Luận văn thạc sĩ HUS tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vũ Mai Phƣơng

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ
NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vũ Mai Phƣơng

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ
NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Mơi Trường
Mã số: 60440120

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. CHU XUÂN QUANG
2. PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG

Hà Nội – 2015

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LỜI CẢM ƠN
Trước khi trình bày nội dung chính của luận văn, em xin bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc tới TS. CHU XUÂN QUANG và PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG, những
người thầy đáng kính đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo em trong suốt
thời gian qua.
Em xin phép được gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo và các thầy cô giáo, các
anh/chị cán bộ trường ĐHKHTN - ĐHQGHN nói chung, khoa Hóa học nói riêng
vì đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, giúp đỡ em trong thời gian em học tập,
nghiên cứu tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ nghiên cứu phịng Vật liệu và
Cơng nghệ Mơi trường – Trung tâm Cơng nghệ Vật liệu đã nhiệt tình giúp đỡ
em trong thời gian thực hiện các nội dung của đề tài luận án.
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2015.
Học Viên
Vũ Mai Phương

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .........................................................................................2

1.1. Chitosan .............................................................................................................. 2
1.1.1. Khái quát về chitosan ....................................................................................2
1.1.2. Tính chất của chitosan ...................................................................................4
1.1.3. Ứng dụng của chitosan ..................................................................................4
1.2. Oxit sắt từ............................................................................................................ 5
1.2.1. Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 ...........................................................................5
1.2.2. Tính chất ........................................................................................................6
1.2.3. Một số ứng dụng của oxit sắt ........................................................................7
1.3. Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nƣớc thải ........................................................ 8
1.4. Đặc tính và một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm........................ 9
1.4.1. Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm .................................9
1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thơng thường ...........................................................10
1.4.3. Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm ........................................13
1.4.3.1. Phương pháp keo tụ .................................................................................14
1.4.3.2. Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOP ...............................................15
1.4.3.3. Phương pháp hấp phụ ..............................................................................16
1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu azo .......................................................... 18
1.5.1. Đặc điểm cấu tạo .........................................................................................18
1.5.2. Tính chất ......................................................................................................19
1.5.3. Độc tính với mơi trường ..............................................................................19
CHƢƠNG 2 – THỰC NGHIỆM ................................................................................20
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ................................................................... 20
2.2. Thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu ................................................... 20
2.2.1 Hóa chất và Vật liệu nghiên cứu ..................................................................20
2.2.2. Thiết bị.........................................................................................................20
2.3. Phƣơng pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu trong
dung dịch .................................................................................................................. 21
2.4. Tổng hợp vật liệu có từ tính có khả năng hấp phụ/ trao đổi ion ................. 23

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

2.5. Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc vật liệu........................... 24
2.5.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR .................................................................24
2.5.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM .....................................................24
2.5.3. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) .................................25
2.5.4. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD– X–Rays Diffraction)...................25
2.5.5. Phương pháp từ kế mẫu rung ......................................................................26
2.5.6. Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ cực đại ...................................27
2.6. Khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu của các vật liệu .............................. 30
2.6.1. Khảo sát thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ FMM-C31 đối với dung
dịch alizarin vàng G...............................................................................................30
2.6.2. Khảo sát thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ FMM-C31 đối với dung
dịch metyl đỏ .........................................................................................................30
2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật
liệu FMM-C31 .......................................................................................................31
2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu
FMM-C31 ..............................................................................................................31
2.6.5. Xác định dung lượng hấp phụ alizarin vàng cực đại của vật liệu FMM-C31
...............................................................................................................................31
2.6.6. Xác định dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C31....31
2.6.7. Xác định thời gian lắng của vật liệu ............................................................32
2.6.8. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của ba loại vật liệu FMM-C11, FMMC21 và FMM-C31 .................................................................................................32
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................33
3.1. Các đặc trƣng cơ bản của vật liệu .................................................................. 33
3.1.1. Hình thái học của vật liệu ............................................................................33
3.1.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại ...............................................................33
3.1.3. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X .................................................................34
3.1.4. Xác định đường cong từ hóa và từ độ bão hịa ...........................................35
3.1.5. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu ..............................................................36

3.1.6. Đánh giá khả năng lắng của vật liệu............................................................37
3.1.7. So sánh tính năng hấp phụ của các vật liệu .................................................38

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


3.2. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ cơ bản sử dụng vật liệu chitosan/oxit
sắt từ FMM-C31 ...................................................................................................... 39
3.2.1. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ đối với vật liệu hấp
phụ FMM-C31 .......................................................................................................39
3.2.2. Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMMC31 ........................................................................................................................42
KẾT LUẬN ..................................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................48
PHỤ LỤC .....................................................................................................................51
1. Một số hợp chất azo thƣờng gặp....................................................................... 51
2. Sơ đồ tổng hợp vật liệu chitosan/Fe3O4 ............................................................. 52

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc tính nướcthải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội ..............................9
Bảng 1.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may ...................9
Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ ........................22
Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Alizarin vàng G ...............23
Bảng 3.1. Bảng khảo sát thời gian lắng của vật liệuệu..................................................38
Bảng 3.2. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMM-C11, FMM-C21
và FMM-C31 .................................................................................................................39
Bảng 3.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối với phẩm
màu metyl đỏ .................................................................................................................40

Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ vủa vật liệu ...41
Bảng 3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C31 ......41
Bảng 3.6. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G ..................................43
Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật
liệu FMM-C31. ..............................................................................................................44
Bảng 3.8. Khảo sát dung lượng hấp phụ alizarin vàng G cực đại của vật liệu FMMC31.................................................................................................................................45

