Sử dụng đất sét cho quá trình xử lý chất ô nhiễm hữu cơ

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô
trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, đặc biệt là các thầy cơ ở Trung tâm Phân tích Mơi
trƣờng và Ứng dụng công nghệ địa không gian đã tạo điều kiện tốt cho quá trình
thực tập của em.
Em cũng xin cảm ơn thầy Vũ Huy Định và thầy Đặng Thế Anh đã tận tình
hƣớng dẫn em trong suốt q trình làm khóa luận.
Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của thầy, cơ để khóa luận của em
đƣợc hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Vũ Ngọc Tuấn

i


TĨM TẮT NỘI DUNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận tốt nghiệp
“ SỬ DỤNG ĐẤT SÉT CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CHẤT Ô NHIỄM HỮU
CƠ ”
2. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Vũ Huy Định.
3. Sinh viên thực hiện: Vũ Ngọc Tuấn – K59C – KHMT
4. Mục tiêu nghiên cứu
1. Mục tiêu tổng quát: Tìm kiếm vật liệu thân thiện với mơi trƣờng giá
thành thấp để biến tính thành vật liệu xúc tác cho quá trình Fenton dùng phƣơng
pháp oxi hóa nâng cao xử lý chất ơ nhiễm hữu cơ.
2. Mục tiêu cụ thể:
- Tìm đƣợc các điều kiện biến tính đất sét thành vật liệu xúc tác.
- Tìm ra điều kiện nhƣ nhiệt độ, pH,… thích hợp khi sử dụng hệ xúc tác

đất sét biến tính.
- Áp dụng đƣợc q trình Fenton dùng phƣơng pháp oxi hóa nâng cao/đất
sét biến tính để xử lý các chất ơ nhiễm hữu cơ.
5. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đất sét: Đất làm đồ gốm tại thôn Bát Tràng, xã Bát Tràng, huyện Gia
Lâm, Hà Nội.
- Phẩm màu: Đƣợc cung cấp bởi công ty TNHH Thƣơng Mại Tân Hồng
Phát – số 92 Cửa Bắc, Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội.
6. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu biến tính đất sét thành vật liệu có khả năng xúc tác.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp biến tính đất sét.
- Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM).
- Phƣơng pháp phân tích phổ tán xạ năng lƣợng tia X.
ii


- Phƣơng pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu.
- Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình Fenton dùng
phƣơng pháp oxi hóa nâng cao/ đất sét biến tính.
8. Những kết quả đạt đƣợc
Các kết quả chính của khóa luận thu đƣợc nhƣ sau:
- Quy trình biến tính đất sét thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao: 10g
đất sét trộn cùng 1,0g Fe2(SO4)3 và 100ml nƣớc, khuấy trong 1 giờ rồi cô cạn,
sấy khô, nung 3 giờ với nhiệt độ 400°C.
- Các đặc trƣng vật liệu nhƣ kích thƣớc, tính chất bề mặt của đất sét sau
khi biến tính đƣợc xác định bằng phƣơng pháp SEM. Với kích thƣớc rất nhỏ,
cho thấy bề mặt đất sét sau biến tính gồm các hạt cỡ nhỏ, cỡ μm, cấu trúc này
tạo điều kiện cho quá trình hấp phụ - oxi hóa.

- Các thành phần nguyên tố có trong đất sét sau khi biến tính đƣợc phân
tích bằng phổ EDX.
- Tìm đƣợc các điều kiện thích hợp tiến hành q trình oxi hóa nâng cao,
sử dụng đất sét biến tính xử lý phẩm màu. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất
khi áp dụng kỹ thuật Fenton dị thể dung hệ xúc tác đất sét cho đối tƣợng phẩm
màu RY160 và 4 phẩm màu (DR 23, MB FBL, SR FLG, SR FR) ở nồng độ 50
ppm đã đƣợc nghiên cứu. Điều kiện thích hợp: lƣợng đất sét xúc tác 0,5 g/l;
nồng độ H2O2 30% = 1,22 mM; pH = 3. Hệ xúc tác có khả năng tái sử dụng
nhiều lần, tuy nhiên hiệu suất xử lý phẩm màu có xu hƣớng giảm khi tái sử
dụng.
- Đánh giá đƣợc khả năng áp dụng điều kiện xử lý tƣơng tự của phẩm
mày RY 160 cho các phẩm màu DR 23, MB FBL, SR FLG, SR FR. Kết quả
cho thấy khả năng xử lý các phẩm màu bằng kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu
đất sét biến tính cho kết quả tốt.

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... i
TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ...................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. vii
MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................3
1.1. Hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền ........................................................................3
1.1.1. Khái niệm về hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền ..............................................3
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh các hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền .............................4

1.1.3. Tính chất của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền .........................................5
1.2. Phẩm màu hữu cơ khó phân hủy ....................................................................5
1.2.1. Phẩm nhuộm................................................................................................5
1.2.2. Phân loại phẩm nhuộm ................................................................................6
1.2.3. Một số loại phẩm nhuộm tiêu biểu..............................................................7
1.3. Nƣớc thải dệt nhuộm chứa phẩm màu hữu cơ khó phân hủy ........................9
1.4. Tổng quan các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm trong nƣớc thải dệt nhuộm
............................................................................................................................ 10
1.4.1. Phƣơng pháp oxi hóa nâng cao ................................................................ 10
1.4.2. Phƣơng pháp oxi hóa ................................................................................ 10
1.4.3. Phƣơng pháp hấp phụ ............................................................................... 11
1.5. Tổng quan về vật liệu nghiên cứu: Đất sét .................................................. 12
1.5.1. Nguồn gốc đất sét ..................................................................................... 12
1.5.2. Đặc tính của đất sét .................................................................................. 13
1.5.3. Ứng dụng của đất sét ................................................................................ 15
1.6. Các yếu tố ảnh hƣởng.................................................................................. 17
CHƢƠNG 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................... 20
2.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 20
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu.................................................................................. 20
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 22
2.4. Các phƣơng pháp phân tích ......................................................................... 22
iv


