ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
KHOA HĨA

LÊ THỊ NHƯ HỒI

Đề tài:
NGHIÊN CỨU CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU THUỐC
NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC – 3RN BẰNG HỆ
FENTON CẢI TIẾN FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Đà Nẵng – 05/ 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA

Đề tài:
NGHIÊN CỨU CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU THUỐC
NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC – 3RN BẰNG HỆ
FENTON CẢI TIẾN FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện : Lê Thị Như Hoài
Lớp

: 12CHP

Giáo viên hướng dẫn : TS. Bùi Xuân Vững

Đà Nẵng – 05/2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHSP

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Thị Như Hoài
Lớp

: 12CHP

1. Tên đề tài: Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính
COLVAZOI YELLOW LC – 3RN bằng hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/
ánh sáng mặt trời.
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
- Nguyên liệu: Bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai – Lâm Đồng, bột thuốc
nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN lấy từ nhà máy dệt nhuộm Hịa

Khánh – Đà Nẵng.
- Dụng cụ: bình tam giác, bình định mức, ống đong, pipet các loại, buret, cốc,
phễu, đũa thủy tinh, nắp kính đồng hồ.
- Thiết bị: bếp cách thủy, máy đo pH Branson (Anh), cân phân tích Precisa
(Đức), máy quang phổ UV – VIS Lambda 25 – Perkin Elmer (USA), tủ sấy, tủ hút.
- Hóa chất: Fe2(SO4)3, H2C2O4.2H2O, H2SO4 đậm đặc 98%, H2O2 30%, KMnO4,
NaOH, C2H5OH 96°, 1,10 – phenalthroline, NH4OCl, HNO3, HClO4, HCl, Nước
cất, CH3COONH4.
3. Nội dung nghiên cứu
- Phân tích, xác định hàm lượng sắt có trong bùn đỏ.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt trong bùn đỏ sau trung
hòa bằng axit H2C2O4 như: nhiệt độ, thể tích axit, thời gian, ... sử dụng máy quang
phổ UV – VIS.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Fenton cải tiến như: pH,
thời gian phản ứng, nồng độ H2O2, nồng độ Fe3+.
4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Bùi Xuân Vững


5. Ngày giao đề tài: 10/ 08/ 2015
6. Ngày hoàn thành: 27/ 04/ 2016

Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa, ngày........tháng........năm 2016

Kết quả điểm đánh giá:
Ngày........... tháng........... năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Được sự phân cơng của Khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng và sự
đồng ý của thầy giáo hướng dẫn TS. Bùi Xuân Vững tôi đã thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI
YELLOW LC-3 RN bằng hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2 /Ánh sáng mặt
trời”.
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến giáo viên
hướng dẫn TS. Bùi Xuân Vững đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt q
trình thực hiện và hồn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Ban Chủ Nhiệm khoa cùng tồn
thể các thầy cơ giáo Khoa Hóa đã dạy dỗ và tạo điều kiện giúp tôi nghiên cứu, thực
hiện bài khóa luận.
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, nhưng với thực tiễn còn hạn chế nên
bài báo cáo khóa luận này khơng tránh khỏi sai sót. Rất mong được sự quan tâm và
đóng góp ý kiến nhiệt tình của quý thầy cô để bài báo cáo của tôi được hồn thiện
hơn.
Cuối cùng, kính chúc q Thầy, Cơ dồi dào sức khỏe và thành công trong sự
nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày …… tháng ….. năm 2016
Sinh viên thực hiện

Lê Thị Như Hoài

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ..........................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2
3.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................2
3.2. Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................3
4.1. Nghiên cứu lý thuyết ....................................................................................3
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ..............................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...........................................................3
6. Cấu trúc luận văn ................................................................................................4
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ......................................................................................5
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM .......................................5
1.1.1. Khái quát ngành công nghiệp dệt nhuộm ................................................5
1.1.2. Khái quát về thuốc nhuộm.......................................................................5
1.1.3. Phân loại thuốc nhuộm ............................................................................6
1.1.4. Các tác động môi trường của thuốc nhuộm.............................................9
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM DO THUỐC
NHUỘM ................................................................................................................11
1.2.1. Phương pháp sinh học ...........................................................................11
1.2.2. Phương pháp điện hóa ...........................................................................11
1.2.3. Phương pháp hóa lý ...............................................................................11
1.2.4. Phương pháp hóa học ............................................................................14
1.2.5. Q trình oxy hóa nâng cao ...................................................................15
1.3. PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV – VIS .............21
1.3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp ..........................................................21
1.3.2. Cấu tạo máy quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS ..............................22