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ
Hình 2.1. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pH ............................21
Hình 2.2. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Alizarin vàng G vào pH ...................22
Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ ....................................................22
Hình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin vàng G ............................................23
Hình 2.5: Các kiểu đường hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt theo IUPAC ...........................25
Hình 2.6: Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể. ....................................................................26
Hình 2.7: Sơ đồ khối từ kế mẫu rung ............................................................................27
Hình 2.8. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir............................................................30
Hình 2.9. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf ........................................................................30
Hình 3.1: Kết quả chụp SEM của vật liệu a. Fe3O4; b. FMM-C11; c. FMM-C21; d.
FMM-C31 ......................................................................................................................33
Hình 3.2: Phổ IR của vật liệu a. Chitosan, b. FMM-C11, c. FMM-C21, d. FMM-C31
.......................................................................................................................................34
Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a. Chitosan; b. Fe3O4; c. FMM-C11; d.
FMM-C21; e. FMM-C31...............................................................................................35
Hình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a. Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d.
FMM-C31 ......................................................................................................................36
Hình 3.5: Kết quả chụp BET của vật liệu a. FMM-C11; b. FMM-C21; c. FMM-C31. 37
Hình 3.6: Khảo sát thời gian lắng của vật liệu của vật liệu ...........................................38

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu ..............40
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của metyl đỏ.......................42
Hình 3.9 : Đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu FMM-C31 .........42
Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu .43
Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của alizarin vàngG ...........45
Hình 3.12: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu FMM-C31 ...................46
Hình 3.13: Phương trình đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu
FMM-C31 ......................................................................................................................46

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỞ ĐẦU
Hiện nay, trước sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nước về kinh tế và xã
hội, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh hưởng rất lớn
đến môi trường sống của con người. Bên cạnh sự lớn mạnh của nền kinh tế đất nước là
hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và sự ô nhiễm môi trường đang ở
mức báo động. Một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn là
ngành dệt nhuộm. Bên cạnh các cơng ty, nhà máy cịn có hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ
từ các làng nghề truyền thống. Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau
sản xuất hầu như không được xử lý, mà được thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và
đổ thẳng xuống hồ ao, sơng, ngịi gây ơ nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch
nước ngầm và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người.
Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác
nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại,
đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Việc tẩy, nhuộm vải bằng các
loại thuốc nhuộm khác nhau như thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc
nhuộm hồn ngun, thuốc nhuộm phân tán… khiến cho lượng nước thải chứa nhiều
chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền màu...) [7,8]. Bên cạnh những lợi
ích của chất tạo màu họ azo trong cơng nghiệp nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ

khi mà các chất này được thải ra môi trường. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát
hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường sinh thái và
con người, đặc biệt là loại thuốc nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản
phẩm [19,30].
Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa hợp chất azo là một vấn đề rất quan trọng
nhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con người và mơi
trường sinh thái.
Với mục đích hiểu rõ hơn về đặc điểm quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ độc
hại, đặc biệt là hợp chất tạo màu họ azo bằng vật liệu hấp phụ có từ tính, qua đó
xác định được điều kiện thích hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế nên đề tài
luận văn ―Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu
azo trong môi trường nước ‖ đã được thực hiện.
1

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Chitosan
1.1.1. Khái quát về chitosan
Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong
cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là ―Fungine‖ để ghi nhớ
nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông
gọi là chitin hay ―chiton‖, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát
hiện ra sự có mặt của nitơ trong đó. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết
luận chitin có dạng cơng thức giống với xenlulozo.
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số
động vật không xương sống như: cơn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun trịn. Trong
động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mơ da nó giúp
cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Trong thực vật chitin có ở thành tế bào

nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo ... Chitin có cấu trúc
thuộc họ polysaccarit, hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Do đó, các phương pháp nhận
dạng chitin, xác định tính chất, và phương pháp hố học để biến tính chitin cũng như
việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khó khăn.
Cịn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn, xốp, nhẹ,
hình vảy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau. Chitosan được xem là polymer
tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính có thể hồ tan tốt trong môi trường acid,
chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm ...
Giống như xenlulozo, chitosan là chất xơ, không giống chất xớ thực vật, chitosan
có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học ... Chitosan có khả năng
tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như chất
béo, lipid và acid mật.
Chitosan là polyme khơng độc, có khả năng phân huỷ sinh học và có tính tương
thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc
biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặ
biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm
như là tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định ...

2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Trong các loài thuỷ sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin –
chitosan chiếm khá cao dao động từ 14-35% so với trọng lượng khơ. Vì vậy vỏ tơm,
cua, ghẹ là nguồn ngun liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.

Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo chitin, chitosan và xenlulozo a
Như hình vẽ trên, thì sự khác biệt duy nhất giữa chitonsan và cellulose là nhóm
amin (-NH2) ở vị trí C2 của chitosan thay thế nhóm hydroxyl (-OH) ở xenlulozo.

Chitosan tích điện dương do đó nó có khả năng liên kết hố học với những chất tích
điện âm như chất béo, lipit, cholesterol, protein và các đại phân tử. Chitin và chitosan
rất có lợi ích về mặt thương mại cũng như là một nguồn vật chất tự nhiên do tính chất
đặc biệt của chúng như tính tương thích về mặt sinh học, khả năng hấp thụ, khả năng
tạo màng và giữ các ion kim loại.
Chitosan và các dẫn xuất của nó có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả
năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng. Không gây độc hại cho người và gia
súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như Co(II), Ni(II), Cu(II)...
do vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử lý nước thải và bảo
vệ môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học....
Chitosan có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả
năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu(II), Ni(II), Co(II).... trong mơi
trường nước. Vì vậy chitosan đang được nghiên cứu kết hợp với một số chất khác để
ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước.
3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1.1.2. Tính chất của chitosan
- Khơng độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả năng phân hủy sinh học nên
không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường.
- Cấu trúc ổn định
- Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH<6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao
hơn, hóa tím trong dung dịch iot.
- Có tính kháng khuẩn tốt.
- Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử của nó giảm dần theo thời
gian do phản ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử giảm thì hoạt tính
kháng khuẩn và kháng nấm khơng bị giảm đi.
- Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng.