2.4.1. Phƣơng pháp biến tính đất sét .................................................................. 22
2.4.2. Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM) ......................... 23
2.4.3. Phƣơng pháp phân tích phổ tán xạ năng lƣợng tia X ............................... 23
2.4.4. Phƣơng pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu ................................. 24
2.4.5. Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton/ đất sét

biến tính .............................................................................................................. 26
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 27
3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn và xác định nồng độ phẩm màu ............................ 27
3.2. Biến tính đất sét thành vật liệu có khả năng xúc tác ................................... 30
3.2.1. Quy trình biến tính đất sét ........................................................................ 30
3.2.2. Đặc tính của đất sét biến tính ................................................................... 30
3.2.3. Thành phần của vật liệu biến tính ............................................................ 32
3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu ............. 33
3.3.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng vật liệu xúc tác biến tính .............................. 33
3.3.2. Ảnh hƣởng của pH ................................................................................... 34
3.3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ chất oxy hóa ..................................................... 34
3.3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tiến hành phản ứng ........................................... 35
3.3.5. Ảnh hƣởng của thời gian tiến hành phản ứng .......................................... 36
3.3.6. Ảnh hƣởng của lƣợng phẩm màu RY 160 ............................................... 37
3.3.7. Ảnh hƣởng của tái sử dụng xúc tác Đất sét-Fe(III) ................................. 37
3.3.8. Khả năng xử lý màu đối với các phẩm màu phổ biến.............................. 38
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 39
1. Kết luận .......................................................................................................... 39
2. Tồn tại............................................................................................................. 40
3. Kiến nghị ........................................................................................................ 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 41
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
RY 160

Reactive Yellow 160: Phẩm màu vàng 160

MB FBL

Moderdirect Blue FBL: Phẩm màu xanh da trời FBL

DR 23

Direct red 23: Phẩm màu đỏ vang 23

SR FLG

Solanis red FLG: Phẩm màu đỏ cờ FLG

SR FR

Solanis rose FR: Phẩm màu đỏ sen FR

SEM

Scanning electron microscope: Kính hiển vi điện tử quét

EDX

Energy-dispersive X-ray spectroscopy: Phổ tán xạ năng lƣợng tia X

UV-vis

Ultraviolet-visible spectroscopy: Phổ tử ngoại khả biến

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của 5 phẩm màu ...................................... 27
Bảng 3.2. Thành phần các nguyên tố trong đất sét sau khi biến tính ................. 32

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh đất sét [6] ............................................................................. 12
Hình 2.1. Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét [7] ............................................. 23
Hình 2.2. Máy quang phổ khả kiến (UV-vis) [8] ................................................ 24
Hình 3.1. Phƣơng trình đồ thị đƣờng chuẩn phẩm màu RY 160 ........................ 28
Hình 3.2. Phƣơng trình đồ thị đƣờng chuẩn phẩm màu DR 23 .......................... 28
Hình 3.3. Phƣơng trình đồ thị đƣờng chuẩn phẩm màu MB FBL ...................... 29
Hình 3.4. Phƣơng trình đồ thị đƣờng chuẩn phẩm màu SR FLG ....................... 29
Hình 3.5. Phƣơng trình đƣờng chuẩn phẩm màu SR FR .................................... 30
Hình 3.6. Ảnh SEM của đất sét sau biến tính với các kích thƣớc khác nhau ..... 31
Hình 3.7. Phổ EDX của đất sét sau khi biến tính ................................................ 32
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng vật liệu tới hiệu quả xử lý ....................... 33
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của pH tới hiệu quả xử lý ................................................. 34
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của nồng độ H2O2 tới hiệu quả xử lý ............................. 35
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thí nghiệm tới hiệu suất phẩm màu ........... 36
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian tiến hành phản ứng ................................... 36
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của nồng độ RY 160 tới hiệu quả xử lý ......................... 37
Hình 3.14. Khả năng tái sử dụng đất sét qua 2 lần xử lý .................................... 38

vii


MỞ ĐẦU
Cơng cuộc đẩy mạnh cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nƣớc ngày càng

nảy sinh nhiều vấn đề về môi trƣờng. Các ngành công nghiệp phát triển mạnh
mẽ cả về chiều rộng và chiều sâu. Do vậy nguy cơ phát thải các chất thải nguy
hại ngày càng cao trong đó đặc biệt là sự phát thải chất ơ nhiễm hữu cơ
(Persistant Organic Pollutants – POPs) – một nguồn đƣợc xem là vấn đề lớn có
ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe con ngƣời và mơi trƣờng. Vì thế mà việc quản
lý chất thải nguy hại đang đƣợc quan tâm trong nƣớc.
Việt Nam đã tham gia phê chuẩn công ƣớc Stockhom ngày 22/07/2002.
Công ƣớc Stockhom đề nghị cấm sử dụng 12 loại hóa chất cơng nghiệp thuộc
nhóm POPs đƣợc cho là gây tử vong và dị tật bẩm sinh cho con ngƣời. Trong đó
dệt nhuộm là một ngành cơng nghiệp đang phát triển nhanh chóng do sự đầu tƣ
trong nƣớc và nƣớc ngoài đặc biệt là do sự mở cửa của khối thị trƣờng chung
Châu Âu (EEC) về hàng may mặc do Việt Nam. Sản phẩm của ngành này rất đa
dạng về chủng loại và biến đổi lớn về nguyên liệu, đặc biệt là thuốc nhuộm.
Do đặc điểm ngành cơng nghiệp dệt nhuộm sử dụng nhiều ngun liệu và
hóa chất nên tạo ra một lƣợng lớn các chất thải gây ơ nhiễm mơi trƣờng dƣới các
dạng nƣớc thải, khí thải, chất thải rắn, tiếng ồn và nhiệt thải. Đây là một vấn đề
nan giải đối với công nghệ môi trƣờng Việt Nam hiện nay vì sự phức tạp và thay
đổi liên tục các hóa chất sử dụng trong cơng đoạn tẩy, nhuộm, in hoa và hồn
tất. Trong các cơng đoạn đó có thể phát sinh ra hợp chất POPs đặc biệt là ở công
đoạn tẩy trắng vải và nhuộm màu.
Trong những năm gần đây, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu và sử dụng
các phƣơng pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nƣớc
thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học,
phƣơng pháp điện hóa,… Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu điểm và hạnh chế
nhất định về mặt kỹ thuật cũng nhƣ mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế của
từng quốc gia. Trong đó, việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại bằng phƣơng
pháp hấp phụ kết hợp và oxi hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton là một trong
những hƣớng nghiên cứu mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và
ngồi nƣớc quan tâm nghiên cứu.
Việc tìm ra vật liệu có khả năng xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao

vẫn đang đƣợc quan tâm nhằm tìm ra vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, chi phí
thấp, ít ảnh hƣởng đến mơi trƣờng. Trong khóa luận vật liệu đƣợc chọn là đất
sét, một loại vật liệu đã, đang và sẽ đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc
quan tâm nghiên cứu nhiều hơn do các ứng dụng vơ cùng mới mẻ và hữu ích của
1


nó trong nhiều lĩnh vực. Cũng bởi những lý do trên em lựa chọn đề tài “Sử
dụng đất sét cho q trình xử lý chất ơ nhiễm hữu cơ” và tập trung nghiên
cứu xử lý phẩm màu có trong nƣớc thải dệt nhuộm bằng phƣơng pháp Fenton dị
thể cho quá trình oxi hóa nâng cao sử dụng hệ xúc tác là đất sét sau khi biến
tính.