1.3.3. Các phương pháp định lượng ................................................................23


1.3.4. Các điều kiện tối ưu hóa ........................................................................24
1.4. TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ..........................................................................24
1.4.1. Khái quát về bùn đỏ ...............................................................................24
1.4.2. Công nghệ Bayer ...................................................................................24
1.4.3. Thành phần và tác hại của bùn đỏ .........................................................25
1.4.4. Thực trạng thải bùn đỏ trên thế giới và Việt Nam ................................27
1.4.5. Một số nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ trong xử lý nước .........................27
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................29
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT ............................................29
2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất ........................................................................29
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu..............................................................29
2.2. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM .....................................................................30
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................30
2.2.1.1. Phương pháp xử lý bùn đỏ ................................................................30
2.2.1.2. Phương pháp chuẩn bị hóa chất ........................................................30
2.2.1.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý ...............................................30
2.2.2. Xác định hàm lượng Fe2O3 trong mẫu bùn đỏ ......................................31
2.2.3. Xây dựng đường chuẩn Fe(III) – Oxalat ...............................................32
2.2.4. Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ ...................................................32
2.2.5. Khảo sát quá trình xử lý Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng
mặt trời với phức sắt oxalat được chiết từ bùn đỏ. ...........................................33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................35
3.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA BÙN ĐỎ .................................................35
3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ ........36
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn phức Fe(III) - oxalat........................................36
3.2.2. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình chiết sắt từ bùn
đỏ......................................................................................................................37

3.2.2.1. Kết quả khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalat ....................37
3.2.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun đến quá trình chiết
phức sắt oxalat ................................................................................................38


3.2.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến quá trình chiết
phức sắt oxalat ................................................................................................39
3.2.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến quá trình chiết
phức sắt oxalat ................................................................................................40
3.2.2.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến q trình
chiết phức sắt oxalat ........................................................................................42
3.3. KẾT QUẢ XỬ LÝ HỆ FENTON FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG
MẶT TRỜI VỚI FE(III) – OXALAT ĐƯỢC CHIẾT RA TỪ BÙN
ĐỎ.........................................................................................................................43
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm ...................................................43
3.3.2. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý thuốc nhuộm bằng
Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời. ......................................44
3.3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH .................................................44
3.3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ........................45
3.3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức Fe(III) –
Oxalat.............................................................................................................47
3.3.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ................................49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................52
1. KẾT LUẬN ......................................................................................................52
1.1. Thành phần hóa học chính của bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng .....................52
1.2. Quá trình chiết phức sắt oxalat ..................................................................52
1.3. Quá trình Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời ................52
2. KIẾN NGHỊ......................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................53

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Ứng dụng của thuốc nhuộm đối với các loại vải.......................................9
Bảng 1.2. Các mức độ sử dụng hết trung bình ..........................................................10
Bảng 1.3. Phân loại hấp phụ......................................................................................13
Bảng 1.4. Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp ............................16
Bảng 1.5. Các q trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng ................17
Bảng 1.6. Các q trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng ...........................18
Bảng 1.7. Thành phần hóa học của bùn đỏ ...............................................................26
Bảng 3.1. Giá trị nồng độ sắt trong mẫu bùn ............................................................35
Bảng 3.2. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) – Oxalat ..........36
Bảng 3.3. Khảo sát ảnh hưởng trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt oxalat ......37
Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun đến quá trình chiết sắt oxalat ......38
Bảng 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến quá trình chiết sắt oxalat .......39
Bảng 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến quá trình chiết sắt oxalat ...40
Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit đến quá trình chiết sắt oxalat ........42
Bảng 3.8. Số liệu xây dựng đường chuẩn nồng độ thuốc nhuộm .............................43
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu ......44
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị mật độ quang và hiệu suất
xử lý màu ...................................................................................................................46
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến giá trị mật độ quang
và hiệu suất xử lý màu...............................................................................................47
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử
lý màu ........................................................................................................................49


