Nghiên cứu biến tính bã mía với sự hỗ trợ vi sóng ứng dụng trong loại bỏ chất màu

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỖ TRƢỜNG AN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BÃ MÍA VỚI SỰ HỖ
TRỢ VI SÓNG ỨNG DỤNG TRONG LOẠI BỎ
CHẤT MÀU

Chuyên ngành
Mã chuyên ngành

:
:

KỸ THUẬT HÓA HỌC
60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017


Cơng trình đƣợc hồn thành tại Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng
Ngƣời phản iện 1: ...................................................................................................
Ngƣời phản iện 2: ...................................................................................................
Luận văn thạc s đƣợc ảo vệ tại Hội đồng chấm ảo vệ Luận văn thạc s Trƣờng
Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày
tháng
năm
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc s gồm:

1. ............................................................................... - Chủ tịch hội đồng
2. ............................................................................... - Phản iện 1
3. ............................................................................... - Phản iện 2
4. ............................................................................... - Ủy viên
5. ............................................................................... - Thƣ ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng


BỘ CƠNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Đỗ Trƣờng An

MSHV: 15118601

Ngày, tháng, năm sinh: 16/05/1984

Nơi sinh: Thanh Hóa

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã chuyên ngành: 60520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu iến tính ã mía với sự hỗ trợ vi sóng ứng dụng trong loại ỏ chất màu
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:


Biến tính ã mía ằng acid tartaric, acid citric



Xác định cấu trúc của ã mía trƣớc và sau khi iến tính ằng acid tartaric,
acid citric và sau khi có sự hỗ trợ của vi sóng.



Khảo sát khả năng hấp phụ chất màu và các yếu tố ảnh hƣởng đến khả
năng hấp phụ chất màu của ã mía sau khi iến tính có sự hỗ trợ của vi
sóng

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 2413/QĐ-ĐHCN ngày 15/12/2016
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/12/2017
IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

Tp. Hồ Chí Minh, ngày15 tháng12 năm 2017
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO

PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng
TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng


LỜI CẢM ƠN
“Xin chân thành cảm ơn” đó là lời tôi muốn gửi đến Quý Thầy cô, ạn è, đồng
nghiệp và gia đình, những ngƣời đã sát cánh chia sẽ, giúp đỡ, động viên tôi trong
suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này. Trong quá trình học tập, thực hiện
luận văn, mặc dù gặp khơng ít khó khăn nhƣng đƣợc sự giúp đỡ chân tình của mọi
ngƣời, cuối cùng tơi cũng đã hồn thành nhiệm vụ.
Nhân đây cho phép tôi đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến: PGS.TS Nguyễn
Văn Cƣờng là ngƣời Thầy đã trực tiếp hƣớng dẫn tận tình, chu đáo, động viên, chia
sẽ trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Quý Thầy cô và các ạn sinh viên tại Khoa Cơng nghệ Hóa học – Trƣờng Đại học
Công nghiệp TP. HCM đã tận tâm giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất và chia sẻ kinh
nghiệm, kiến thức với tôi trong suốt thời gian qua.
Ban lãnh đạo và đồng nghiệp tại Viện Vật liệu xây dựng- Bộ Xây Dựng đã tạo điều
kiện thuận lợi để tôi đƣợc tiếp tục học tập nâng cao kiên thức.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hồn thành áo cáo nhƣng với lƣợng kiến thức còn
hạn chế và thời gian thực hiện đề tài khơng nhiều nên khó tránh khỏi những thiếu
sót. Tơi rất mong nhận đƣợc nhiều đóng góp từ Q thầy cơ để luận văn đƣợc hoàn
thiện hơn.
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nƣớc thải từ các quá trình cơng nghiệp dệt nhuộm là một vấn đề mơi trƣờng
nghiêm trọng đối với những nhà quản lý công nghiệp cũng nhƣ chính phủ vì chúng
tạo ra chất màu gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Do đó nƣớc thải từ ngành
công nghiệp dệt nhuộm phải đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra mơi trƣờng. Hiện nay, có
rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm nhƣ phƣơng pháp sinh học, màng
lọc, hấp phụ, keo- đông tụ, điện phân hoặc oxi hóa ậc cao. Trong đó phƣơng pháp
hấp phụ iết đến là phƣơng pháp dễ thực hiện và hiệu quả, tuy nhiên phƣơng pháp
này có nhƣợc điểm là vật liệu hấp phụ khó thu hồi khi nó có kích thƣớc nhỏ, khó
phân hủy sinh học.Trong cơng trình này để tăng hiệu quả hấp phụ ã mía đã đƣợc
iến tính ằng acid citric, acid tartaric và đƣợc từ tính ằng Fe3O4 nhằm dễ thu hồi.
Các đặc tính, thành phần của vật liệu đƣợc xác định ởi FT-IR, SEM, VSM và
XRD. Bã mía từ tính đƣợc sử dụng làm chất hấp phụ để loại ỏ thuốc nhuộm trong
dung dịch. Kết quả cho thấy khoảng 98% màu methylene blue, cationic yellow và
basic red 46 đƣợc loại ỏ sau 30 phút.
Các thông số (pH, nồng độ an đầu, thời gian hấp phụ và liều lƣợng vật liệu) ảnh
hƣởng đến hiệu quả loại ỏ cũng đƣợc kiểm tra.
Từ khóa: Bã mía, hấp phụ, nƣớc thải, thuốc nhuộm vải và tách từ