- Ở pH<6,3, chitosan có tính điện dương cao.
- Trong phân tử chitosan có chứa nhóm –OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích
N-acetyl-D-glucosaminc có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amine, vừa là amide.
Phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế
N-.
- Mặt khác chitosan là những polimer mà các monome được nối với nhau bởi
các liên kết α-(1-4)-glycozit, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất như : axit,
bazo, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân [3,16].
1.1.3. Ứng dụng của chitosan
Trong y tế, chitosan có tác dụng làm màng chữa bỏng, tá dược độn trong làm
cốm, tá dược ổn định viên nén, thuốc trị viêm loét dạ dày tá tràng. Hỗn hợp chitosancollagen làm giảm cholesterol trong máu, giảm sự hấp thụ lipit.
Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan làm phụ gia thực phẩm duy trì hương vị
tự nhiên, ổn định màu, nhũ tương, làm dày cấu trúc, màng bảo quản rau quả tươi, làm
trong nước quả ép, giữu màu sắc và hương vị tự nhiên của sản phẩm.
Trong công nghiệp in, chitosan làm chất keo cảm quang.
Trong công nghiệp nhuộm làm tăng độ màu vải nhuộm.
Trong nông nghiệp, oligochitosan làm thuốc tăng trưởng thực vật và kích thích
gây tạo kháng sinh thực vật, thuốc diệt nấm bệnh cho thực vật, gia tăng hệ số nhân và
sinh khối tươi cho cây nuôi cấy mô.
4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Trong khoa học kỹ thuật, chitosan làm dung dịch tăng độ khuyếch đại của kính
hiển vi, xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt: thu hồi ion kim loại, protein, phenol,
thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm...[3,16].
1.2. Oxit sắt từ
1.2.1. Cấu trúc tinh thể của Fe3O4
Oxit sắt từ có cơng thức Fe3O4 là vật liệu từ tính đầu tiên mà con người biết đến.

Từ thế kỷ IV người Trung quốc đã biết rằng Fe3O4 tìm thấy trong các khống vật tự
nhiên có khả năng định hướng theo phương Bắc - Nam địa lý. Đến thế kỷ XII, họ đã
sử dụng vật liệu Fe3O4 là la bàn, một công cụ giúp xác định phương hướng rất có ích.
Trong tự nhiên, oxit sắt từ khơng những được tìm thấy trong khống vật mà nó cịn
được tìm thấy trong cơ thể các sinh vật như ong, kiến, bồ câu…Chính sự có mặt của
Fe3O4 trong cơ thể những sinh vật đã tạo nên khả năng xác định phương hướng mang
tính bẩm sinh của chúng.
Trong phân loại vật liệu từ Fe3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit có cơng thức
tổng qt MO. Fe3O4 có cấu trúc spinel (M là kim loại hóa trị II như : Fe, Ni, Co, Mn,
Mg hoặc Cu)
Trong loại vật liệu ferit các ion oxy có bán kính khoảng 1.32 Å lớn hơn rất nhiều
bán kính ion kim loại ( 0,6 ’ 0,8 Å) nên chúng có khả năng nằm rất sát nhau và sắp
xếp thành một mạng lưới có cấu trúc lập phương tâm mặt xếp khớp nhau. Trong mạng
ferit có 2 loại hốc : loại thứ nhất là hốc tứ diện (nhóm A) được giới hạn bởi bốn ion
oxy, loại thứ hai là hốc bát diện (nhóm B) được giới hạn bởi sáu ion oxy. Các ion kim
loại M2+ và Fe3+ sẽ nằm ở các hốc này và tạo nên hai dạng cấu trúc spinel của nhóm
vật liệu ferit.
Dạng thứ nhất, toàn bộ các ion M2+ nằm ở vị trí A cịn tồn bộ các ion Fe3+ nằm
ở vị trí B. Cấu trúc này đảm bảo hóa trị của các nguyên tử kim loại vô số các oxi bao
quanh các ion Fe3+ và M2+ có tỷ số 3/2 nên nó được gọi là spinel thuận. cấu trúc này
được tìm thấy trong ferit ZnO.Fe2O3.
Dạng thứ hai thường gặp hơn được gọi là cấu trúc spinel đảo. Trong cấu trúc
spinel đảo một nửa ion Fe3+ cùng toàn bộ ion M2+ nằm ở vị trí B, số ion Fe3+ cịn lại
nằm ở các vị trí A. Oxit sắt từ Fe3O4 ≡ FeO.Fe2O3 là một ferit có cấu trúc spinel đảo
điển hình. Tức là một nửa số ion Fe3+ chiếm hốc bát diện, nửa còn lại chiếm hốc tứ
5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

diện, các ion Fe2+ đều chiếm hốc bát diện, chính cấu trúc spinel đảo này đã quyết định
tính chất từ của Fe3O4, đó là tính chất từ ferit từ.