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ cơ chế phản ứng xoay vòng trong hệ dưới ánh sáng mặt trời .........21
Hình 1.2. Đồ thị chuẩn A – C và cách xác định nồng độ từ Ax đo được ..................23
Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn sắt tổng .....................................................................35

Hình 3.2. Đồ thị đường chuẩn nồng độ Fe(III) – Oxalat ....................................36
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của trình tự chiết đến hiệu suất chiết sắt ......37
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đun đến hiệu suất chiết sắt
oxalat .........................................................................................................................38
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến hiệu suất chiết sắt oxalat
...................................................................................................................................39
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hiệu suất chiết sắt
oxalat .........................................................................................................................41
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thể tích axit đến hiệu suất chiết sắt oxalat
...................................................................................................................................42
Hình 3.8. Bùn đỏ trước và sau khi chiết sắt ..............................................................43
Hình 3.9. Đồ thị đường chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC –
3RN ...........................................................................................................................44
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu thuốc
nhuộm ........................................................................................................................45
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất xử lý
màu thuốc nhuộm ......................................................................................................46
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến hiệu
suất xử lý màu thuốc nhuộm .....................................................................................48
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất xử lý màu
thuốc nhuộm ..............................................................................................................49
Hình 3.14. Màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN trước và
sau xử lý bằng Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt
trời............................................................................................................................51


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ANPO

: Advanced Non – Photochemical Process

AOPs

: Advanced Oxydation Process

AOX

: Adsorbable Oranohalogens

APO

: Advanced Photochemical Process

BTNMT

: Bộ Tài Ngun Mơi Trường

BOD

: Nhu cầu oxi sinh hóa

COD

: Nhu cầu oxi hóa học

MKN

: Mất khi nung

UV – VIS

: Ultra Violet – Visibility Spectrum

TCVN

: Tiêu Chuẩn Việt Nam

PAC

: Poly Aluminium Chloride

PFC

: Poly Ferrium Chloride


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nước ta đang trên đà hội nhập phát triển thế giới, chính vì thế công nghiệp
được đẩy mạnh trong những năm gần đây và nhiều hứa hẹn cho tương lai. Ngành
công nghiệp dệt may cũng khơng ngoại lệ, nó khơng chỉ phục vụ cho nhu cầu ngày
càng cao, phong phú và đa dạng của con người mà còn là ngành giúp nước ta giải
quyết được nhiều công ăn việc làm cho xã hội và đóng góp ngày càng nhiều cho
ngân sách quốc gia, tạo điều kiện để phát triển nền kinh tế. Như vậy đẩy mạnh và
mở rộng thị trường xuất khẩu sản phẩm dệt may có vai trị quan trọng đối với khơng
chỉ bản thân mỗi doanh nghiệp dệt may mà còn đối với cả nền kinh tế quốc dân. Vì
thế nó được xem như là một hướng phát triển có tính chiến lược để góp phần hiện
đại hóa nền cơng nghiệp nước ta. [39] Do vậy nó cần được quan tâm về phát triển
bền vững, mà phát triển bền vững gắn liền với vấn đề mơi trường. Ở đây, nó đặt ra
một vấn đề cấp bách cho nước ta là xử lý triệt để hoặc có phương án quay vịng tận

dụng nước thải của ngành.
Công nghiệp dệt nhuộm là ngành sử dụng lượng lớn nước và lượng nước thải
ra cũng tương đương (30 -120 m3 /1 tấn vải), quan trọng nhất là khâu nhuộm vải và
hoàn tất vải. [6] Thuốc nhuộm tạo thành một phần quan trọng trong nước thải phát
ra bởi các ngành công nghiệp dệt may. [9] Do sự phân hủy sinh yếu và ổn định của
thuốc nhuộm nên việc xử lý nước thải do thuốc nhuộm là cấp thiết, một trong các
thuốc nhuộm phổ biến là thuốc nhuộm COLVAZOI YELLOW LC – 3RN.
Thuốc nhuộm COLVAZOI YELLOW LC – 3RN thuộc họ thuốc nhuộm hoạt
tính, thuốc nhuộm hoạt tính trong cấu tạo của nó có một hay nhiều nhóm hoạt tính
khác nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin.
Các gốc halogen hữu cơ (hợp chất AOX) này làm tăng tính độc khi thải ra mơi
trường. Hơn nữa hợp chất AOX này có khả năng tích lũy sinh học, do đó gây nên
tác động tiềm ẩn cho sức khỏe con người và động vật. [5] Chính vì thế thuốc nhuộm
này cần được xử lý triệt để trước khi đưa ra môi trường.