2


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền
1.1.1. Khái niệm về hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền
Chất ô nhiễm hữu cơ bền (Persistant Organic Pollutions – POPs) là những
hợp chất hóa học có nguồn gốc từ Cacbon, sản sinh ra do các hoạt động công
nghiệp của con ngƣời. POPs bền vững trong mơi trƣờng, có khả năng tích tụ
sinh học qua chuỗi thức ăn, lƣu trữ trong thời gian dài, có khả năng phát tán xa
từ các nguồn phát thải và tác động xấu đến sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái.
Theo cơng ƣớc Stockholm, POPs gồm 12 hóa chất có tính độc hại, tồn tại
bền vững trong mơi trƣờng, phát tán rộng và tích lũy trong hệ sinh thái, gây hại
cho sức khỏe con ngƣời. Mƣời hai loại hóa chất xếp vào nhóm POPs cụ thể là:
1. Aldrin: đƣợc sử dụng nhƣ một loại hoá chất bảo vệ thực vật đƣợc dùng để
diệt các loại côn trùng nhƣ mối, châu chấu, sâu rễ ngô và nhiều loại côn trùng
gây hại khác.

2. Chlordane: đƣợc sử dụng rộng rãi để diệt mối và trừ sâu diện rộng trong
nông nghiệp.
3. Dieldrin: đƣợc sử dụng chủ yếu để diệt mối và các loại sâu hại cây họ vải,
kiểm soát các dịch bệnh lây lan do côn trùng và các loại côn trùng sống trong
đất nơng nghiệp.
4. Dioxin (PCDDs): là hố chất độc hại nhất hiện nay, nó đƣợc tạo ra khơng
chủ định do sự đốt cháy khơng hồn tồn một số nhiên liệu cũng nhƣ trong quá
trình sản xuất một số loại thuốc bảo vệ thực vật và các hố chất khác. Ngồi ra,
một số hình thức tái chế kim loại, nghiền và tẩy trắng giấy cũng có thể sinh ra
Dioxin. Dioxin cịn có trong khí thải động cơ, khói thuốc lá và khói than.
5. DDT (Dichloro-Diphenyl-Trichloroethane): là một hố chất hữu cơ khó
phân huỷ phổ biến nhất đƣợc sử dụng rộng rãi trong chiến tranh thế giới lần thứ
2 nhằm ngăn chặn các dịch bệnh lây truyền bởi côn trùng (đặc biệt là bệnh sốt
rét và bệnh do ruồi vàng). Ở một số nƣớc, nó đƣợc sử dụng liên tục trong nhiều
năm để diệt muỗi, hạn chế sốt rét.
6. Endrin: là loại hoá chất bảo vệ thực vật sử dụng để diệt côn trùng trên
những cánh đồng trồng bông và ngũ cốc và diệt chuột, các loài gặm nhấm khác.
7. Furans (PCDFs): là hố chất độc hại đƣợc sản sinh khơng chủ định cũng
giống nhƣ dioxin, đồng thời nó cịn có trong hợp chất PCB dành cho thƣơng
mại.

3


8. Heptachlor: đƣợc dùng chủ yếu để diệt các loại côn trùng và mối trong đất,
các loại côn trùng hại bông, chấu chấu, các loại gây hại cho nông nghiệp khác và
muỗi truyền bệnh sốt rét.
9. Hexachlorobenzen (HCB): đƣợc dùng để diệt nấm hại cây lƣơng thực. Đây
cũng là một phụ phẩm của q trình sản xuất một số hố chất nhất định và kết
quả của những quá trình phát thải dioxin và furan.

10. Mirex: là thuốc bảo vệ thực vật đƣợc sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa, các
loại kiến, mối và côn trùng khác. Mirex làm vật liệu chịu nhiệt trong chất dẻo,
cao su và đồ điện.
11. Polychlorinated Biphenyls (PCBs): là hợp chất đƣợc sử dụng trong công
nghiệp làm vật liệu tản nhiệt trong các biến thế điện, tụ điện, làm chất phụ gia
trong sơn, giấy photo khơng có nilon, chất dẻo.
12. Toxaphene: cịn đƣợc gọi là camphechelor, là hoá chất bảo vệ thực vật, sử
dụng trong nông nghiệp trồng bông, ngũ cốc, hoa quả hạt và rau xanh. Chất
Toxaphene còn đƣợc dùng để diệt các loại ve, rệp ký sinh và các vật nuôi.[3]
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh các hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền
Các hợp chất POPs xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, có thể kể đến nhƣ:
- Các hoạt động sản xuất nông nghiệp, kho lƣu trữ thuốc trừ sâu (đặc biệt
là các loại trừ sâu trong nhóm POPs hết hạn sử dụng) và một số loại thuốc trừ
sâu đang sử dụng.
- Kho chứa PCBs ở các khu công nghiệp, dầu thải, hóa chất trong ngành
cơng nghiệp dệt nhuộm, giấy, trong thực phẩm, các thiết bị của ngành điện (đèn
huỳnh quang, tụ điện, dầu biến thế), các chất phụ gia trong ngành công nghiệp
sơn, mỹ phẩm, chất dẻo, chất làm tăng độ dẻo của các sản phẩm công nghiệp.
- Dầu mỡ trong các hoạt động công nghiệp và sinh hoạt, hoạt động khai
thác dầu, chất thải của ngành công nghiệp lọc dầu.
- Các quá trình đốt cháy hở, bãi rác, nguồn đốt chất thải từ khu dân cƣ,
chất độc hóa học (Dioxin) thải vào môi trƣờng trong chiến tranh ở miền Nam
Việt Nam.
- Khí thải từ các hoạt động giao thơng vận tải và một số ngành công
nghiệp.
- Các nhà máy sản xuất hóa chất.
- Chất ơ nhiễm trong chuỗi thức ăn.
- Lị đốt chất thải.
- Phịng thí nghiệm nghiên cứu.
4