ii


ABSTRACT
Wastewater from textile industries processes has been a serious environmental issue
towards industrial managers as well as the governments, because they produce
colored waste water that heavily pollute the environment. Therefore, waste water
from textile industry has to be treated before being discharged into the environment.
There are many methods of wastewater treatment: coagulation-flocculation,
adsorption, filtration, electrolysis, biological methods. Adsorption is one of the most
effective ways to remove pollutants from sewage. In this study, the sugarcane
bagasse was modified with citric acid and magnetic sugarcane was formed via the

treatment of citric acid-treated sugarcane with suspension of Fe3O4. The prepared
materials were characterized by FT-IR, SEM, VSM and XRD. Magnetic sugarcane
was used as potential adsorbent for removal of textile dyes in a queues solution. The
results show that about 98% of methylene blue, cationic yellow and basic red 46
dyes could be removed after 30 min. Moreover, various parameters (pH, initial
concentration, adsorption time and dosage of material) effecting removal
efficiencies were also examined.
Key words: sugarcane bagasse, Adsorption, Wastewater, Textile dye and magnetic
separation

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của ản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn “ Nghiên cứu biến tính bã mía với sự hỗ trợ vi
sóng ứng dụng trong loại bỏ chất màu” là trung thực, không sao chép từ ất kỳ
một nguồn nào và dƣới ất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu
(nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017
Học viên

Đỗ Trƣờng An

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1.

Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 2

3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 2
3.1

Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................ 2

3.2

Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 2

4.

Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................... 2

5.

Ý ngh a thực tiễn của đề tài.............................................................................. 4

CHƢƠNG 1:
1.1

TỔNG QUAN ................................................................................ 5

Tổng quan về cây mía ............................................................................... 5

1.1.1

Giới thiệu chung về cây mía ............................................................... 5

1.1.2

Thành phần hóa học và cấu trúc của ã mía ....................................... 5

1.1.3

Ứng dụng của ã mía ....................................................................... 12

1.2

Tổng quan về axit citric và acid tartaric ................................................... 14

1.2.1

Acid citric ........................................................................................ 14

1.2.2

Acid tartaric ..................................................................................... 17

1.3

Tổng quan hạt nano sắt từ Fe3O4 ............................................................. 19

1.3.1

Cấu trúc ........................................................................................... 19

1.3.2

Tính chất đặc trƣng ........................................................................ 20

1.3.3

Phƣơng pháp điều chế ..................................................................... 21

1.3.4

Ứng dụng của hạt nano từ tính......................................................... 23

1.4

Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm ......................................................... 25

1.4.1

Khái niệm về thuốc nhuộm .............................................................. 25

1.4.2

Loại thuốc nhuộm nghiên cứu: ......................................................... 26

v


1.4.3

1.5

Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm .............. 28

Tổng quan về một số loại ã mía iến tính và ứng dụng của chúng ......... 31

CHƢƠNG 2:

THỰC NGHIỆM .......................................................................... 34

2.1

Hóa chất, thiết ị, dụng cụ ....................................................................... 34

2.2

Quy trình tiến hành ................................................................................. 35

2.2.1

Xử lý ã mía .................................................................................... 35

2.2.2

Tổng hợp ã mía iến tính với acid .................................................. 36

2.2.3

Tổng hợp nano từ tính Fe3O4 ằng phƣơng pháp đồng kết tủa .......... 36

2.2.4

Tổng hợp ã mía từ tính ................................................................... 38

2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của ã mía iến tính
và ã mía từ tính ................................................................................................ 39
2.3.1