Hinh Hình 1.2 : Cấu trúc spinel của Fe3O4b
Trong oxit sắt từ vì ion Fe3+ có mặt ở cả hai phân mạng với số lượng như nhau
nên bị triệt tiêu vì vậy momen từ do Fe2+ quyết định. Trong vô số ô cơ sở của oxit sắt
Fe3O4 các momen từ của các ion Fe2+ và sắt từ Fe3+ có sự sắp xếp khác nhau.

Hình 1.3: Sự phân bố các momen từ spin của các ion Fe2+ và Fe3+ trong một ô
cơ sở của Fe3O4c
Mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ tổng cộng là 4µβ ( µβ là magneton bohr nguyên
tử, µβ = 9,274.10-24 J/T trong hệ SI)
1.2.2. Tính chất
Một vài oxit sắt có chung cấu trúc tinh thể với các tương đồng khống chất khác
nhau. VD: goc-thie có cấu trúc giống với diaspore ( α-ALOOH), quặng sắt từ giống
với spinel (MgAl2O3). Các cấu trúc của oxit sắt được xác định bởi sự sắp xếp của các
ion oxy hay hydroxide. Các ion dương chiếm các vị trí so le đối với lớp các ion âm.

6

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Bất cứ vật liệu nào đều có sự ảnh hưởng với từ trường ngồi (H), thể hiện bằng
độ từ hóa ( từ độ - M). Tỷ số C = M/N được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào giá trị, độ
cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có C < 0 (~10-6)
được gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có C > 0 (~10-6) được gọi là vật liệu thuận từ.
Vật liệu có C > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferit từ.
Ngồi độ cảm từ, một số thơng số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định
tính chất của vật liệu. VD: từ độ bão hòa Ms ( từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), cảm

ứng từ dư Br ( từ độ cịn dư sau khi từ hóa đến độ bão hòa và đưa mẫu ra khỏi từ
trường), lực kháng từ Hc ( từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái
bão hòa từ, bị khử từ).
Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị nào đó ( thơng thường từ vài chục
nano met), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể, tính sắt từ và ferit từ biến mất, chuyển
động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đối với vật
liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ khơng cịn tính từ nữa, đấy là một đặc điểm
rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật
liệu có từ độ bão hịa lớn nhất tại nhiệt độ phịng, sắt khơng độc đối với cơ thể người
và tính ổn định khi làm việc trong mơi trường khơng khí nên các vật liệu như oxit sắt
được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nano từ tính [24].
1.2.3. Một số ứng dụng của oxit sắt
Có thể loại bỏ Asen trong nước bằng hạt nano oxit sắt, thực nghiệm cho thấy khi
cho hạt nano oxit sắt từ với nồng độ 1g/l vào mẫu nước có chứa nồng độ asen là 0,1 g/l
chỉ sau một phút thì nồng độ asen đã giảm chỉ còn 0.0081 mg/l dưới tiêu chuẩn của bộ
y tế cho phép ( 0.01 mg/l ).
Mới đây một nhà khoa học Nhật Bản có sáng kiến sử dụng hạt nano từ tính lọc
nước bằng cách cho một loài vi khuẩn chuyên ăn các chất bẩn lơ lửng trong nước bẩn
đã được hòa tan thêm các hạt nano từ tính. Bình thường các vi khuẩn có tác dụng ―thu
gom‖ chất bẩn. Khi đã ăn no chúng tự chìm xuống đáy ( do trọng lực) và mang theo
các chất bẩn đã thu gom được. Do vậy làm cho nước trở nên trong. Nếu trong nước có
hạt nano từ tính thì các vi khuẩn sẽ gom vào mình tất cả các chất bẩn thông thường lẫn
các hạt nano. Khi đó chỉ cần sử dụng một nam châm mạnh ta có thể hút các vi khuẩn
này làm cho chúng chìm nhanh hơn do đó cũng làm cho nước trong nhanh hơn.
7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Xuất phát từ ý tưởng đó các nhà khoa học nước ta đã sử dụng kết hợp nano từ

tính Fe3O4 với Al2(SO4)3 để lọc nước, Al2(SO4)3 khi tan trong nước sẽ thủy phân tạo
thành Al(OH)3 kết tủa dạng keo. Kết tửa keo này có tác dụng như một tấm lưới. Khi
nó lắng đọng thì các chất bẩn mắc vào nó cũng bị kéo xuống theo, kết quả là làm lắng
đọng chất bẩn và làm cho nước trong hơn. Khi đã kết hợp hạt nano từ tính Fe 3O4 với
Al(OH)3 dưới tác dụng của từ trường. Ngoài các hạt nano từ tính bị hút xuống dưới,
các hạt này đi xuống chúng kéo tấm lưới nhuộm hydroxit chuyển động theo. Kết quả
là nhôm hydroxit lắng đọng nhanh hơn hàng chục lần so với khi khơng dùng hạt nano
từ tính.
1.3. Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nƣớc thải
Trong phương pháp hấp phụ để loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm trong nước thải
thường sử dụng kỹ thuật hấp phụ tầng cố định với các cột có đường kính từ 0,1 đến 1,5
m và chiều cao có thể lên đến hơn 10 m. Các cột thường được nhồi các vật liệu như
than hoạt tính, zeolit...Dung dịch nước thải được dẫn lên đầu cột, khi đi qua vật liệu
hấp phụ các chất ô nhiễm bị giữ lại, nước sạch được xử lí đi ra ngoài. Tuy nhiên nhược
điểm của phương pháp này là thời gian tái sinh vật liệu hấp phụ lâu, quá trình vận
hành hay bị hiện tượng tắc cột phải nạp lại, tốn về thời gian và kinh phí. Đối với kĩ
thuật hấp phụ tầng động, nhiều trường hợp quá trình lắng kéo dài làm ảnh hưởng đến
tốc độ xử lí nước thải. Để khắc phục nhược điểm này, nhiều nhà khoa học đã nghiên
cứu chế tạo nhựa trao đổi ion có từ tính và nghiên cứu ứng dụng trong xử lí nước thải
[31,32]. Khi có tác dụng của từ trường các vật liệu hấp phụ sẽ tách ra khỏi hỗn hợp
huyền phù nhanh hơn do vậy làm tăng tốc độ q trình xử lí và tái sinh vật liệu. Tuy
nhiên, việc sử ụng vật liệu polyme tổng hợp có thể tạo ra các monome khó phân hủy,
gây ơ nhiễm thứ cấp cho mơi trường. Do đó, xu hướng xử dụng các loại polyme có sẵn
trong thiên nhiên được các nhà khoa học rất quan tâm, trong đó chitosan là vật liệu
được chú ý nhiều nhất do có cấu trúc và tính chất hóa lý đặc biệt, hoạt tính cao và khả
năng lựa chọn rất tốt đối với các hợp chất và kim loại nặng. Chính vì thế, chúng tơi đã
nghiên cứu và chế tạo ra vật liệu chitosan cố định các hạt Fe3O4 để xử lí nước thải dệt
nhuộm.