1


Có nhiều phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm được sử dụng như đông
keo tụ, trao đổi ion, hấp phụ, … Nhưng các q trình xử lý này có nhược điểm
chính là chỉ đạt được giai đoạn chuyển giao của các chất ơ nhiễm thay vì loại bỏ
chúng. Do đó q trình oxy hóa nâng cao được biết đến là hiệu quả trong xử lý dung
dịch thuốc nhuộm. [31]
Vấn đề ô nhiễm không chỉ dừng lại ở nước thải mà lượng bùn thải từ công
nghiệp luyện kim (đặc biệt là sản xuất nhôm) cũng đang là vấn đề rất bức xúc cho
cả nước ta và thế giới. Bùn đỏ của q trình sản xuất nhơm Alumin này thải ra có
độ pH rất cao gây nguy hiểm đến sức khỏe con người, đồng thời vẫn chưa tìm ra
được giải pháp cho việc xử lý nó. [32] Do thành phần của bùn đỏ chứa một lượng
sắt nhất định, dựa vào điều này có thể nghiên cứu chiết sắt bằng axit oxalic tồn tại
dưới dạng phức sắt(III) oxalat và được sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III) –

Oxalat/H2O2/ Ánh sáng mặt trời để xử lý ô nhiễm môi trường vừa tiết kiệm được
hóa chất, tận dụng năng lượng mặt trời, giá thành rẻ lại tận dụng được phế thải nguy
hại từ ngành cơng nghiệp này.
Với những lý do đó, tơi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu chiết sắt từ bùn
đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN bằng hệ
Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ Ánh sáng mặt trời”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ.
- Nghiên cứu q trình phân hủy các chất ơ nhiễm trong mẫu thuốc nhuộm với
các tác nhân Fe3+/ C2O42- / H2O2/ Ánh sáng mặt trời với Fe3+ được chiết từ bùn đỏ
bằng axit oxalic.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Bùn đỏ từ nhà máy alumin Tân Rai - tỉnh Lâm Đồng.
- Mẫu giả thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN từ nhà máy
dệt nhuộm Hòa Khánh Đà Nẵng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng axit oxalic.

2


- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton với các thơng số như: pH,
nồng độ phức sắt, nồng độ H2O2 và thời gian phản ứng.
- Sử dụng phương pháp Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ Ánh sáng mặt trời để
xử lý màu thuốc nhuộm.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Tham khảo các thông tin, tài liệu, các bài báo, giáo trình liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu tính chất và tác hại của thuốc nhuộm hoạt tính.

- Các phương pháp oxy hóa nâng cao xử lý nước thải có màu.
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết.
- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn.
- Dùng toán học thống kê để xử lý kết quả.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Tìm bước sóng tối ưu cho thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC
– 3RN bằng máy đo quang phổ UV/VIS.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt trong bùn đỏ sau trung
hòa bằng axit H2C2O4 như: nhiệt độ, thể tích axit, thời gian sử dụng máy quang phổ
UV –VIS.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton như: pH, nồng độ H2O2,
nồng độ phức sắt (III) oxalat ...
- Hiệu suất q trình chuyển hóa thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW
LC – 3RN bằng phương pháp Fenton cải tiến hệ Fe(III) – oxalat/ H2O2/ ánh sáng
mặt trời.
- Xử lý số liệu thu được.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng axit H2C2O4 sử dụng cho quá
trình Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời nhằm hướng đến một
phương án xử lý nước thải mới: đơn giản, chi phí đầu tư thấp, hiệu quả cao đồng
thời tận dụng phế thải từ quá trình khác.