- Do hoạt động của núi lửa, cháy rừng.
- Lò hơi công nghiệp và các hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch.
- Hoạt động khai thác dầu, rác thải của ngành cơng nghiệp lọc dầu.
Trong khóa luận, nội dung nghiên cứu đƣợc tập trung vào vấn đề chính là
xử lý phẩm màu hữu cơ khó phân hủy trong nƣớc thải ngành dệt nhuộm.
1.1.3. Tính chất của các hợp chất ơ nhiễm hữu cơ bền
a) Tính chất vật lý: Các chất POPs có 4 tính chất vật lý chung nhƣ sau:
- Trong thành phần có chứa nhóm Halogen.
- Tan nhiều trong mỡ, ít tan trong nƣớc.
- Bền với nhiệt, ánh sáng và các q trình phân hủy hóa học, sinh học.
- Dễ bay hơi, khả năng phát tán xa.
b) Tính chất hóa học:
POPs là những hợp chất hữu cơ bền, trong cơng thức phân tử có chứa
halogen, là những hợp chất hydrocacbon thơm có nhiều đồng phân, và là nhóm
hợp chất hữu cơ độc nhất trong hóa chất hữu cơ độc hại mà con ngƣời biết đến.
Chúng rất bền ở điều kiện nhiệt độ thƣờng, bền với tác động của ánh sáng và có
khả năng bọ phân hủy trong mơi trƣờng axit, kiềm.[5]
1.2. Phẩm màu hữu cơ khó phân hủy
1.2.1. Phẩm nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất
định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt
trong những điều kiện quy định (tính gắn màu).
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay
con ngƣời hầu nhƣ chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các
loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất khơng bị phân hủy. Màu sắc của
thuốc nhuộm có đƣợc 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 không cố định nhƣ:

>C = C C = N -, -N = N -, -NO2 …
Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử nhƣ: -NH2, -COOH, SO3H, -OH…đóng vai trị tăng cƣờng màu của nhóm mang màu bằng cách dịch
chuyển năng lƣợng của hệ điện tử.[4]

5


1.2.2. Phân loại phẩm nhuộm
a) Phân loại theo cấu tạo hóa học
- Thuốc nhuộm Nitro: Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân
đơn (benzen, naphtalen) ít nhất là một nhóm nitro (NO2) và một nhóm cho điện
tử (NH2,OH).
- Thuốc nhuộm Azo: là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát
triển rất lâu đời, chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lƣợng thuốc nhuộm. Trong
phân tử chứa một hoặc nhiều nhóm azo.
- Thuốc nhuộm Antraquinon: trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm
Antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó.
- Thuốc nhuộm Indigoit: loại thuốc nhuộm này trƣớc kia có nguồn gốc từ
thực vật màu xanh sẫm trích từ lá cây chàm.
- Thuốc nhuộm lƣu huỳnh: là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều
nguyên tử lƣu huỳnh.
- Thuốc nhuộm Arylmetan: là những dẫn xuất của mêtan, trong đó nguyên
tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang màu.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vịng: trong phân tử có hệ mang màu là
các hợp chất đa tụ giữa antraquinon với các vòng dị thể khác tạo nên mạch đa
vòng.
b) Phân loại theo lớp kỹ thuật
- 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 mối liên kết cộng hóa trị
với vật liệu nói chung nhờ vậy nên độ bền màu cao. Các loại thuốc nhuộm thuộc

nhóm này có cơng thức cấu tạo tổng quát là:
S-R-T-X

(1.1)

Trong đó:
S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan.
R: là phần mang màu, thƣờng là các hợp chất Azo(-N=N), antraquynon, axit
chứa kim loại hoặc ftaloxiamin.
T: là gốc mang nhóm phản ứng.
X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng.
Loại thuốc nhuộm này khi thải vào mơi trƣờng có khả năng tạo thành các amin
thơm đƣợc xem là tác nhân gây ung thƣ.
6


- Thuốc nhuộm axít: thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa tan
trong nƣớc thƣờng dùng để nhuộm lơng thú hoặc nhuộm da. Theo cấu tạo hóa
học, đa số loại thuốc nhuộm này thuộc về nhóm azo, một số tạo phức với kim
loại. Cơng thức tổng qt có thể viết dƣới dạng:
Ar-SO3Na

(1.2)

Trong đó: Ar-SO3: là ion mang màu.
- Thuốc nhuộm trực tiếp: là loại thuốc nhuộm tự bắt màu, chúng là những
hợp chất màu tự hòa tan trong nƣớc và có khả năng tự bắt màu với các vật liệu
một cách trực tiếp nhờ các lực hấp thụ trong mơi trƣờng trung tính hoặc kiềm.
Hầu hết chúng thuộc nhóm azo, một số ít là dẫn xuất của dioxazin và
ftaloxianin, nhƣng dạng tổng quát chung đƣợc biểu diễn:

Ar-SO3Na

(1.3)

Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm.
Khả năng tự bắt màu của thuốc nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố
dƣới đây:
 Phân tử thuốc nhuộm phải chứa một hệ thống mối liên kết nối đôi
cách không dƣới tám kể từ đầu nhóm trợ màu này đến đầu nhóm trợ màu kia,
nhƣ vậy phân tử thuốc nhuộm sẽ ln ở trạng thái chƣa bảo hồ hố trị và có
khả năng thực hiện các liên kết Vander Waals và liên kết Hydro với vật liệu.
 Phân tử thuốc nhuộm phải thẳng vì xơ xenlulơ nói riêng và những
vật liệu mà thuốc nhuộm có khả năng bắt màu điều có cấu tạo phân tử mạch
thẳng, có nhƣ vậy phân tử thuốc nhuộm mới dễ dàng tiếp cận với vật liệu và
thực hiện các liên kết.
 Phân tử thuốc nhuộm phải có cấu tạo thẳng, các nhân thơm hoặc
các nhóm chức của thuốc nhuộm phải nằm trên cùng một mặt phẳng để nó có
thể tiếp cận cao nhất với mặt phẳng của phân tử vật liệu, cũng là yếu tố quan
trọng cho việc phát sinh và duy trì các lực liên kết của nó với vật liệu.
- Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nƣớc do
trong phân tử khơng chứa nhóm tạo tính tan -SO3Na, -COONa, có kích thƣớc
phân tử nhỏ, khối lƣợng phân tử không lớn, cấu tạo không phức tạp.
Phân tử chứa các nhóm -NH2, -HR2, -OH, -OR (R có thể là gốc alkyl, aryl, alkyl
hydroxyl).[4]
1.2.3. Một số loại phẩm nhuộm tiêu biểu
- Phẩm nhuộm Acriđin: Dẫn xuất của acriđin hoặc 9 - phenylacriđin, có
những nhóm thế khác nhau (OH, NH2, SH,…) ở vị trí 3 và 6. phẩm nhuộm
Acriđin thuộc loại phẩm nhuộm arylmetan có màu vàng và da cam. Dùng để
nhuộm da, giấy, gỗ,…
7