8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1.4. Đặc tính và một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
1.4.1. Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ
sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hồn tất. Trong đó lượng nước thải chủ yếu do q
trình giặt sau mỗi cơng đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn
và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia, lượng
nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là từ các cơng
đoạn nhuộm và hồn tất sản phẩm. Người ta có thể tính sơ lược nhu cầu sử dụng nước
cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 -65 lít và thải ra 10 -40 lít nước [7,8].
Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung và nước thải dệt nhuộm làng nghề
Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng đều chứa các loại hợp chất tạo màu hữu cơ, do đó có
các chỉ số pH, DO, BOD, COD... rất cao (xem bảng 1.1), vượt quá tiêu chuẩn cho
phép được thải ra môi trường sinh thái (xem bảng 1.2).
Bảng １Bảng 1.1. Đặc tính nướcthải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội
Tên nhà máy

Độ pH

Độ màu

COD (mg/l)

BOD (mg/l)

Dệt Hà Nội

9 – 10

250 – 500

230 – 500

90 – 120

Dệt kim Thăng Long

8 – 12

168

443

132

Dệt nhuộm Vạn Phúc

8 – 11

750

350 – 890

120

Dệt nhuộm Dương Nội

8 – 11

750

380 – 890

106

Bảng ２Bảng 1.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may
TT

Thông số

Đơn vị

Giới hạn theo QCVN 2008
A

B

1

Độ màu

Pt – Co

50

150

2

Độ pH

-

6–9

5,5 – 9

3

BOD ( ở 200C)

mg/l

30

50

4

COD

mg/l

75

100

Như vậy, nước thải cơng nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói
riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm ngặt
9

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


khâu xử lý các hóa chất gây ơ nhiễm mơi trường có mặt trong nước thải sau khi sản
xuất hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệp.
Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ khó
phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối
trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao do
lượng kiềm lớn. Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc
nhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm tới 60 70% thị phần [10,17]. Thơng thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm khơng bám
dính hết vào sợi vải trong q trình nhuộm mà cịn lại một lượng dư nhất định tồn tại
trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau cơng đoạn nhuộm có thể lên đến 50%
tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [17,21]. Đây chính là nguyên nhân làm
cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn.
Khi đi vào nguồn nước tự nhiên như sông, hồ...với một lượng rất nhỏ của thuốc
nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và
ánh sáng mặt trời gây tác hại cho sự hơ hấp, sinh trưởng của các lồi thủy sinh, làm tác
động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải.
Đối với cá và các loài thủy sinh, các kết quả thử nghiệm trên cá của hơn 3000 loại
thuốc nhuộm nằm trong tất cả cácnhóm từ khơng độc, độc vừa, rất độc đến cực độc
cho thấy có khoảng 37% loại thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, khoảng 2%
thuộc loại rất độc và cực độc .
Đối với con người, thuốc nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đường hơ hấp,
đường tiêu hóa. Ngồi ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của chúng rất
độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4 – amino – azo – benzen).
Các nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm này nhưng

trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả
nhuộm màu cao .
1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thông thường
Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng phức của các
kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại khơng cịn sử
dụng nhiều do nước thải sau khi nhuộm chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng

10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Thuốc nhuộm dạng hữu cơ mang màu hiện
rất phổ biến trên thị trường.
Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chia
thuốc nhuộm thành các nhóm khác nhau. Ở nước ta hiện nay, thuốc nhuộm thương
phẩm vẫn chưa được sản xuất, tất cả các loại thuốc nhuộm đều phải nhập của các
hãng sản xuất thuốc nhuộm trên thế giới.
Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm:
- Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm trong cấu
trúc hố học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro,…
- Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng: ưu điểm của phân loại
này là thuận tiện cho việc tra cứu và sử dụng, người ta đã xây dựng từ điển thuốc
nhuộm. Từ điển thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trên thế giới, trong đó mỗi loại
thuốc nhuộm có chung tính chất kỹ thuật được xếp trong cùng lớp như: nhóm thuốc
trực tiếp, thuốc axit, thuốc hoạt tính… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ tự gam màu lần
lượt từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen. Sau đây là một số
nhóm thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam [2]:
Thuốc nhuộm trực tiếp
Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất

