêṭ Xác nhận Xác nhận của trưởng khoa chuyên môn của giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan TS. Vũ Thị Hậu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của TS. Vũ Thị Hậu trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám hiệu, khoa Sau Đại học, khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ phòng thí nghiệm khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành 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 luận văn có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2016 iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................i LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii MỤC LỤC ............................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................iv DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................vi MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1 Chương 1 TỔNG QUAN ........................................................................................3 1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm ..................................................................................3 1.1.1. Định nghĩa và phân loại thuốc nhuộm .......................................................3 1.1.2. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm .....................4 1.1.3. Giới thiệu về metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ ...........................5 1.1.4. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm ..................7 1.2. Phương pháp chế tạo vật liệu .........................................................................7 1.3. Tiềm năng quặng sắt của Việt Nam...............................................................8 1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ............................................................10 1.4.1. Các khái niệm...............................................................................................10 1.4.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ............................................12 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ........................................15 1.4.4. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước ..........................16 1.5. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ ...................................................................................................................17 1.6. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ ......................................................................................................19 1.7. Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu .................................22 1.7.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)..................................................22 1.7.2. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) ......................................23 1.7.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................23 Chương 2 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................25 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chấ t ........................................................................25 2.2. Chuẩn bị nguyên liệu .....................................................................................26 iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.3. Chế tạo một số mẫu vật liệu hấp phụ ..........................................................27 2.4. Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ ................................................................................................28 2.4.1. Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh........28 2.4.2. Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl da cam........29 2.4.3. Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl đỏ ................30 2.5. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ ..................................................31 2.5.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metylen xanh ..............31 2.5.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl da cam ..............32 2.5.3. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl đỏ .......................33 2.6. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của NL và các mẫu VLHP chế tạo được ..........................................................................................................................34 2.7. Một số đặc trưng của VLHP M3...................................................................36 2.7.1. Thành phần pha của VLHP M3 ................................................................36 2.7.2. Diện tích bề mặt riêng .................................................................................37 2.7.3. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................................37 2.7.4. Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được ................................37 2.8. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ của VLHP M3 ...........................................................39 2.8.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH .....................................................................39 2.8.