- Phẩm nhuộm Azo: Phẩm nhuộm tổng hợp mà trong phân tử có chứa một
hoặc vài nhóm mang màu azo, -N = N - liên kết với các gốc thơm. Phẩm nhuộm
Azo là những chất rắn, chỉ hoà tan trong nƣớc khi trong phân tử có chứa các
nhóm SO3H, COOH hoặc R4N+. Nhiều phẩm nhuộm Azo (đặc biệt khi khơng
có nhóm SO3H và có nhóm NO2) là chất cháy và dƣới dạng hỗn hợp với bụi
khơng khí dễ nổ nguy hiểm. Nhờ nguyên liệu đầu phong phú, phƣơng pháp
tổng hợp đơn giản, hiệu suất cao, phẩm nhuộm Azo thuộc loại các phẩm nhuộm
quan trọng nhất (chiếm trên 50% tổng sản lƣợng các loại phẩm nhuộm). Dùng
để nhuộm vải, sợi, giấy, da, cao su, chất dẻo,…Ƣu điểm của phẩm nhuộm Azo
là sử dụng đơn giản và giá rẻ. Tuy nhiên, hiện nay phẩm nhuộm Azo đã bị
cấm sử dụng ở hầu hết các nƣớc trên thế giới vì có khả năng gây ung thƣ mạnh.
- Phẩm nhuộm hoàn nguyên: Gồm các phẩm màu inđigo, một số dẫn xuất
của antraquinon và đồng đẳng, một vài phẩm nhuộm lƣu huỳnh. Loại phẩm này
không tan trong nƣớc nên khi sử dụng phải khử với natri hiđrosunfit trong
môi trƣờng kiềm mạnh nhằm chuyển thành dạng hoà tan gọi là dẫn xuất
lơco bám rất chắc vào sợi xenlulozơ. Khi nhuộm, sợi đƣợc tẩm ƣớt dung dịch
lơco, sau đó phẩm màu đƣợc tái sinh do lơco bị oxi hóa. Thƣờng lơco dễ bị oxi
hố khi phơi ngồi khơng khí hoặc dùng các chất oxi hố nhƣ H 2O2, kali
đicromat,…Phẩm có nhiều màu khác nhau, rất bền đối với ánh sáng, thời tiết và
giặt giũ.
- Phẩm nhuộm Nitro:Phẩm nhuộm hữu cơ thuộc dãy benzen và
naphatalen có chứa ít nhất một nhóm nitro cùng với nhóm hiđroxi-OH, imino =
NH, sunfo-SO3H hoặc cácnhóm khác. Ví dụ, vàng naphtol: Phẩm nhuộm Nitro
chủ yếu có màu vàng; dùng để nhuộm len, da, sợi axetat, poliamit, và các chất
dẻo.
- Phẩm nhuộm sunfua: Hỗn hợp phức tạp gồm nhiều chất mà phân
tử có chứa các phần dị vòng, vòng thơm và vòng quinoit; các phần này
đƣợc liên kết với nhau bằng các nhóm đisunfua, sunfoxit hoặc các nhóm cầu

nối khác. Phẩm nhuộm Sunfua khơng tan trong nƣớc, nhƣng nếu khử bằng dung
dịch Na2S trong nƣớc thì phẩm nhuộm chuyển thành dạng lơco tan đƣợc (chủ
yếu là do khử các nhóm cầu nối SS thành nhóm SNa) và bám chắc vào vải
bơng. Sau khi bị oxi hố bởi khơng khí trên thớ sợi, phẩm nhuộm lại chuyển
thành dạng không tan. Màu phẩm nhuộm Sunfua không tƣơi nhƣng bền với
ánh sáng (trừ màu vàng, màu da cam) và độ ẩm, khơng bền với vị xát và tác
dụng của clo. Phẩm nhuộm Sunfua không bền khi bảo quản, phƣơng pháp
nhuộm phức tạp; thang màu thiếu màu đỏ. Điều chế bằng cách cho hợp chất hữu
cơ (ví dụ: aminophenol, nitrophenol, các amin và điamin thơm, các inđophenol,
8


các azin, các dẫn xuất của điphenylamin) tác dụng với lƣu huỳnh (S) hoặc dung
dịch nƣớc Na2Sx (x ≥ 2).
Ví dụ: Phẩm nhuộm Sunfua vàng hoặc da cam có chứa vịng thiazol
đƣợc điều chế bằng cách đun nóng chảy toluđin, nitrotoluđin, hoặc
nitrotoluenvới S ở 200 – 250°C; phẩm nhuộm Sunfua màu xanh nƣớc biển, xanh
lục và màu đen có chứa vòng thiazin và thiantren đƣợc điều chế bằng
cách đun nitro, aminophenol inđoanilin và các hợp chất dị vịng khác nhau
(ví dụ: phenoxazon) với các dung dịch natri polisunfua ở 100 đến 150°C;
phẩm nhuộm Sunfua tím chứa các phần phenazin và thiazin, đƣợc điều chế
bằng phản ứng của các phẩm nhuộm azin với natri polisunfua trong sự có mặt
của đồng sunfat (CuSO4). Phẩm nhuộm Sunfua quan trọng nhất là đen sunfua.
Phẩm nhuộm Sunfua thuộc loại rẻ tiền, đƣợc dùng để nhuộm các loại vải bông
thông thƣờng và nhuộm sợi.
- Phẩm đen anilin: Phẩm đen đƣợc tạo ra do sự oxi hoá anilin và các đồng
đẳng của nó. Dùng làm phẩm nhuộm cho vải, da, gỗ,…; làm mực viết, xi đánh
giày,…[4]
1.3. Nƣớc thải dệt nhuộm chứa phẩm màu hữu cơ khó phân hủy
Nƣớc thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nƣớc thải phát sinh từ tất cả các công

đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hồn tất. Theo phân
tích của các chun gia, trung bình, một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lƣợng
nƣớc đáng kể, trong đó, lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng trong các cơng đoạn sản xuất
chiếm 72,3%, chủ yếu là trong công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Xét hai
yếu tố là lƣợng nƣớc thải và thành phần các chất ô nhiễm nhất trong số các
ngành công nghiệp. Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nƣớc thải dệt nhuộm là
các hợp chất hữu cơ bền, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất
halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lƣợng chất rắn, nhiệt độ cao
(thấp nhất là 40°C) và pH của nƣớc thải cao từ 9 đến 12, do lƣợng kiềm trong
nƣớc thải lớn. Trong số các chất ơ nhiễm có trong nƣớc thải dệt nhuộm, thuốc
nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần.
Thơng thƣờng, các chất màu có trong thuốc nhuộm khơng bám dính hết
vào sợi vải trong q trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lƣợng dƣ nhất
định tồn tại trong nƣớc thải. Lƣợng thuốc nhuộm dƣ sau cơng đoạn nhuộm có
thể lên đến 50% tổng lƣợng thuốc nhuộm đƣợc sử dụng ban đầu. Đây chính là
nguyên nhân làm cho nƣớc thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô
nhiễm lớn.[4]
9