màu hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: các tơ
xenlulozơ, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong mơi trường trung tính hoặc mơi trường
kiềm. Tuy nhiên, khi nhuộm màu đậm thì thuốc nhuộm trực tiếp khơng cịn hiệu suất bắt
màu cao, hơn nữa trong thành phần có chứa gốc azo (- N=N - ), đây là loại hợp chất hợp
chất hữu cơ độc hại nên hiện nay loại thuốc này khơng cịn được khuyến khích sử dụng
nhiều. Mặc dù vậy, do thuốc nhuộm trực tiếp dễ sử dụng và rẻ nên vẫn được đa số các cơ
sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống sử dụng để nhuộm các loại vải, sợi dễ bắt màu như
tơ, lụa, cotton...
Thuốc nhuộm axit
Theo cấu tạo hố học thuốc nhuộm axit đều thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất
của antraquinon, triarylmetan, xanten, azin và quinophtalic, một sốcó thể tạo phức
với kim loại. Các thuốc nhuộm loại này thường sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại

11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


sợi động vật tức là các nhóm xơ sợi có tính bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp
polyamit trong mơi trường axit.
Thuốc nhuộm hoạt tính
Thuốc nhuộm hoạt tính là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có
chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện liên kết hố trị với vật liệu nói chung và
xơ dệt nói riêng trong q trình nhuộm. Dạng cơng thức hố học tổng quát của thuốc
nhuộm hoạt tính là: S—R—T—X. Trong đó:
S: là các nhóm -SO3Na, -COONa, -SO2CH3.
R: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu sắc, những gốc
mang màu này thường là monoazo và diazo, gốc thuốc nhuộm axit antraquinon, hồn
ngun đa vịng…
T: nhóm ngun tử phản ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc nhuộm với xơ

và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này, đóng vai trị quyết định tốc
độ phản ứng nucleofin.
X: nhóm ngun tử phản ứng, trong q trình nhuộm nó sẽ tách khỏi phân
tử thuốc nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hoá học với xơ.
Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao, khoảng 30 %,
có chứa gốc halogen hữu cơ (hợp chất AOX) nên làm tăng tính độc khi thải ra mơi
trường. Hơn nữa hợp chất này có khả năng tích luỹ sinh học, do đó gây nên tác động
tiềm ẩn cho sức khoẻ con người và động vật [29].
Thuốc nhuộm bazơ
Thuốc nhuộm bazơ là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng
là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi bơng, lụa visco. Thuốc nhuộm hồn
ngun phần lớn dựa trên hai họ màu indigoit và antraquinon. Các thuốc nhuộm
hoàn nguyên thường không tan trong nước, kiềm nênthường phải sử dụng các chất
khử để chuyển về dạng tan được (thường là dung dịch NaOH + Na2S2O3 ở 50600C). Ở dạng tan được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên khuyếch tán vào xơ.
Thuốc nhuộm lưu huỳnh

12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu chứa nguyên tử lưu huỳnh
trong phân tử thuốc nhuộm ở các dạng -S-, -S-S-, -SO-, -Sn-. Trong nhiều trường
hợp, lưu huỳnh nằm trong các dị vòng như: tiazol, tiazin, tiantren và vịng azin.
Thuốc nhuộm nhóm này rất phức tạp, đến nay vẫn chưa xác định được chính xác cấu
tạo tổng quát của chúng.
Thuốc nhuộm phân tán
Là những chất màu không tan trong nước, phân bố đều trong nước dạng

dung dịch huyền phù, thường được dùng nhuộm xơ kị nước như xơ axetat, polyamit,
polyeste, polyacrilonitrin. Phân tử thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo (- N=N -) và
antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thay thế (- NH2, - NHR, NR2, - NH
– CH2 - OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của
thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 - 95 %) nên nước thải không chứa nhiều
thuốc nhuộm và mang tính axit.
Thuốc nhuộm azo khơng tan
Thuốc nhuộm azo khơng 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 hồ tan trong nước.
Thuốc nhuộm pigment
Pigment là những hợp chất có màu, có đặc điểm chung là khơng tan trong nước
do phân tử khơng chứa các nhóm có tính tan (-SO3H, -COOH) hoặc các nhóm này
bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước.
Thuốc nhuộm này phải được gia cơng đặc biệt để khi hồ tan trong nước
nóng nó phân bố trong dung dịch như một thuốc nhuộm thực sự và bắt màu lên xơ sợi
theo lực hấp phụ vật lý.
1.4.3. Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm
Do đặc thù công nghệ, nước thải dệt nhuộm có các chỉ số TS, TSS, độ màu,
COD và BOD cao, bên cạnh đó phải kể đến một số lượng đáng kể các kim loại nặng
độc hại như Cr, Cu, Co, Zn… ở các công đoạn khác nhau. Chính vì thế cần phân luồng
dịng thải theo tính chất và mức độ gây ơ nhiễm: dịng ơ nhiễm nặng như dịch nhuộm,