Khảo sát độ hấp phụ chất màu metylene lue của ã mía iến tính:.. 39

2.3.2
Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu đến khả năng hấp phụ của
ã mía từ tính với metylene lue .................................................................... 40
2.3.3
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian và nồng độ chất màu metylene lue
đến độ hấp phụ của ã mía từ tính .................................................................. 40
2.3.4

Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến độ hấp phụ màu metylene lue ...... 41

2.3.5

Khảo sát khả năng hấp phụ của ã mía từ tính với các chất màu khác
41

CHƢƠNG 3:
3.1

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................... 42

Một số đặc trƣng của ã mía từ tính ........................................................ 42

3.1.1

Phƣơng pháp phổ hồng ngoại iến đổi Fourier (FT-IR) .................... 42

3.1.2
Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ tán xạ năng
lƣợng tia X (EDX) ......................................................................................... 44
3.1.3

Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................. 46

3.1.4

Phân tích từ tính (VSM) ................................................................... 47

3.2

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng hấp phụ của ã mía 48

3.2.1

Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ acid đến độ hấp phụ của ã mía .... 48

3.2.2

Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng đến độ hấp phụ của ã mía từ tính
50

3.2.3
Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ và thời gian đến độ hấp phụ của ã
mía từ tính ..................................................................................................... 51
vi


3.2.4

Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến độ hấp phụ chất màu. ............ 54

3.2.5

Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến độ hấp phụ màu metylene blue ...... 56

3.2.6

Khảo sát khả năng hấp phụ các chất màu khác nhau với ã mía từ tính
57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 59
1.

Kết luận ......................................................................................................... 59

2.

Kiến nghị ....................................................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 60
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 63
1.

Bã mía iến tính với acid citric và acid tartaric .............................................. 63
Phụ lục 1.1 So sánh hiệu suất hấp phụ của ã mía từ tính với acid citric với
nồng độ và thời gian khác nhau. ..................................................................... 63
Phụ lục 1.2 So sánh hiệu suất hấp phụ của ã mía từ tính với acid tartaric với
nồng độ và thời gian khác nhau. ..................................................................... 63

2.

Phổ FT-IR của ã mía .................................................................................... 64
Phụ lục 2.1 Phổ FT-IR của ã mía thơ ........................................................... 64
Phụ lục 2.2 Phổ FT-IR của ã mía iến tính với acid citric ............................ 64
Phụ lục 2.3 Phổ FT-IR của ã mía iến tính với acid tartaric ......................... 65
Phụ lục 2.4 Phổ FT-IR của ã mía từ tính với acid citric ................................ 65
Phụ lục 2.5 Phổ FT-IR của ã mía từ tính với acid tartaric ............................. 66
Phụ lục 2.6 Fe3O4........................................................................................... 66
Phụ lục 2.7 Phổ XRD của ã mía từ tính với acid tartaric ............................. 67
Phụ lục 2.8 Phổ XRD của ã mía từ tính với acid citric ................................. 67
Phụ lục 2.9 Phổ XRD của Fe3O4 .................................................................... 68

3.

Kết quả VSM ................................................................................................. 69
Phụ lục 3.1 Kết quả VSM của ã mía từ tính với acid citric ........................... 69
Phụ lục 3.2 Kết quả VSM của ã mía từ tính với acid tartaric ........................ 70
Phụ lục 3.3 Kết quả VSM của Fe3O4 .............................................................. 71
Phụ lục 3.4 Chồng phổ VSM của ã mía từ tính với acid citric và Fe 3O4 ....... 72
Phụ lục 3.5 Chồng phổ VSM của ã mía từ tính với tartaric và Fe 3O4 ............ 72

DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA HỌC VIÊN ........................... 73
vii


LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN ....................................................... 74

viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu trúc của cellulose, hemicellulose và lignin ......................................... 6
Hình 1.2 Hình ảnh 3D hợp chất cao phân tử Cellulose:Màu nâu-cac on, màu đỏoxy, màu trắng-hydro .............................................................................................. 7
Hình 1.3 Vùng tinh thể và vùng vơ định hình của cellulose ..................................... 8
Hình 1.4 Cấu trúc hóa học của các hợp chất chính của hemicellulose .................... 10
Hình 1.5 Cấu trúc hóa học của lignin ..................................................................... 11
Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo của acid citric............................................................. 15
Hình 1.7 Cơng thức cấu tạo của acid tartaric.......................................................... 18
Hình 1.8 Cấu trúc của ferit spinel .......................................................................... 19
Hình 1.9 Cơng thức cấu tạo của metylene lue ...................................................... 27
Hình 1.10 Thuốc nhuộm có màu rất đậm đƣợc thải ra môi trƣờng làm ô nhiễm và
tiêu diệt các lồi sinh vật. ...................................................................................... 30
Hình 2.1 Sơ đồ tạo ã mía iến tính với acid ......................................................... 36