1.4. Tổng quan các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm trong nƣớc thải dệt
nhuộm
1.4.1. Phương pháp oxi hóa nâng cao
Trong xử lý nƣớc thải, nó đƣợc đặt tên là oxy hóa nâng cao (AOPs –
Advanced Oxidation Processes). Giải pháp này địi hỏi tạo ra một chất trung
gian có hoạt tính cao, có khản năng oxy hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân
hủy sinh học, trong xử lý nƣớc thải đó là các gốc hydroxyl tự do (OH-). Trong
việc áp dụng giải pháp này (AOPs), quá trình Fenton và các quá trình kiểu
Fenton (Fenton – like processes) đƣợc cho là giải pháp có hiệu quả cao và tính
ứng dụng lớn trong xử lý các phẩm màu hữu cơ bền, khó phân hủy bằng phƣơng

pháp khác. Cơng trình nghiên cứu này đƣợc J.H.Fenton cơng bố vào năm 1894
trong tạp chí hội hóa học ở Mỹ. Q trình này dùng tác nhân là tổ hợp H2O2 và
muối sắt Fe2+ làm tác nhân oxy hóa, thực tế đã chứng minh hiệu quả xử lý và
kinh tế của phƣơng pháp này khá cao. Nhƣợc điểm của nó là phải duy trì đƣợc
mơi trƣờng pH thấp, tốn hóa chất, sản phẩm sau khi xử lý có thể bị khống hóa
hồn tồn, khơng tận dụng đƣợc ngun liệu cho q trình xử lý sinh hóa tiếp
theo. Vì vậy, trong các trƣờng hợp chỉ nên áp dụng quá trình Fenton để phân
hủy từng phần, chuyển các chất khó phân hủy sinh học thành có khả năng phân
hủy sinh học rồi tiếp tục dùng các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.[9]
1.4.2. Phương pháp oxi hóa
Để làm sạch nƣớc thải có thể dùng các chất oxy hóa nhƣ clo ở dạng khí và
hóa lỏng, clodioxit, canxiclorat, natri hypoclorit, kali pemanganat, kali bicromat,
oxy khơng khí, ozon,…
Trong q trình oxy hóa, các chất độc hại trong nƣớc thải đƣợc chuyển
thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nƣớc thải. Quá trình này tiêu tốn một
lƣợng lớn tác nhân hóa học, do đó q trình oxy hóa học chỉ đƣợc dùng trong
những trƣờng hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nƣớc thải không thể
tách bằng những phƣơng pháp khác.
- Oxy hóa bằng clo:
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất.
Ngƣời ta sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa
metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nƣớc thải.
Khi clo tác dụng với nƣớc thải xảy ra phản ứng:
Cl2 + H2O  HClO + HCl
HCl  H+ + ClO10

(1.4)
(1.5)

- Phƣơng pháp ozon hóa:
Ozon tác động mạnh mẽ với các chất khống và chất hữu cơ, oxy hóa
bằng ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nƣớc. Sau q
trình ozon hóa, số lƣợng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozon cịn oxy hóa
các hợp chất nito, photpho,…[1]
1.4.3. Phương pháp hấp phụ
Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nƣớc thải
khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng nhƣ xử lý cục bộ khi
trong nƣớc thải có chứa một hàm lƣợng rất nhỏ các chất đó. Những chất này
khơng phân hủy bằng con đƣờng sinh học và thƣờng có độc tính cao. Nếu các
chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lƣợng chất hấp phụ khơng lớn
thì việc áp dụng phƣơng pháp này là hợp lý hơn cả.
Trong trƣờng hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
- Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nƣớc thải tới bề mặt hạt hấp phụ.
- Thực hiện quá trình hấp phụ.
- Di chuyển chất ơ nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (khuếch tán trong).
Ứng dụng của phƣơng pháp hấp phụ bằng vật liệu:
- Tách các chất hữu cơ nhƣ phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc
nhuộm, các hợp chất thơm từ nƣớc thải bằng than hoạt tính.
- Có thể dùng than hoạt tính khử thủy ngân.
- Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân hủy.[1]

11


1.5. Tổng quan về vật liệu nghiên cứu: Đất sét

Hình 1.1. Hình ảnh đất sét [6]
1.5.1. Nguồn gốc đất sét
- Đất sét là 1 nhóm các khống vật có tính chất dẻo và giữ ẩm khi gặp

nƣớc.
- Đất sét có thể đƣợc khai thác nhiều ở những khu vực cận biển do sự xói
mịn tạo thành.
- Nhờ tính chất là mềm và dẻo khi ẩm nên thƣờng dễ dễ dàng tạo hình
bằng tay và có thể để khơ là giữ nguyên đƣợc hình dạng. Tuy nhiên, nếu nung
lên đến 1 nhiệt độ nhất định thì có thể làm ra gốm, sứ hiện nay nhƣ chúng ta vẫn
đang xài.
- Đất sét sau khi nung sẽ có độ bền vĩnh viễn và đƣợc sử dụng trong các
hoạt động hỗ trợ sinh hoạt hằng ngày hoặc làm vật trang trí.
- Tùy vào thành phần hợp chất có trong đất mà từng loại đất sét sẽ có
những màu sắc nhất định nhƣ : màu xám, trắng, da cam sẫm màu.
- Nhờ có độ bền cực cao, vừa chịu đƣợc nƣớc và nhiệt, nên hiện nay ứng
dụng của đất sét rất rộng rãi chứ không chỉ nằm ở lĩnh vực gốm sứ. Một số các
lĩnh vực khác nhƣ là: xây dựng (gạch ngói), các bát đĩa nghệ thuật từ đất, sản
xuất nhạc cụ, và 1 số những ngành công nghiệp nhƣ sản xuất giấy và xi măng.
Hoặc các cơng trình nhƣ xây dựng cống rãnh, đập ngăn nƣớc.[6]
12


1.5.2. Đặc tính của đất sét
a) Thành phần hạt
Nhìn chung kích thƣớc các hạt đất sét nằm trong giới hạn phân tán keo
(<60 μm). Kích thƣớc các loại tạp chất bao gồm thạch anh, tràng thạch, mica
thƣờng khá lớn.
Thành phần và kích thƣớc hạt có tác dụng rất lớn đến khả năng hấp phụ
trao đổi ion, tính dẻo, độ co khi sấy, cƣờng độ mộc cũng nhƣ diễn biến tính chất
của khống đó theo nhiệt độ nung.
b) Khả năng trƣơng nở thể tích và hấp phụ trao đổi ion
Tính chất này của đất sét chủ yếu là do cấu trúc tinh thể của các đơn
khống của nó quyết định.