13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


dịch hồ, nước giặt đầu, dịng ơ nhiễm vừa như nước giặt ở các giai đoạn trung gian,

dịng ơ nhiễm ít như nước giặt cuối …để có biện pháp xử lý phù hợp.
Trong thực tế để đạt được hiệu quả xử lý cũng như kinh tế, người ta không dùng
đơn lẻ mà kết hợp các phương pháp xử lý hóa lý, hóa học, sinh học, nhằm tạo nên một
quy trình xử lý hoàn chỉnh [27].
1.4.3.1. Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm. Nước thải dệt
nhuộm có tính chất như một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 10 -7 –
10-5 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc.
Q trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách
được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hịa tan, vì những hạt rắn có kích thước
q nhỏ.Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu phân nhỏ
thành các tập hợp lớn hơn.Việc khử các hạt keo đòi hỏi trước hết cần trung hịa điện
tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau bằng các chất đông tụ. Các khối kết
tủa bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường bị sa lắng xuống, trong quá trình sa
lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các hạt tạp chất khác. Để tăng tốc độ keo tụ, tốc độ
sa lắng, tốc độ nén ép các bông keo và đặc biệt để làm giảm lượng chất keo tụ có thể
dùng thêm các chất trợ keo, chất này có vai trị liên kết giữa các hạt keo với nhau [1].
Hiện nay, keo tụ là phương pháp tiền xử lý thích hơp cho việc tách và loại bỏ
các hạt keo, giảm giá trị COD, độ màu, độ đục đến một giới hạn để có thể tiến hành
các bước xử lý tiếp theo. Do quy mô sản xuất nhỏ nên các hộ ở Dương Nội chủ yếu sử
dụng loại thuốc nhuộm trực tiếp và axit. Loại này tan thẳng vào nước ở 60 – 70oC, bắt
màu thẳng vào vật liệu, không qua xử lý trung gian, hóa chất phụ trợ kèm theo đơn
giản, rẻ tiền, thiết bị nhuộm không phức tạp. Trong môi trường nhuộm, chúng tạo
thành các anion có dạng ArSO3-, đây là cơ sở cho việc sử dụng phương pháp keo tụ với
các tác nhân keo tụ là muối cation đa hóa trị:
Ar – SO3Na  Ar – SO3- + Na+
Phương pháp keo tụ có thể loại bỏ được kim loại nặng trong nước thải, làm giảm
độ đục và các thành phần rắn lơ lửng. Bên cạnh đó cịn làm giảm chất ô nhiễm khác
nhau như dầu mỡ, COD, BOD…Trong nghiên cứu của Duk Jong Joo, Won Sik Shin và
Jeong Hak Choi [11] đã tiến hành xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính bằng

14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


phèn nhôm, phèn sắt và sử dụng thêm chất trợ lắng polime tổng hợp. Kết quả cho thấy,
khi sử dụng lượng phèn 1g/l thì hiệu quả loại bỏ màu đạt được nhỏ hơn 20%, khi kết
hợp phèn và chất trợ lắng thì màu của nƣớc thải được loại hầu như hoàn toàn. Hiệu quả
xử lý tăng khi tăng lượng chất trợ lắng. Ngồi ra, hiệu quả keo tụ cịn phụ thuộc vào
điều kiện pH và loại chất keo tụ sử dụng.
1.4.3.2. Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOP
Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu
trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hồn tồn bởi q trình keo tụ và khơng dễ bị oxy
hóa bởi các chất oxy hóa thơng thường, cũng như khơng hoặc ít bị phân hủy bởi vi sinh
vật.
Bản chất của phương pháp là xảy ra các q trình oxi hóa để tạo ra các gốc tự do
như OH• có hoạt tính cao, có thể khống hóa hồn tồn hầu hết các hợp chất hữu cơ bền
thành các sản phẩm bền vững như CO2 và các axit vơ cơ khơng gây khí thải. Một số ví
dụ về phương pháp oxi hóa tăng cường như Fenton, Peroxon, catazon, quang fenton và
quang xúc tác bán dẫn.
Với bản chất tạo ra gốc hydroxyl có tính oxy hóa rất mạnh, có khả năng oxy hóa
khơng chọn lọc hầu hết các hợp chất hữu cơ hòa tan trong dung dịch nước. Vì vậy
trong những năm gần đây, hiệu ứng Fenton điện hóa đã và đang được nhiều nhà khoa
học trên thế giới quan tâm nghiên cứu, ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải chứa
các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường. Các kết quả nghiên cứu sử dụng hiệu ứng
Fenton điện hóa nhằm xử lý các nguồn nước ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ độc hại
cho hiệu quả cao hơn nhiều so với các phương pháp thông thường khác. Jun-jie và
cộng sự đã khảo sát q trình khống hóa thuốc nhuộm azo C.I. axit đỏ [14] sử dụng
quặng sắt khi có và khơng có tác dụng của siêu âm ở tần số thấp. Tác giả đã chỉ ra rằng
dưới tác động của siêu âm, nước có thể bị phân hủy và tạo H2O2, cho phép hình thành

hệ phản ứng Fenton trong dung dịch. Trong cả 2 trường hợp có và khơng có siêu âm,
phản ứng phân hủy azo C.I. axit đỏ [14] tuân theo quy luật động học bậc nhất với hằng
số tốc độ phản ứng tương ứng là 7,5.10-2 phút-1 và 2,58.10-1 s-1. Shaobin Wang và các
công sự [27] đã so sánh động học của phản ứng Fenton (Fe3+/H2O2) và phản ứng giống
Fenton (Fe3+/H2O2) trong khi nghiên cứu xử lý hợp chất màu azo C.I. axit đen [1]. Phản
ứng Fenton cho hiệu suất oxy hóa phân hủy thuốc nhuộm cao hơn so với phản ứng
15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