Hình 2.2 Sơ đồ tạo nano sắt từ tính ........................................................................ 37
Hình 2.3 Sơ đồ tạo ã mía từ tính .......................................................................... 38
Hình 3.1 (a) Phổ FT-IR của ã mía thơ, ã mía iến tính và ã mía từ tính; ( ) Phổ
FT-IR đoạn 400 cm-1 đến 1800 cm-1 của ã mía iến tính; (c) Phổ FT-IR đoạn 400
cm-1 đến 1800 cm-1 của ã mía từ tính. ................................................................... 43
Hình 3.2 Ảnh chụp SEM của ã mía từ tính với acid citric ở các độ phóng đại khác
nhau: a) 30000x, b) 50000x, c) 100000x ................................................................ 44
Hình 3.3 Ảnh chụp SEM của ã mía từ tính với acid tartaric ở các độ phóng đại
khác nhau: a) 30000x, b) 50000x, c) 100000x ....................................................... 44
Hình 3.4 Phổ EDX của ã mía từ tính với acid citric ............................................. 45
Hình 3.5 Phổ EDX của ã mía từ tính với acid tartaric ......................................... 45
Hình 3.6 Ảnh nhiễu xạ XRD của ã mía từ tính với acid citric, acid tartaric và
Fe3O4 ..................................................................................................................... 46
Hình 3.8 Đƣờng cong từ tính của Fe3O4 và ã mía từ tính với acid citric ............... 47
Hình 3.9 Đƣờng cong từ tính của Fe3O4 và ã mía từ tính với acid tartaric ............ 48
ix


Hình 3.10 Ảnh hƣởng của nồng độ acid citric, acid tartaric đến hiệu suất hấp phụ . 49
Hình 3.11 Ảnh hƣởng của khối lƣợng ã mía từ tính với acid citric, acid tartaric đến
độ hấp phụ của chất màu metylene blue ................................................................. 50
Hình 3.12 Ảnh hƣởng của nồng độ và thời gian đến độ hấp phụ của ã mía từ tính
với acid citric. ........................................................................................................ 52
Hình 3.13 Ảnh hƣởng của nồng độ MB đến hiệu suất hấp phụ mẫu MCAS ở thời
gian 60 phút ........................................................................................................... 52
Hình 3.14 Ảnh hƣởng của nồng độ và thời gian đến độ hấp phụ của ã mía từ tính
với acid tartaric. ..................................................................................................... 53
Hình 3.15 Ảnh hƣởng của nồng độ MB đến hiệu suất hấp phụ mẫu MTAS ở thời
gian 60 phút ........................................................................................................... 53
Hình 3.16 So sánh hiệu suất hấp phụ của hai acid .................................................. 54

Hình 3.17 Ảnh hƣởng của thời gian đến độ hấp phụ màu metylene lue 75 ppm của
ã mía từ tính với acid citric .................................................................................. 55
Hình 3.18 Ảnh hƣởng của thời gian đến độ hấp phụ màu metylene blue 75ppm của
ã mía từ tính với acid tartaric ............................................................................... 55
Hình 3.19 Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của ã mía từ tính với acid
citric, acid tartaric .................................................................................................. 56
Hình 3.20 Khả năng hấp phụ các ột màu khác của ã mía từ tính với acid citric và
so sánh với chất màu metylene blue. ...................................................................... 57
Hình 3.21 Khả năng hấp phụ các ột màu khác của ã mía từ tính với acid tartaric
và so sánh với chất màu metylene lue. ................................................................. 58

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Hóa chất ................................................................................................. 34
Bảng 2.2 Thiết ị và dụng cụ ................................................................................. 35
Bảng 2.3 Bƣớc sóng cực đại của các chất màu ....................................................... 41
Bảng 3.1 So sánh hiệu suất hấp phụ của ã mía với các nồng độ acid tartaric, acid
citric khác nhau ..................................................................................................... 49
Bảng 3.2 So sánh ảnh hƣởng của khối lƣợng ã mía từ tính với hai loại acid đến độ
hấp phụ chất màu. .................................................................................................. 50
Bảng 3.3 So sánh độ pH đến khả năng hấp phụ của ã mía từ tính với acid citric và
acid tartaric............................................................................................................ 56