Các silicat 2 lớp (caolinit): sự hấp phụ trao đổi cation trƣớc hết và chủ yếu
xảy ra ở các mặt cơ sở chứa SiO2 bên ngoài của các cạnh tinh thể, đặc biệt là khi
4+

3+

3+

có sự thay thế đồng hình của Si bằng Al hay Fe .
Các silicat 3 lớp (mônmôrilônit): đại lƣợng hấp phụ trao đổi ion lớn do sự
thay thế đồng hình xảy ra đồng thời cả trong lớp tứ diện và bát diện. Khả năng
trƣơng nở thể tích lớn do có kiểu cấu trúc dạng vi vảy chồng khít lên nhau, tạo
điều kiện cho các phân tử nƣớc dễ bám chắc vào khoảng khơng gian giữa các
gói làm trƣơng nở thể tích cúa nó lên đến 16 lần so với thể tích lúc đầu khan
nƣớc.
c) Tính dẻo
Khi nhào trộn với nƣớc, đất sét sẽ tạo hỗn hợp dẻo có khả năng tạo hình.
Tính dẻo là do đất sét có cấu tạo dạng lớp, có khả năng trao đổi ion và hấp thụ
nƣớc. Do có khả năng trao đổi ion nên khi gặp nƣớc, đất sét sẽ bị hydrat hóa và
hình thành những lớp nƣớc bao quanh các hạt đất sét.
Các lớp nƣớc càng xa đất sét thì lực liên kết càng yếu, nhất là lớp nƣớc tự
do ngoài cùng. Màng nƣớc này làm các lớp đất sét trƣợt tƣơng đối lên nhau dƣới
tác dụng của ngoại lực làm đất sét có tính dẻo.
Để tăng độ dẻo cho đất sét, ngƣời ta có thể:
- Thêm đất sét dẻo monmorilonite.
- Tăng các quá trình cơ học nhƣ đập, nghiền, trộn, ngâm, ủ, lọc,…
13


- Dùng phụ gia tăng tính dẻo nhƣ: rỉ đƣờng, chất thải trong công nghiệp

giấy…
Muốn giảm độ dẻo của đất sét thƣờng cho thêm các chất trơ nhƣ: bột đá,
cát, mùn cƣa, bột than,…
d) Tính co ngót
Độ co là độ giảm kích thƣớc và thể tích của đất sét khi sấy khơ và nung.
Độ co rút đƣợc tính bằng phần trăm so với kích thƣớc ban đầu. Tùy theo loại đất
sét, ta có:
- Độ co ngót khi sấy thƣờng trong khoảng 2-3% đến 10-12%.
- Độ co ngót khi sấy thƣờng trong khoảng 2-3%.
Vậy độ co ngót tổng cộng là 5-18%.
Hiện tƣợng co ngót thƣờng đi đơi với các hiện tƣợng nứt, tách, cong vênh.
e) Sự biến đổi của đất sét khi nung
Đất sét là hệ đa khoáng nên khi gia nhiệt sẽ xảy ra nhiều q trình hóa lý
phức tạp. Khi nung nóng xảy ra các hiện tƣợng chính sau đây:
- Biến đổi thể tích kèm theo mất nƣớc lý học.
- Biến đổi thành phần khoáng bao gồm mất nƣớc hoá học, biến đổi cấu
trúc tinh thể khoáng cũ (kể cả biến đổi thù hình).
- Các cấu tử phản ứng với nhau để tạo ra pha mới.
- Hiện tƣợng kết khối.
Để khảo sát diễn biến lúc nung của các khoáng sét, chúng ta có thể sử
dụng nhiều phƣơng pháp riêng biệt hay kết hợp các phƣơng pháp để thu đƣợc
kết quả với độ tin cậy cao hơn. Các phƣơng pháp thƣờng dùng là:
- Phƣơng pháp nhiệt vi sai.
- Phƣơng pháp nhiễu xạ Rơnghen.
- Phƣơng pháp xác định đƣờng cong co và dãn nở liên tục qua lính hiển vi
nhiệt độ cao hoặc bằng đilatômet.
- Phƣơng pháp thạch học dùng các loại kính hiển vi để quan sát sự thay
đổi cấu trúc của mẫu nung.
14

Cụ thể diễn biến hiện tƣợng xảy ra khi nung đất sét:
- Nhiệt độ thƣờng đến 1300C: nƣớc bay hơi và đất sét co lại.
- 200 450°C: nƣớc hấp phụ bay hơi, chất hữu cơ bị cháy, đất sét bị co
nhiều và có ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm: Fe2O3  FeO tạo mơi trƣờng
khử.
- 500 550°C: nƣớc hóa hợp chất, kaolinit chuyển thành metakaolinit
(Al2O3.2SiO2) làm đất sét mất tính dẻo.
- 550 880°C : metakaolinit bị phân hủy thành Al2O3 và SiO2, mạng lƣới
tinh thể của khoáng sét bị phá hủy làm giảm cƣờng độ.
- 920 980°C: Al2O3 chuyển thành Al2O3. Khống silimanit hình thành
và có tỏa nhiệt.
Al2O3 +SiO2  Al2O3.SiO2
(1.6)
CaCO3  CaO + CO2
(1.7)
- 1000 1200°C: Chuyển khoáng silimanit thành khoáng mulit:
Al2O3.SiO2  3Al2O3.2SiO2
(1.8)
Một điểm đặc biệt của đất sét khi nung ở nhiệt độ cao là hiện tƣợng kết
khối. Đó là q trình sít đặc và rắn chắc lại của các phần tử khoáng vật (sản
phẩm) dạng bột tơi dƣới tác dụng của nhiệt độ hay áp suất, hoặc tác dụng đồng
thời của cả hai yếu tố đó.
Vật thể đã kết khối có cƣờng độ cơ học cao, độ xốp và khả năng hút nƣớc
nhỏ, mật độ hay khối lƣợng thể tích sẽ lớn nhất.
Hiện tƣợng kết khối có mặt pha lỏng bao giờ cũng xảy ra mãnh liệt hơn.
Sản phẩm muốn kết khối tốt trong điều kiện thông thƣờng phải nung đến
nhiệt độ ≥ 0,8 T (T là độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy).[6]
1.5.3. Ứng dụng của đất sét
- Ứng dụng trong gốm sứ:

Đất sét là chất mềm dẻo khi ẩm, điều này có nghĩa là rất dễ tạo dạng cho
nó bằng tay. Khi khơ nó trở nên rắn chắc hơn và khi bị "nung" hay làm cứng
bằng nhiệt độ cao, đất sét trở thành rắn vĩnh cửu. Thuộc tính này làm cho đất sét
trở thành một chất lý tƣởng để làm các đồ gốm sứ có độ bền cao, đƣợc sử dụng
cả trong những mục đích thực tế cũng nhƣ dùng để làm đồ trang trí.
15