giống Fenton ở 100 phút đầu tiên và sau đó hiệu suất của 2 phản ứng gần như tương
đương. Tỷ lệ [Fe2+ ]:[H2O2] là 3:0,75 trong cả hai trường hợp và sự phân hủy các chất
màu phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của Fe3+, H2O2 và pH trong khoảng nhiệt độ khảo
sát từ 15-450C. Năm 2007, Minghua Zhou và các cộng sự [23] đã nghiên cứu khảo sát
ảnh hưởng của các yếu tố (pH, nồng độ Fe2+, thế điện cực catôt, nồng độ muối Na2SO4,
nồng độ metyl đỏ) tới sự phân hủy metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa sử dụng
điện cực graphit-polytetrafloetylen (PTFE). Kết quả cho thấy sự suy giảm màu sắc xảy
ra nhanh và đạt 80% trong 20 phút điện phân trong các điều kiện tốt nhất là: pH = 3,
thế catôt = -0,55 V/SCE, nồng độ Fe2+ 0,2 mM, nồng độ methyl đỏ 100 mg/l, nồng độ
muối Na2SO4 0,1 M, tốc độ sục oxy 0,4 l/phút. Sự phân hủy metyl đỏ bằng hiệu ứng
Fenton điện hóa trong cùng điều kiện được đánh giá là có ưu thế đối với trường hợp
nồng độ thuốc nhuộm cao và được thực hiện ở hai giai đoạn khác nhau.Giai đoạn một
là giai đoạn phá vỡ liên kết azo tạo ra các sản phẩm trung gian có chứa vịng benzen,
giai đoạn hai là giai đoạn phá hủy các vòng benzen thành các hợp chất vơ cơ ít hoặc
khơng độc hại với môi trường. Tuy nhiên, sự tiêu thụ ion sắt và sự hình thành các sản
phẩm trung gian trong quá trình điện phân khiến cho sự phân hủy chậm hơn ở giai
đoạn thứ hai [4].
1.4.3.3. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các

phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia giữa các pha. Bề mặt phân chia pha có
thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất
hấp phụ, còn chất mà được hấp phụ trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp
phụ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.
Phương pháp hấp phụ là một phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong
nước, được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật xử lý nước thải nhờ có các ưu điểm sau:
 Có khả năng làm sạch nước ở mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất lượng.
 Quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng địi hỏi thiết bị phức tạp.
 Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên chi
phí thấp nhưng hiệu quả xử lý cao.

16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Vật liệu ứng dụng trong phương pháp hấp phụ rất đa dạng : than hoạt tính,
zeolite, composit, đất sét, silicagel... Với mỗi loại vật liệu có đặc điểm và tính chọn lọc
riêng phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và sử dụng thực tiễn.
Luiz C.A. Oliveira và các cộng sự [18] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu composit
mang cacbon từ tính khảo sát hấp phụ trên một số chất, thí nghiệm tiến hành như sau:
composit được cho vào 400 ml huyền phù bao gồm cacbon hoạt tính, FeCl3 (7,8 g, 28
mmol) và FeSO4 (3,9 g, 14 mmol) tại 700C .Thêm 100 ml dung dịch NaOH 5M cho
đến khi xuất hiện kết tủa sắt oxit. Lượng cacbon được điều chỉnh sao cho tỷ lệ về khối
lượng giữa cacbon hoạt tính và oxit sắt là 1:1, 2:1, 3:1.Vật liệu được sấy khô ở 100 0C
trong 3h. Cân 50 mg vật liệu composit cho vào các bình nón chứa 50 ml dung dịch bao
gồm: phenol (500 mg/l, tại pH=5), clorofom (500 mg/l), clobenzen (25 mg/l), phẩm đỏ
(100 mg/l), hỗn hợp được để hấp phụ trong 24h, ở 25 ± 10C. Nồng độ các chất sau khi
tiến hành hấp phụ được xác định bằng phương pháp đo phổ (MIMS) đối với phenol,
clorofom và clobenzen, phương pháp quang đối với phẩm đỏ. Kết quả như sau: đối với

vật liệu composit có tỷ lệ cacbon hoạt tính/Fe3O4 là 3:1 thì tải trọng hấp phụ thứ tự như
sau: phenol (117 mg/g) < clobenzen (305 mg/g) < clorofom (710 mg/g). Nếu chỉ dùng
cacbon hoạt tính thì tải trọng hấp phụ của phenol là 162 mg/g, clobenzen là 480 mg/g,
clorofom là 910 mg/g. Đối với phẩm đỏ, vật liệu composit có tỷ lệ cacbon hoạt
tính/Fe3O4 là 2:1, 3:1, chỉ có cacbon hoạt tính thì tải trọng hấp phụ thứ tự như sau:
cacbon hoạt tính > 3:1 composit > 2:1 composit. Na Yang và các cộng sự [25] đã
nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composit mang cacbon từ tính khảo sát hấp phụ phẩm
xanh metylen, nghiên cứu cho thấy tải trọng hấp phụ cực đại ≈300 mg/g [20].
Zeolit là một trong những chất sử dụng rộng rãi trong việc tổng hợp các chất hấp
phụ. Trong mạng lưới tinh thể của zeolit, một phần ion Si4+ được thay thế bởi ion Al3+
đã gây ra sự thiếu hụt về điện tích dương. Do đó, zeolit có thể tiếp nhận các cation nhất
định của các kim loại khác. Zeolit được sử dụng trong các phản ứng đehyđro hóa các
chất lỏng và chất khí sau đó việc tinh chế chất lỏng bằng khả năng hấp phụ của mình.
Zeolit tự nhiên và tổng hợp là vật liệu aluminosilicat tinh thể, có cấu trúc xốp và bề mặt
riêng cao. Zeolit có rất nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực xúc tác hóa dầu, tổng
hợp hữu cơ và bảo vệ mơi trường. Khả năng trao đổi ion cao kết hợp với ái lực lựa
chọn đối với các cation làm cho chúng rất thích hợp trong việc xử lý nước thải. Dưới
17

LUAN VAN CHAT LUONG download : add