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng việt

CA

Acid citric

CAS

Bã mía biến tính với acid citric

CHHĐBM

Chất hoạt động bề mặt

FT-IR

Fourier transform infrared
spectroscopy

MB

Metylene blue

MCAS

Bã mía từ tính với acid citric

MTAS

Bã mía từ tính với acid tartaric

RS

Bã mía thơ

SEM

Scanning electron microscope

TA

Acid tartaric

TAS

Bã mía biến tính với acid tartaric

VSM

Vibrating sample magnetometer

VLHP
XRD

Vật liệu hấp phụ
X-ray diffraction

xii


MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề

Cơng nghiệp hóa hiện đại hóa phải đi đôi với ảo vệ môi trƣờng. Phát triển công
nghiệp phải ền vững và đem lại lợi ích cho tồn xã hội. Ngành công nghiệp nƣớc
ta đang trên đà phát triển và những tác động tiêu cực đến môi trƣờng là không nhỏ.
Do đặc thù là nền công nghiệp mới phát triển, chƣa có quy hoạch tổng thể và nhiều
nguyên nhân khác nhau nhƣ chi phí xử lý mơi trƣờng quá cao hoặc chi phí xử lý
ảnh hƣởng đến lợi nhuận và tính cạnh tranh của sản phẩm nên rất nhiều nhà máy đã
xả thải trực tiếp ra môi trƣờng.
Trong những ngành cơng nghiệp ấy thì ngành dệt nhuộm là ngành rất phát triển ở
nƣớc ta, tuy nhiên nƣớc thải của ngành này cũng đƣợc đánh giá là có độ ô nhiễm
cao cả về màu, mùi vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép. Lƣu lƣợng, thành phần và tính
chất thƣờng khơng ổn định. Việc xả thải thẳng ra môi trƣờng không qua xử lý hoặc
xử lý không đạt tiêu chuẩn dẫn đến ô nhiễm nguồn nƣớc trầm trọng.
Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng
nhƣ phƣơng pháp sinh học, màng lọc, đông-keo tụ, điện phân, oxi hóa ậc cao và
hấp phụ . Trong hấp phụ, than hoạt tính là một chất thƣờng đƣợc sử dụng để loại ỏ
các chất ô nhiễm hữu cơ từ nƣớc thải nhƣng là một vật liệu đắt tiền.
Để có thêm phƣơng án lựa chọn kinh tế cho quy trình xử lý hiệu quả nƣớc thải dệt
nhuộm đặc iệt là việc khử màu, đề tài này sẽ đi vào nghiên cứu khả năng áp dụng
phƣơng pháp hấp phụ ằng vật liệu bã mía iến tính, một vật liệu phế thải của
ngành cơng nghiệp mía đƣờng để hấp phụ màu nƣớc thải ngành dệt nhuộm.Từ thực
tế đó việc nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải để xử lý ô nhiễm môi trƣờng là một
hƣớng đi đúng đắn nhằm nâng cao giá trị cây mía, giảm ơ nhiễm cho ngành cơng

nghiệp mía đƣờng và tạo ra loại vật liệu xử lý nƣớc thải cho các nhà máy dệt
nhuộm.Vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu biến tính bã mía với sự hỗ trợ vi sóng ứng dụng
trong loại bỏ chất màu” đƣợc đề nghị nghiên cứu nhằm đáp ứng các yêu cầu trên.

1


2.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu iến tính ã mía với một số hóa chất có sự hỗ trợ của vi sóng để tạo ra
vật liệu xử lý chất màu dệt nhuộm.
3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Bã mía phế thải
Nƣớc thải dệt nhuộm giả định
Nƣớc thải chứa kim loại nặng
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu iến tính ã mía với acid citric và acid tartaric
Bã mía từ tính với nano sắt từ
Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của các
VLHP chế tạo từ ã mía đối với metylene blue trong môi trƣờng nƣớc.
Khảo sát khả năng hấp phụ với mẫu nƣớc thải giả định trong phòng thí nghiệm.
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
Chuẩn ị mẫu
Bã mía đƣợc rửa sạch ằng nƣớc cất để loại ỏ tạp chất và đƣờng dƣ qua a lần. Bã

mía sau đó đƣợc sấy ở nhiệt độ 60-70 oC và đƣợc nghiền ằng máy nghiền đ a tới
kích thƣớc trung ình từ 0.5-1 mm.
Phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu
-

Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

-

Nhiễu xạ tia X (XRD)

-

Quang phổ hồng ngoại FTIR.