3


- Nghiên cứu q trình oxy hóa Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2 ánh sáng mặt
trời để tìm ra giải pháp xử lý nước thải đạt hiệu suất cao nhất.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm ba phần :
A. Phần mở đầu

B. Nội dung
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận
C. Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM
1.1.1. Khái quát ngành công nghiệp dệt nhuộm
Dệt nhuộm là loại hình cơng nghiệp đa dạng về chủng loại sản phẩm và có sự
thay đổi về nguyên liệu, đặc biệt là thuốc nhuộm.
Nước thải dệt nhuộm chủ yếu do thuốc nhuộm: thuốc nhuộm mà nó khơng
được sử dụng hết hồn tồn hoặc khơng cố định trên xơ hoặc được tái sử dụng, cuối
cùng được thải ra trong nước thải. Có một tác động trực quan cao và tùy thuộc vào
cấu trúc của các thuốc nhuộm, chúng có thể dẫn đến bất cứ điều nào sau đây: một
lượng chất hữu cơ cao (thường thể hiện ở các giá trị cao đối với COD và BOD), các
giá trị halogen hữu cơ (AOX) cao và kim loại nặng như đồng, kẽm, crom và niken
rất độc hại cho mơi trường. Bởi vì thuốc nhuộm được thiết kế để được ổn định trong
hàng dệt, chúng thường không dễ dàng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí.
[11]
1.1.2. Khái quát về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là một trong những nhân tố hàng đầu quyết định chất lượng
sản phẩm. Thuốc nhuộm là những chất mang màu có thể là dạng hữu cơ hoặc là các
phức của các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr, … [1], 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.

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. 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 chứa các nối đơi 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 trị tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch
chuyển năng lượng. [1]

5


Tuy nhiên, hiện nay các thuốc nhuộm dạng phức kim loại khơng cịn được sử
dụng nhiều nữa bởi tạo ra hàm lượng lớn các kim loại nặng trong thành phần nước
thải. [11]
1.1.3. Phân loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm có thể được phân loại theo thành phần hóa học của chúng (azo,
anthraquinone, lưu huỳnh, triphenylmethane, indigoid, ftahalocyanime, v.v...) hoặc
theo cách mà chúng hoạt động trong quá trình nhuộm. [11]
1.1.3.1. Thuốc nhuộm trực tiếp
Thuốc nhuộm trực tiếp là những hợp chất màu hòa tan trong nước, nhuộm
vào một số vật liệu mà không cần qua giai đoạn gia công trung gian. [11]
Đặc điểm chung của thuốc nhuộm trực tiếp là cấu trúc thẳng, phẳng, trong
phân tử chứa hệ nối đôi liên hợp (thường là 8) và một số nhóm tạo màu như –OH, NH2 … Cấu tạo chung của thuốc nhuộm trực tiếp có thể biểu diễn như sau:
R-SO3Na hay NaOOC – Ar – SO3Na trong đó Ar chứa nhóm mang
màu azoic, poly methyl.
Thuốc nhuộm trực tiếp có thể nhuộm ngay trong mơi trường acid, bazo
và trung tính.
Thuốc nhuộm trực tiếp có hiệu suất bắt màu cao 90%. Tuy nhiên thành
phần của có chứa gốc azo (-N = N-) – hợp chất gây ung thư nên hiện nay khơng
cịn được sử dụng nhiều.

1.1.3.2. Thuốc nhuộm axit
Là thuốc nhuộm phân tử nhỏ, dễ tan trong nước, màu tươi.
Theo cấu tạo hóa học thuốc nhuộm axit đều thuộc nhóm azo, một số là
dẫn xuất của antraquinon, triarylmetan, xanten, azin và quinophtalic, một số có
thể tạo phức với kim loại.
1.1.3.3. Thuốc nhuộm hoạt tính
Cơng thức tổng quát là S – F – T = X
Trong đó: S: phần làm cho thuốc nhuộm có tính tan như SO 3 Na, COONa.
F: phân tử mang màu, thường là hợp chất azo -N = N-, antraquinon,
axit chứa kim loại hoặc flataoxyanin. Quyết định đến độ bền màu.