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của VLHP M3 .................................................................................................................44 2.8.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP48 2.8.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP M3 ................................................................................................................52 2.9. Xử lý thử 3 mẫu nước thải chứa metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ ..............................................................................................................................58 KẾT LUẬN…………………………………………………………………60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................62 PHỤ LỤC ................................................................................................................65 iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc 1 BET Brunauer-Emmet-Teller 2 SEM Hiển vi điện tử quét 3 VLHP Vật liệu hấp phụ 4 XRD X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1:Thành phần hóa học chính của quặng Sắt Trại Cau-Thái Nguyên. 9 Bảng 1.2: Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ........................................13 Bảng 2.1: Kí hiệu các VLHP chế tạo được ................................................. 27 Bảng 2.2: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metylen xanh ở các bước sóng khác nhau .............................................................................. 28 Bảng 2.3: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl da cam ở các bước sóng khác nhau .............................................................................. 30 Bảng 2.4: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl đỏ ............ 31 ở các bước sóng khác nhau. .......................................................................... 31 Bảng 2.5: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metylen xanh với các nồng độ khác nhau .................................................................................. 32 Bảng 2.6: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl da cam với các nồng độ khác nhau .................................................................................. 33 Bảng 2.7: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl đỏ với các nồng độ khác nhau ........................................................................................ 34 Bảng 2.8: Số liệu đánh giá khả năng hấp phụ của NL và các VLHP đối với metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ.............................................. 35 Bảng 2.9: Số liệu xác định điểm đẳng điện của VLHP M3 ........................ 38 Bảng 2.10: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ metylen xanh của VLHP M3......................................................................... 40 Bảng 2.11: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ metyl da cam của VLHP M3 ......................................................................... 41 v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Bảng 2.12: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ metyl đỏ của VLHP M3 ................................................................................. 43 Bảng 2.13: Sự phụ thuộc của hiệu suất và dung lượng hấp phụ metylen xanh của VLHP M3 vào khối lượng VLHP ................................................ 44 Bảng 2.14: Sự phụ thuộc của hiệu suất và dung lượng hấp phụ metyl da cam của VLHP M3 vào khối lượng VLHP .................................................. 46 Bảng 2.15: Sự phụ thuộc của hiệu suất và dung lượng hấp phụ metyl đỏ của VLHP M3 vào khối lượng VLHP .......................................................... 47 Bảng 2.16: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào thời gian ......................................................................................... 48 Bảng 2.17: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ metyl da cam vào thời gian .......................................................................................... 50 Bảng 2.18: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ metyl đỏ vào thời gian................................................................................................... 51 Bảng 2.19: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ của VLHP vào nồng độ metylen xanh ban đầu ........................................................53 Bảng 2.20: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ của VLHP vào nồng độ metyl da cam ban đầu ........................................................54 Bảng 2.21: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ của VLHP M3 vào nồng độ metyl đỏ ban đầu ..........................................................56 Bảng 2.22: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir ............... 57 Bảng 2.23: Kết quả phân tích các mẫu nước thải trước và sau khi hấp phụ trên VLHP .............................................................................................. 59 v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ..............................................15 Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb ....................... 15 Hình 2.1: Giản đồ XRD của nguyên liệu..................................................... 26 Hình 2.2: Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ ............................................. 