-

Quang phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX)

-

Phân tích từ tính (VSM)

Phƣơng pháp nghiên cứu hấp phụ

2


Chúng tôi tiến hành khảo sát với các yếu tố: nồng độ của chất màu, thời gian hấp
phụ, khối lƣợng vật liệu, pH, và các chất màu khác nhau. Phƣơng pháp, điều kiện

tiến hành đối với các thí nghiệm trong từng yếu tố là giống nhau và đƣợc thực hiện
nhiều lần để đánh giá sai số trong quá trình thực hiện.
Phƣơng pháp đánh giá hấp phụ
Ảnh hƣởng của các iến số nhƣ pH, lƣợng chất hấp phụ, nồng độ an đầu và thời
gian hấp phụ trên chất hấp phụ cũng đƣợc nghiên cứu. Lý thuyết hấp phụ Langmuir
và Freundlich về đƣờng đẳng nhiệt đƣợc áp dụng để mô tả dữ liệu trạng thái hấp
phụ. Nhập các kết quả thống kê; các kết quả phân tích mẫu và xử lý để đƣa ra các
sai số, độ tin cậy (f), độ tƣơng quan (r) của các dãy số liệu,…
Trong các thí nghiệm khảo sát tiến hành tính tốn hiệu suất và dung lƣợng hấp phụ
theo cơng thức:

(1)
và

(2)

Trong đó:
-

H (%): là hiệu suất của quá trình hấp phụ.

-

C o (mg/l): là nồng độ thuốc nhuộm an đầu trong dung dịch.

-

C e (mg/l): là nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch tại thời điểm cân
ằng.

-

V (ml): là thể tích dung dịch hấp phụ.

-

mad (g): là lƣợng chất hấp phụ đã sử dụng.

-

Ao : là giá trị mật độ quang đo đƣợc tại thời điểm an đầu.

-

At : là giá trị mật độ quang đo đƣợc tại thời điểm t.

3


5.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu iến tính ã mía ằng hóa chất dƣới sự hỗ trợ của vi sóng là nghiên
cứu đầu tiên tại VN. Các nghiên cứu trƣớc đây chủ yếu tập trung vào nghiên cứu
iến tính ã mía một giai đọan là tẩm hóa chất lên ã mía để cải thiện khả năng hấp
phụ của nó, thời gian iến tính lâu. Chính vì vậy trong nghiên cứu này chúng tôi
tiến hành nghiên cứu iến tính ã mía ằng một giai đọan và có sử dụng vi sóng để
cải thiện hơn nữa khả năng hấp phụ của ã mía giảm thời gian iến tính, khơng phát
thải nhiệt dƣ thừa vào môi trƣờng và thu hồi vật liệu hấp phụ dễ dàng nhờ q trình

từ tính ằng Fe3O4.
Chính vì vậy trong nghiên cứu này chúng tơi tiến hành nghiên cứu iến tính ã mía
ằng một giai đoạn và hai giai đoạn với mục đích có thể hấp phụ đƣợc đồng thời cả
kim loại và chất màu hữu cơ độc hại. Đồng thời tính chọn lọc trong hấp phụ của các
màu hữu cơ cũng đƣợc tiến hành nghiên cứu nhằm ứng dụng để xử lý màu nƣớc
thải dệt nhuộm hiệu quả.

4


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cây mía
1.1.1 Giới thiệu chung về cây mía
Cây mía có tên khoa học là Saccharum ssp. Thuộc họ hòa thảo giống Sacharum.
Trong loại Saccharum có 5 lồi mía gồm: 3 lồi trồng trọt và 2 lồi hoang dại. Thân
cây mía cao trung bình 2-3 m, một số giống có thể cao 4-5 m, đƣờng kính 2-5 cm.
Thân mía đƣợc hình thành bởi nhiều dóng (đốt) hợp lại. Chiều dài mỗi dóng từ 1520 cm, trên mỗi dóng gồm có mắt mía (mắt mầm), đai sinh trƣởng, đai rễ, sẹo lá [1].
Mía hiện nay là cây trồng có diện tích lớn trên thế giới chiếm khoảng 23.8 triệu ha.
Cây mía đƣợc trồng ở hơn 90 quốc gia, chủ yếu là các vùng nhiệt đới và cận nhiệt
đới, sản lƣợng trung ình khoảng 1.69 tỉ tấn mỗi vụ thu hoạch.
Ngành cơng nghiệp mía đƣờng ở VN thực sự mới chỉ ắt đầu từ thế kỷ XX, tập
trung nhiều ở miền Trung và Đồng ằng sông Cửu Long. Tính đến năm 2012 VN
có khoảng hơn 40 nhà máy đƣờng chủ yếu là quy mô nhỏ. Sản lƣợng khai thác mía
của VN hiện nay đang ở vị trí thứ 21 trong tổng số các quốc gia sản xuất đƣờng trên
thế giới [2]. Theo Bộ Nông nghiệp và PTNT vụ mía đƣờng 2014-2015 ngành cơng
nghiệp mía đƣờng ở nƣớc ta có sản lƣợng là 19.9 triệu tấn. Mỗi tấn mía cho ra phụ
phẩm ã mía là 0.29 tấn. Nhƣ vậy năm 2015 có tổng cộng khoảng 5.8 triệu tấn ã