6


T: gốc mang phản ứng có thể làm nhóm clo hay vinyl, liên kết
thuốc nhuộm với xơ, một số trường hợp cịn quyết định tốc độ phản ứng.
X: nhóm phản ứng, tạo khả năng cho thuốc nhuộm thực hiện phản
ứng với xơ.
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 ánh sáng cao nên loại thuốc nhuộm này được
phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua.
Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao,
khoảng 30% và có thể chứa tỷ lệ cao (tính theo trọng lượng) của các halogen
hữu cơ, mà các AOX này thường rời khỏi phân tử sau khi đã hình thành một
liên kết cộng hóa trị với xơ và cuối cùng trở thành muối trong dung dịch thải,
khi thải ra làm ô nhiễm môi trường. [9]
1.1.3.4. Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Thuốc nhuộm hoàn nguyên phần lớn dựa trên hai họ màu indigoit (có
chứa nhân indigo và dẫn xuất của nó) và antraquinone (nhóm hồn ngun đa
vịng). Tuy có cấu tạo và màu sắc khác nhau nhưng tất cả đều có nhóm axeton

(C=O) trong phân tử nên cơng thức tổng quát là R=C=O. Tất cả các thuốc
nhuộm hoàn nguyên đều không tan trong nước.
Tỷ lệ bắt màu của thuốc nhuộm hoàn nguyên dao động khoảng 70 – 80%.
1.1.3.5. Thuốc nhuộm phân tán
Là những chất màu không tan trong nước, phân bố đều trong nước dạng dung
dịch huyền phù, đồng thời có khả năng chịu ẩm cao, có cấu tạo phân tử từ gốc azo (N=N-) và antraquinon, có chứa nhóm amin tự do nên thuốc nhuộm dễ dàng phân
tán trong nước.
Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao 90 - 95%.
Thuốc nhuộm phân tán có thể gây hiệu ứng mẫn cảm (dị ứng). Ngồi việc
kích thích da, các vấn đề hơ hấp, mũi và ngứa mắt có thể xảy ra. [9]

7


1.1.3.6. Thuốc nhuộm lưu huỳnh
Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất chứa nguyên tử lưu huỳnh trong
phân tử thuốc nhuộm ở các dạng –S-, -SH, -S-S-, –SO-. Thuốc nhuộm này tương
đối đủ trừ màu tím và đỏ chưa tổng hợp được.
Mơi trường nhuộm mang tính kiềm và độ hấp phụ màu của loại thuốc nhuộm
này khoảng 60 - 70%, phần còn lại đi vào nước thải làm cho nước thải có chứa các
hợp chất của lưu huỳnh và chất điện ly.
1.1.3.7. Thuốc thuộc azo không tan
Thuốc nhuộm azo không tan cịn có tên gọi khác như thuốc nhuộm lạnh,
thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naptol, chúng là những hợp chất có chứa nhóm azo
trong phân tử nhưng khơng có mặt các nhóm có tính tan như –SO3Na, -COONa nên
khơng hịa tan trong nước.
1.1.3.8. Thuốc nhuộm pigment
Pigment là những hợp chất màu có cấu tạo hóa học khác nhau, đặc điểm
chung: không tan trong nước do phân tử không chứa các nhóm có tính tan (-SO3H, COOH) hoặc các nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong
nước.

8


Bảng 1.1. Ứng dụng của thuốc nhuộm đối với các loại vải [11]
CO

WO

LI

SI

CV

Bơng

len

Lanh

Sisal

Visco

Axit

x

(anion)

Cầm

CA
Cenllulose
acetat

x

PES

polyamid

polyester

PAC
Polyacrylo
nitrile

x

x

màu

PA

x

x

Cơ bản

x

(cation)
Phức
hợp kim

x

x

x

loại
x

Trực

x

tiếp

(pha

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

trộn)

Hồn

x

ngun
Lưu
huỳnh

x

x

Azoic
khơng
tan
Họat

x

tính

x

x

x

Phân tán

x

1.1.4. Các tác động mơi trường của thuốc nhuộm
Một trong những nguyên nhân chính của ơ nhiễm trong q trình nhuộm có
liên quan đến thuốc nhuộm khơng cố định mà kết quả là nó được thải ra trong nước
9


thải. Bảng 1.2 liệt kê các mức độ cố định của các loại thuốc nhuộm qua ba qui trình
nhuộm (nhuộm liên tục, in, và nhuộm từng đợt). [11]
Bảng 1.2. Các mức độ sử dụng hết trung bình
Loại thuốc nhuộm

Qui trình

Mức độ cố định (%)

Phân tán

C

81 – 99

Phân tán

P

91 – 99

Trực tiếp

B

64 – 96

Hoạt tính – len

B

90 – 97

Hoạt tính – bơng

B

55 – 80

Hoạt tính – tổng qt

B

55 – 95

Hoạt tính – tổng quát

P

60

Hoàn nguyên

C

70 – 95

Hoàn nguyên

P

70 – 80

Lưu huỳnh

C

60 – 90

Lưu huỳnh

P

65 – 95

Acid – 1 nhóm SO3

B

85 – 93

Acid – các nhóm SO3

B

85 – 98

Bazo ( cation)