28 Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metylen xanh vào bước sóng ........................................................................ 29 Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metyl da cam vào bước sóng ................................................................................... 30 Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metyl đỏ vào bước sóng ........................................................................................... 31 Hình 2.6: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh ............... 32 Hình 2.7: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam ............... 33 Hình 2.8: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metyl đỏ ....................... 34 Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ của NL và các mẫu VLHP ....................................................... 35 Hình 2.10: Giản đồ XRD của VLHP M3 ............................................................36 Hình 2.11: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của VLHP M3....................... 37 Hình 2.12: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP M3 ....................... 39 Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP M3 vào pH ............................................................................ 40 Hình 2.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam của VLHP M3 vào pH ........................................................................... 42 Hình 2.15: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl đỏ của VLHP M3 vào pH ................................................................................... 43 Hình 2.17: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam của VLHP vào khối lượng VLHP ........................................................ 46 vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 2.18: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl đỏ của VLHP vào khối lượng VLHP ................................................................ 47 Hình 2.19: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào thời gian ......................................................................................... 49 Hình 2.20: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam vào thời gian .......................................................................................... 50 Hình 2.21: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl đỏ vào thời gian……………………………………………………………….51 Hình 2.22: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ metylen xanh ban đầu.............................................................................. 53 Hình 2.23: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metylen xanh .................................................................................................. 54 Hình 2.24: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với metylen xanh .................................................................................................. 54 Hình 2.25: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ metyl da cam ban đầu ...........................................................................................55 Hình 2.26: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metyl da cam .................................................................................................. 55 Hình 2.27: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với metyl da cam............................................................................................................. 55 Hình 2.28: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ metyl đỏ ban đầu………………………………………………………..55 Hình 2.29: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metyl đỏ ..................................................................................................................... 57 Hình 2.30: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với metyl đỏ ..................................................................................................................... 57 vi
MỞ ĐẦU Vấn đề môi trường có liên quan chặt chẽ đến đời sống và sự phát triển của con người. Xã hội muốn phát triển bền vững thì không thể không quan tâm tới bảo vệ môi trường và nghiên cứu xử lí môi trường. Hiện nay, Việt Nam đang ở giai đoạn đầu xây dựng một nước công nghiệp. Là một nước đang phát triển nên công nghiệp hóa - hiện đại hóa được xem như chìa khóa để phát triển đất nước. Với hơn 800.000 cơ sở sản xuất công nghiệp và gần 70 khu chế xuất - khu công nghiệp tập trung đã đóng góp một phần rất lớn vào GDP của đất nước. Công nghiệp càng phát triển thì vấn nạn ô nhiễm môi trường lại càng đáng lo ngại. Thuốc nhuộm hữu cơ là một trong những hóa chất gây độc môi trường sống của sinh vật dưới nước, làm ô nhiễm nặng nguồn nước. Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dệt may, cao su, giấy, nhựa…Do có tính tan cao, các thuốc nhuộm là nguồn ô nhiễm nước và có thể thấy điều đó qua nước thải công nghiệp. Việc thải nước thải có chứa thuốc nhuộm chưa qua xử lí vào các nguồn nước tự nhiên như sông, suối, ao, hồ… sẽ làm nhiễm độc các sinh vật sống dưới nước, làm mất mỹ quan môi trường. Có rất nhiều phương pháp xử lí nước thải có chứa phẩm nhuộm, trong đó hấp phụ là một trong những phương pháp hóa lý phổ biến và mang lại hiệu quả cao. Nhiều loại chất hấp phụ khác nhau được biết đến trong ứng dụng này như than hoạt tính, zeolit, tro than, chitin và chitosan, v.v... Nghiên cứu tìm ra vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên, giá thành hợp lí vẫn luôn là mảnh đất chờ đợi của các nhà khoa học. Việt Nam là một trong những quốc gia giàu khoáng sản, đặc biệt là quặng sắt. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như luyện gang thép, nấu thủy tinh, pin khô…Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng chúng làm vật liệu hấp phụ còn chưa được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ những lý do đó, chúng 1
tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ của quặng sắt biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường” Với mục đích đó trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu những nội dung sau: - Chế tạo vật liệu hấp phụ có tỉ lệ mol Fe (từ quặng sắt Trại Cau- Thái Nguyên) và Ni (từ hóa chất) theo một số tỉ lệ 3:1; 2:1; 3:2 theo phương pháp kết tủa. - Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ bằng các phương pháp: ghi phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp hấp phụ đa phân tử (BET), phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM). - Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ (thời gian quá trình hấp phụ đạt cân bằng đối với từng chất; ảnh hưởng của pH đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ; ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến dung lượng hấp phụ…) - Thử khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ đối với mẫu nước thải thực chứa metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ. Bố cục của luận văn này gồm: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Thực nghiệm, kết quả và thảo luận - Kết luận - Tài liệu tham khảo 2
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm 1.1.1. Định nghĩa và phân loại 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. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân huỷ bởi những điều kiện tác động khác và môi trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm vừa là vấn đề đối với xử lý nước thải dệt nhuộm. Màu sắc của thuốc có được là do cấu trúc hoá học. Một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ electron π không cố định như:  C  C  ,  C  N  ,  N  N  ,  NO2 … Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận electron như:  NH 2 , COOH ,  SO3 H , OH … đóng vai trò tăng cường của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ electron [22]. Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng được phân loại thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: Phân loại theo cấu trúc hoá học: bao gồm: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm inđizo, thuốc nhuộm phenazin, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin. Phân loại theo đặc tính áp dụng: bao gồm các loại thuốc nhuộm: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [22]. 3
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ hơn về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của đề tài. Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo ( N  N ) phân tử thuốc nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (điazo, triazo, polyazo). Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát Ar─SO3Na. Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo. Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, bông cầm màu bằng tananh. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp hoá học được phân bố: azo (43%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antraquinon (5%) và các loại khác. Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar  SO3 Na → 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 tơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là antraquion, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác [22]. 1.1.2. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm Trong nhiều thập kỷ qua, ngành công nghiệp dệt nhuộm luôn có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Với các doanh nghiệp nhà nước, doanh nghiệp tư nhân, dự án liên doanh và các nhà máy có vốn đầu tư 100% nước ngoài cùng rất nhiều tổ hợp tư nhân nhỏ, vừa, lớn đang hoạt động trong lĩnh vực sợi, dệt, nhuộm nhằm phấn đấu đạt chỉ tiêu hơn hai tỷ mét vải vào năm 2020 cho thấy quy mô và định hướng phát triển lớn mạnh của ngành công nghiệp này. Tuy nhiên, 4
trong số các nhà máy chỉ có nhà máy lớn có xây dựng hệ thống xử lý nước thải còn lại hầu như chưa có hệ thống xử lý vẫn còn xả trực tiếp ra môi trường. Loại nước thải dệt nhuộm có độ kiềm hoặc độ axit cao, màu đậm, có nhiều chất hữu cơ, vô cơ gây độc cho quần thể sinh vật và ảnh hưởng sức khoẻ cộng đồng. Ở các ngành công nghiệp dệt may, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11, chỉ số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu ôxy hoá học (COD) có thể lên đến 700mg/1 và 2.500mg/1, hàm lượng chất rắn lơ lửng... cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước bề mặt trong vùng dân cư. Do đó vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn nước [16]. 1.1.3. Giới thiệu về metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ 1.1.3.1. Thuốc nhuộm metylen xanh Metylen xanh là một chất tinh thể màu xanh lục, có ánh kim, tan nhiều trong nước, etanol. Metylen xanh là một loại thuốc nhuộm bazơ cation (MB2+), nó được sử dụng phổ biến trong kĩ thuật nhuộm, làm chất chỉ thị và thuốc trong y học. Đây là một chất khó phân hủy khi thải ra môi trường nước, gây mất vẻ đẹp mĩ quan, ảnh hưởng xấu đến quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người. Công thức phân tử : C16H18N3SCl. Công thức cấu tạo: Phân tử gam: 319,85 g/mol; Nhiệt độ nóng chảy: 100 - 110 °C. Khi tồn tại dưới dạng ngậm nước (C16H18N3SCl.3H2O) trong điều kiện tự nhiên, khối lượng phân tử của metylen xanh là 373,9 g/mol [22]. 5