mía đƣợc các nhà máy đƣờng thải ra. Cùng với sự phát triển của ngành mía đƣờng,
các ngành cơng nghiệp nhƣ Dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm cũng phát thải ra mơi
trƣờng những hố chất độc hại nhƣ phẩm màu, kim loại nặng…vv gây ô nhiễm
nguồn nƣớc.
1.1.2 Thành phần hóa học và cấu trúc của bã mía
Cấu tạo ã mía: chiều dài sợi khoảng: 0.15 ÷ 2.17 mm, chiều rng khong: 21 ữ 28
àm. Bó mớa chim 25-30% trng lƣợng mía đem ép.
Thành phần trung ình của ã mía:

5


-

Nƣớc: khoảng 40-50%

-

Xơ: khoảng 45- 48% (trong đó 45-55% là cellulose)

-

Chất hồ tan (đƣờng): 2.5%

Thành phần hố học các chất có trong bã mía có thể iến đổi và nó phụ thuộc vào
lồi mía và nơi trồng.
Thành phần của ã mía sau khi rửa sạch và sấy khơ gồm:
-

Cellulose: khoảng 45-55%

-

Hemicellulose: khoảng 20-25%

-

Lignin: khoảng 18-24 % [1]

Ngồi bã mía cịn một lƣợng nhỏ chất hòa tan khác nhƣ protein, sáp (<1 %), tro (1 –
4 %)…

Hình 1.1 Cấu trúc của cellulose, hemicellulose và lignin

6


Bã mía đƣợc xem là hệ composite polysaccharide gồm hemicellulose và cellulose
đƣợc bọc kín trong một nền chất lignin dai dẻo chịu hóa chất và kị nƣớc, đan xen
giữa chúng là những lỗ xốp nhờ vậy bã mía có khả năng hấp phụ một số chất nhờ
tạo lực liên kết yếu giữa nó và chất bị hấp phụ.
1.1.2.1 Cellulose
Cellulose là một homopolimer mạch thẳng đƣợc tạo thành từ các đơn phân cellulose
(hai vòng glucose nối với nhau nhờ liên kết β-1,4-glycoside), có cơng thức cấu
tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 500014000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật. Trọng lƣợng phân tử
khoảng từ 50000-2500000 Dalton.
Cellulose là phân tử polymer có mặt nhiều nhất trong vách tế bào. Nó tạo nên 2030% trọng lƣợng khơ của vách tế bào. Liên kết β-1,4-glycoside giữa các đƣờng đơn
glucose cho phép hình thành các vi sợi cellulose trong suốt quá trình sinh tổng hợp
vách tế bào. Các vi sợi có tính kết tinh cao và cung cấp khung cấu trúc chính cho
vách tế bào.

Hình 1.2 Hình ảnh 3D hợp chất cao phân tử Cellulose:Màu nâu-cacbon, màu đỏoxy, màu trắng-hydro
Các polymer cellulose mạch dài đƣợc liên kết với nhau ởi liên kết hydrogen và
Van der Walls tạo thành dạng vi sợi với hai vùng cấu trúc chính là kết tinh và vơ

7


định hình. Trong vùng kết tinh, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau,
vùng này khó ị tấn cơng ởi enzyme cũng nhƣ hóa chất do các mạch cellulose kết
với nhau theo một trật tự đều đặn nhờ liên kết hydro nối nhóm hydroxyl thứ nhất
của mạch này với hydroxyl ở mạch cac on của mạch khác…Ngƣợc lại, trong vùng
vơ định hình, cellulose liên kết khơng chặt với nhau nên dễ ị tấn công do các mạch
liên kết với nhau nhờ lực Van der Waals nên cấu trúc ở vùng này không chặt, dễ ị
tác động ởi các yếu tố ên ngoài. Khi gặp nƣớc dễ trƣơng phồng, rất dễ tác động,
làm thay đổi