B

96 – 100

Azoic ( naphtol)

C

76 – 89

Azoic ( naphtol)

P

80 – 91

Phức hợp kim loại

B

82 – 98

Bột màu

C

~100

Bột màu

P

~100

(C = nhuộm từng đợt; P = in; B = nhuộm liên tục)
Việc nhuộm liên tục dẫn đến các tỷ lệ xả thải thấp hơn so với nhuộm từng
đợt bởi vì dùng tỷ lệ nhuộm nhỏ hơn. Các tỷ lệ thải cho qui trình in thì tương tự như
nhuộm liên tục.

10


1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM DO THUỐC
NHUỘM
1.2.1. Phương pháp sinh học
Phương pháp này được sử dụng để làm sạch các loại nước thải có các chất
hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo.

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên hoạt động của vi sinh vật để
phân hủy các hợp chất hữu cơ nhiễm bẩn có trong nước thải. Sản phẩm cuối cùng
của q trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn là CO2, H2O, N2, SO42-, ... [6]
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học gồm các phương pháp sau :
- Phương pháp hiếu khí (aerobic).
- Phương pháp kị khí (anaerobic).
- Phương pháp thiếu khí (anoxyc).
1.2.2. Phương pháp điện hóa
Phương pháp này đã được ứng dụng để xử lý nước thải với mục đích phân
hủy chất độc trong nước thải hoặc thu hồi các kim loại quý trên điện cực, có thể áp
dụng cho nước thải dệt nhộm.
Nguyên tắc của phương pháp dựa trên cơ sở quá trình oxy hóa – khử xảy ra
trên các điện cực. Sử dụng dịng điện một chiều tiến hành các q trình xảy ra trên
điện cực để làm sạch nước thải khỏi các chất hịa tan và phân tán. Oxi hóa anot và
khử catot: trên cực dương phản ứng oxi hóa xảy ra (anot, các ion cho điện tử), trên
cực âm xảy ra phản ứng khử (catot, các ion nhận điện tử).
Quá trình khử điện hóa các hợp chất hữu cơ như thuốc nhuộm, ở catot, kết
hợp với phản ứng oxy hóa điện hóa và q trình tuyển nổi, đơng tụ điện dẫn đến
hiệu suất xử lý màu và khống hóa cao. [7] Tuy nhiên phương pháp điện hóa có giá
thành cao do tiêu tốn năng lượng và kim loại làm điện cực.
1.2.3. Phương pháp hóa lý
Các phương pháp hóa lý được ứng dụng trong trường hợp cần loại ra khỏi
nước thải các chất bẩn có nguồn gốc vơ cơ mà phương pháp làm sạch sinh học
không thể lọai được.

11


1.2.3.1. Phương pháp keo tụ
Để loại ra khỏi nước thải những hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm và cho

hiệu quả cao, người ta thường sử dụng phương pháp keo tụ. Các chất keo tụ thường
được sử dụng là FeCl3, các polyme của nhôm, sắt như PAC, PFC, … Để giúp cho
quá trình lắng, người ta cần sử dụng thêm các chất trợ keo tụ như polyme cation,
polyme anion, … các chất này làm tăng khối lượng của bông keo nên q trình lắng
được dễ dàng hơn.
Khi hịa tan FeCl3 trong nước xảy ra quá trình thủy phân :
FeCl 3

+

3H2O

Fe(OH)3

+ 3HCl

Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ, người ta cịn có thể tách được hoặc làm
giảm đi thành phần có trong nước như kim loại nặng, các chất lơ lửng… Và có thể
cải thiện được độ đục và màu sắc của nước, giảm một phần COD.
Phương pháp keo tụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm
có các thuốc nhuộm phân tán và khơng tan. Đây là phương pháp khả thi về mặt
kinh tế, tuy nhiên nó khơng xử lý được tất cả các loại thuốc nhuộm. Bên cạnh đó
phương pháp keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn và không làm giảm tổng
chất rắn hồn tan nên gây khó khăn cho tuần hoàn nước.[14]
1.2.3.2. Phương pháp tuyến nổi
Nguyên tắc: trong các phần tử có bề mặt kỵ nước sẽ có khả năng kết dính
vào các bọt khí. Khi các bọt khí bám vào các phân tử phân tán vận động trong nước
thì các phần tử đó sẽ tập trung lại nổi lên trên mặt nước. [7]
Phương pháp này hiệu suất tương đối cao tuy nhiên nó là một q trình hóa
lý phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên ít được áp dụng.