1.1.3.2. Thuốc nhuộm metyl da cam Metyl da cam là một chất bột tinh thể màu da cam, không tan trong dung môi hữu cơ, khó tan trong nước nguội nhưng dễ tan trong nước nóng. Metyl da cam là một monoazo thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, dệt may và các ngành công nghiệp khác. Metyl da cam có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống, chuyển hóa thành các amin thơm bằng vi sinh đường ruột và thậm chí có thể dẫn tới ung thư đường ruột. Dung dịch trong nước dùng làm chỉ thị chuẩn độ axit - bazơ, có màu hồng trong môi trường axit, màu vàng da cam trong môi trường kiềm, khoảng pH chuyển màu: 3,1 - 4,4 [12], [17]. Công thức phân tử: C 14 H 14 N 3 O 3 SNa Công thức cấu tạo: CH3 NaO3S N N N CH3 Metyl da cam: là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit Ka=4.10 44 Trong môi trường kiềm và trung tính, nó có màu vàng là màu của anion: H 3C N N N SO3 H 3C Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton (H  ) chuyển thành cation màu đỏ: H3C H N N N SO3H H3C 1.1.3.3. Thuốc nhuộm metyl đỏ Metyl đỏ là chất bột màu đỏ, ít tan trong nước, độ tan xấp xỉ 0,1 g/l, tan nhiều trong cồn. Metyl đỏ thuộc loại thuốc nhuộm axit do có một nhóm – COOH và chứa một liên kết –N=N– trong phân tử. 6
Công thức phân tử : C15H15N3O2 Công thức cấu tạo: Khối lượng phân tử: 327,34 đvC Trong công nghiệp metyl đỏ thường được sử dụng để nhuộm các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axit, cơ chế nhuộm màu như sau:   Anion cã mµu ®á  OH  Metyl ®á  H  Cation cã mµu hång Metyl đỏ có tính độc, nếu nhiễm độc metyl đỏ có thể gây ra các bệnh về da, mắt, đường hô hấp, đường tiêu hoá [12]. 1.1.4. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm Ngành công nghiệp dệt nhuộm nước ta đang phát triển rất đa dạng với quy mô khác nhau và đã thải ra ngoài môi trường một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm cao. Nước thải dệt nhuộm thường có độ màu rất cao. Việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh. Cụ thể đối với con người gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, ung thư…, đối với hệ sinh thái thủy sinh có thể phá hủy hoặc ức chế khả năng sinh sống của vi sinh vật [2]. 1.2. Phương pháp chế tạo vật liệu Để tổng hợp vật liệu có thể dùng nhiều phương pháp tổng hợp hóa học truyền thống hoặc phương pháp mới như: phương pháp thủy nhiệt, phương pháp kết tủa, phương pháp ngưng tụ pha hơi, phương pháp đốt cháy, phương pháp sol - gel,… Trong đó phương pháp kết tủa là một trong các phương pháp quan trọng để điều chế vật liệu. Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng sắt biến tính bằng phương pháp kết tủa. 7
Phương pháp kết tủa Để thu được kết tủa có thành phần hóa học mong muốn, các tác nhân tạo kết tủa cần thỏa mãn điều kiện sau: phản ứng kết tủa phải xảy ra nhanh và sản phẩm kết tủa không tan trong dung môi. Các tác nhân kết tủa có thể là dung dịch muối vô cơ hoặc hữu cơ. Các muối vô cơ thường sử dụng là muối cacbonat, oxalat, hidroxit của natri, kali, amoni… Khi sử dụng dung dịch muối hữu cơ làm tác nhân kết tủa làm cho quá trình rửa kết tủa dễ dàng hơn. Khả năng bay hơi cao của các hợp chất hữu cơ khi phân hủy tạo cho hạt mịn hơn. Các tác nhân kết tủa trên cơ sở muối hữu cơ rất thích hợp cho sản xuất sản phẩm có độ mịn, độ đồng nhất cao theo tỉ lệ hợp thức mong muốn. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kết tủa như nồng độ, tỉ lệ các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ và pH của dung dịch. Các yếu tố trên cũng ảnh hưởng nhiều đến kích thước và diện tích bề mặt riêng của sản phẩm. Chẳng hạn, khi tăng nhiệt độ kết tủa từ 400C lên 800C thì kích thước hạt MgO giảm từ 28,89 đến 14,48 nm và diện tích bề mặt riêng tăng từ 58 đến 116 m2/g [27]. Ảnh hưởng của tác nhân tạo kết tủa đến diện tích bề mặt riêng của oxit cũng được tác giả [27] nghiên cứu. Phương pháp kết tủa có ưu điểm sau: Cho sản phẩm tinh khiết, tính đồng nhất của sản phẩm cao, thay đổi các tính chất của vật liệu thông qua việc điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ của sự thuỷ phân, sự kết tinh ảnh hưởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm cuối cùng. Vật liệu tổng hợp được bằng phương pháp này cho kích thước nhỏ, đồng đều, các tiền chất để tổng hợp đơn giản dễ tìm. Tuy nhiên, để tổng hợp vật liệu nào đó, không phải lúc nào cũng lựa chọn được các tiền chất thích hợp. 1.3. Tiềm năng quặng sắt của Việt Nam Ở Việt Nam, quặng sắt phân bố rất rộng rãi và dễ khai thác, đó là các mỏ: mỏ sắt Trại Cau, Quang Trung, Linh Nham, Tiến Bộ (Thái Nguyên), Mộ Đức (Quảng Ngãi), Phú Thọ, Cao Bằng. Theo tài liệu [6], [11], mỏ Thạch Khê (Hà Tĩnh) được cho là lớn nhất Đông Nam Á với trữ lượng khoảng 500 triệu tấn đã bắt đầu được khai thác. Với trữ lượng trên 120 tấn, mỏ Quý Xa (Lào Cai) đã trở 8