Hình 1.3 Vùng tinh thể và vùng vơ định hình của cellulose
Cellulose có hai dạng tinh thể là cellulose I và cellulose II. Cellulose I có các chuỗi
cellulose sắp xếp song song với nhau, trong khi các chuỗi cellulose II đối song với
nhau. Các dạng vơ định hình của cellulose là dạng III và dạng IV. Cellulose I
thƣờng có trong cellulose tự nhiên. Trong cellulose I có hai loại liên kết hydro: liên
kết hydro nội phân tử và giữa các phân tử.
Ngoài ra, cenlulose là chất màu trắng, không mùi, không vị. Cellulose không tan
trong nƣớc ngay cả khi đun nóng và các dung mơi hữu cơ thông thƣờng. Tan trong
một số dung dịch acid vô cơ mạnh nhƣ: HCl, HNO3… và một số dung dịch muối:
ZnCl2, PbCl2…
Cellulose do các mắt xích β-D-Glucose liên kết với nhau ằng liên kết β-1,4glycoside do vậy liên kết này thƣờng không ền trong các phản ứng thủy phân.
-

Đun nóng lâu cellulose với dung dịch axit sunfuric, các liên kết β-glicozit ị
đứt tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucozơ:
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 (xt: H+, to)

-

Phản ứng với NaOH và CS2. Sản xuất tơ visco:

8


[C6H7O2(OH)3]n → [C6H7O2(OH)2ONa]n → [C6H7O2(OH)2OCS2Na]n
(Cellulose)

(Cellulose kiềm)

(Cellulose xantogenat)

[C6H7O2(OH)2O-CS2Na]n + n/2H2SO4 → [C6H7O2(OH)3]n + nCS2 + Na2SO4
(Cellulose xantogenat)

(Cellulose hidrat)

Tác dụng của dung dịch Cu(OH)2 trong ammoniac NH4OH:

-

Cellulose tan đƣợc trong dung dịch Cu(OH)2 trong amoniac có tên là "nƣớc
Svayde", trong đó Cu2+ tồn tại chủ yếu ở dạng phức chất Cu(NH3)n(OH)2. Khi ấy
sinh ra phức chất của cellulose với ion đồng ở dạng dung dịch nhớt. Nếu ta cũng

ơm dung dịch nhớt này đi qua ống có những lỗ rất nhỏ ngâm trong nƣớc, phức
chất sẽ ị thủy phân thành cellulose hidrat ở dạng sợi, gọi là tơ đồng - amoniac.
Phản ứng với một số axit hoặc anhiđrit axit tạo thành este.


Tác dụng của HNO3:

Đun nóng cellulose với hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đậm đặc, tùy theo điều kiện phản
ứng mà một, hai hay cả a nhóm -OH trong mỗi mắt xích C6H10O5 đƣợc thay thế
ằng nhóm -ONO2 tạo thành các este cellulose nitrat:
[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
(Cellulose trinitrat)
Hỗn hợp cellulose mononitrat và cellulose đinitrat (gọi là coloxilin) đƣợc dùng để
tạo màng mỏng tại chỗ trên da nhằm ảo vệ vết thƣơng, và dùng trong công nghệ
cao phân tử (chế tạo nhựa xenluloit, sơn, phim ảnh...). Cellulose trinitrat thu đƣợc
(có tên gọi piroxilin) là một sản phẩm dễ cháy và nổ mạnh, đƣợc dùng làm chất nổ
cho mìn, lựu đạn và chế tạo thuốc súng khơng khói.
Tác dụng của (CH3CO)2O: Cellulose tác dụng với anhydrit axetic có H2SO4 xúc tác
có thể tạo thành Cellulose mono- hoặc đi- hoặc triaxetat.
Ví dụ:

9


[C6H7O2(OH)3]n + 3n(CH3CO)2O → [C6H7O2(OCOCH3]n + 3nCH3COOH
(Cellulose triaxetat)
1.1.2.2 Hemicellulose
Hemicellulose là một loại polimer phức tạp và phân nhánh. Trong cấu trúc của
hemicellulose chứa các nhóm pentose (xylose ara inose) và hexose (glucose,
mannose và galactose) liên kết với nhau ằng liên kết β-1,4, trong đó xylose là đơn

phân chính. Ngồi liên kết β-1,4 glucoside cịn có liên kết β-1,3 glucoside và liên
kết β-1,6 glucoside tạo nên phân tử có mạch nhánh. Chỉ số polyme hóa thấp nên
hemicellulose có cấu trúc khơng ền, dễ tham gia phản ứng hơn chúng khơng hịa
tan trong nƣớc nhƣng dễ dàng tan trong kiềm và ị thủy phân ởi acid lỗng.

a) Xylan

b) Glucomannan
Hình 1.4 Cấu trúc hóa học của các hợp chất chính của hemicellulose

10