1.2.3.3. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình tụ tập các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của
chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí –
lỏng, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ
(adsorbate), còn chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị
hấp phụ (adsorbent).

12


Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt
hai loại chất hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Bảng 1.3. Phân loại hấp phụ [13]
Hấp phụ vật lí

Hấp phụ hóa học

Tương tác vật lý khơng

Liên kết hóa học có sự

có sự trao đổi electron

trao đổi electron

Nhiệt hấp phụ

Vài Kcal/mol

Vài chục Kcal/mol

Năng lượng hoạt hóa

Khơng quan trọng

Quan trọng

Loại liên kết

Khoảng nhiệt độ hấp phụ Nhiệt độ thấp

Ưu tiên ở nhiệt độ cao

Số lớp hấp phụ

Nhiều lớp

Một lớp

Tính đặc thù

Ít phụ thuộc vào bản chất Có tính đặc thù. Sự hấp
của bề mặt, phụ thuộc

phụ chỉ diễn ra khi chất

vào những điều kiện

bị hấp phụ có khả năng

nhiệt độ và áp suất

tạo liên kết hóa học với
chất hấp phụ

Tính thuận nghịch

Có tính thuận nghịch. Sự

Thường bất thuận

phản hấp phụ là xu

nghịch. Quá trình giải hấ

hướng phân bố đều chất

tương đối khó vì sản

bị hấp phụ trở vào môi

phẩm giải hấp thường bị

trường

biến đổi thành phần hóa
học

Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải

khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong
nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này thường
không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. [7]
Các chất hấp phụ thường dùng là cacbon hoạt tính, bentonite, silicagen,
keo nhơm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải sản xuất như xỉ, mạt sắt, ... [6]

13


1.2.3.4. Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp này dùng để làm sạch nước thải khỏi các kim loại kẽm, đồng,
crôm, chì, thủy ngân, ... và các hợp chất của asen, xyanua, chất phóng xa. Ngồi ra,
phương pháp này cịn giúp thu hồi kim loại có giá trị và đạt được mức độ làm sạch
cao do đó nó được dùng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước thải.
Bản chất của q trình: là q trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn
trao đổi với ion cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Người ta dùng
cationit mang tính axit (có khả năng trao đổi các ion dương) và anionit mang tính
kiềm (có khả năng trao đổi các ion âm) để thực hiện quá trình trao đổi. Ionit có khả
năng trao đổi ion dương và ion âm gọi là ionit lưỡng tính.
Một số chất trao đổi ion: zeolit, đất sét, nhôm silicat, silicagen, than đá, axit
humic… [6]
1.2.4. Phương pháp hóa học
1.2.4.1. Phương pháp trung hịa
Có nhiều cách khác nhau để thực hiện trung hịa nước thải: [15]
- Trung hòa bằng cách trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm.
- Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất.
- Trung hịa bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hòa.
- Trung hòa nước thải bằng cách dùng khí thải, khói lị hơi.
1.2.4.2. Phương pháp oxy hóa – khử
Phương pháp này sẽ chuyển các chất độc hại thành ít độc hại hơn hoặc tách

ln ra khỏi nước. Các chất oxy hóa được sử dụng thông thường như clo, clodioxit,
natri hipoclorit, kali permanganat, ozon, dicromat, hidropeoxit, ... có thể được dùng
để oxy hóa các chất ô nhiễm nói chung và thuốc nhuộm nói riêng.
 Oxy hóa bằng clo [7]
Được sử dụng thơng dụng nhất để tách H2S, phenol, xyanua, các hợp chất
chứa metylsunfit ra khỏi nước thải.
Cl2 + H2O  HOCl + HCl
HOCl

 H+ + OCl-

Các nguồn cung cấp Clo: CaOCl2, Ca(ClO)2, NaClO3, dioxit clo(ClO2).
14