- Xử lý nƣớc thải bằng đất sét:
“Bóng sinh học” là hỗn hợp đƣợc tạo ra từ: đất sét, cám gạo và vi sinh vật.
“Bóng sinh học” có hình dạng và khả năng hấp thụ, thấm lọc tốt do chứa một
lƣợng lớn các lồi vi sinh vật có khả năng hấp thụ các chất bẩn trong nƣớc thải.
- Xử lý đất sét để sản xuất vật liệu nanocomposite:
Polymer/ đất sét có thể làm vật liệu chống cháy, ví dụ nhƣ một số loại
nanocomposite của Nylon 6/ silicate, PS/layered silicate,…hay vật liệu dẫn điện
nhƣ nanocomposite PEO/Li-MMT (MMT: montmorillonite) dung trong pin, vật
liệu phân hủy sinh học nhƣ PCL/MMT hay PLA/MMT.
Ngoài ra, khi các polymer nhƣ ABS, PS, PVA,…đƣợc gia cƣờng các hạt
đất sét khác nhau sẽ cải thiện đáng kể tính chất cơ lý của polymer.
- Tạo nguyên liệu quý từ đất sét:
Với đề tài "Chuyển hóa vật liệu zeolit từ khống sét thiên nhiên Việt
Nam", nhóm nghiên cứu Trƣờng ÐH Bách khoa Hà Nội đã mở ra nhiều hƣớng
đi mới cho phát triển kinh tế và cải tạo môi trƣờng. Từ bƣớc đột phá với sáu ứng
dụng ban đầu, những ngƣời thực hiện đề tài đã đƣa zeolit thành một môn học và
quyết tâm "ươm mầm" một lực lƣợng nghiên cứu kế cận.
Zeolit là vật liệu vi mao quản, xốp nhẹ có dung lƣợng trao đổi ion lớn và có
khả năng hấp phụ kỳ diệu. Loại vật liệu này đã có mặt trên thế giới từ những
năm 60 của thế kỷ 20 nhƣng chủ yếu đƣợc tổng hợp từ hóa chất tinh khiết. Vì
thế, dù có chất lƣợng tốt nhƣng giá thành của zeolit lại rất cao và khó ứng dụng
rộng.

Cơng trình nghiên cứu chuyển hóa khống sét cao lanh Việt Nam thành
zeolite phục vụ nuôi trồng thủy sản đã thành công. Zeolite nhiều ứng dụng ra
đời mở ra một lối đi cho ngành nuôi trồng thủy sản, ngành công nghiệp và nhiều
lĩnh vực khác.[6]
- Ứng dụng quá trình Fenton trong và ngoài nƣớc

16


 Flaherty et al. (1992) đã áp dụng quá trình Fenton để xử lý nƣớc
thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Reactive Blue 15. Nƣớc thải có pH 12, độ kiềm
CaCO3: 21000g/L, COD: 2100mg/L và tổng nồng độ đồng 14mg/L. Nồng độ
Fe2+ giữ ở 2,1 – 2M, pH chỉnh xuống 3,5. Trong thí nghiệm ở dịng liên tục,
phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng dung tích 1 lít, đƣợc khuấy trộn trong 2
giờ. Kết quả, giảm đƣợc 70% COD. Sau khi lắng 24 giờ, nồng độ đồng trong
nƣớc đã lắng chỉ còn 1mg/L, tƣơng đƣơng với mức độ xử lý 93%.
 TS.Lê Xuân Vĩnh (2015) nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
bằng UV/Fenton đƣợc lấy từ bể chứa của một cơ sở sản xuất thuộc Khu phố 4,
phƣờng Đơng Hƣng Thuận, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh. Trong nghiên
cứu này đã áp dụng quá trình UV/Fenton để xử lý với các thông số tối ƣu gồm:
nồng độ H2O2 và Fe2+ đầu vào, pH, thời gian và tốc độ khuấy. Nƣớc thải ban
đầu đƣợc sục khí trong 24 giờ và lọc qua giấy lọc có kích thƣớc lỗ 20 µm sau đó
mới tiến hành phản ứng. Kết quả cho thấy các thông số tối ƣu lần lƣợt là nồng
độ H2O2 660 mg/l, nồng độ Fe2+ 20 mg/l, pH = 3, thời gian phản ứng 90 phút
và tốc độ khuấy 100 vòng/phút đạt hiệu quả loại bỏ màu, COD tƣơng ứng là
94,5 % và 75,5 %. Tỉ số BOD5/COD đƣợc nâng từ 0,1 lên 0,45. Ngoài ra, ảnh
hƣởng của các anion Cl-, SO42- lên hiệu quả xử lý cũng đƣợc kiểm tra. Cả hai
anion này đều cản trở quá trình khống hóa do có khả năng bắt giữ gốc tự do
hydroxyl cũng nhƣ khả năng tạo phức bền với ion sắt.
1.6. Các yếu tố ảnh hƣởng

- Ảnh hƣởng của nồng độ sắt: Nếu khơng có sắt, sẽ khơng có sự hình
thành gốc hydroxyl. Chẳng hạn nhƣ, H2O2 đƣợc thêm vào nƣớc thải có tính
phenol (nồng độ phenol khơng giảm vì phản ứng phá hủy phenol cần xúc tác
sắt). Khi nồng độ sắt tăng, sự loại trừ phenol tăng đến điểm mà tại đó, nếu có
thêm sắt vào nữa thì hiệu quả cũng không tăng. Khoảng liều lƣợng tối ƣu cho
xúc tác sắt thay đổi tùy theo loại nƣớc thải và là đặc trƣng của phản ứng Fenton.
Liều lƣợng sắt cũng có thể diễn tả dƣới dạng liều lƣợng H 2O2. Khoảng điển hình
là 1 phần Fe trên 1-10 phần H2O2.
17


- Ảnh hƣởng của dạng sắt: Đối với hầu hết các ứng dụng, muối Fe2+ hay
Fe3+ đều có thể dùng xúc tác phản ứng. Phản ứng bắt đầu xúc tác nhanh chóng
nếu H2O2 nhiều. Tuy nhiên, nếu lƣợng hệ chất Fenton thấp (dƣới 10-25 mg/l
H2O2), các nghiên cứu cho thấy sắt II đƣợc ƣa chuộng hơn. Mặt khác, muối sắt
chloride hay sulfat đều có thể đƣợc sử dụng. Cũng có khả năng tái tuần hoàn sắt
sau phản ứng bằng cách tăng pH, tách riêng các bông sắt và tái axit hóa bùn sắt.
- Ảnh hƣởng của nồng độ H2O2: Các gốc hydroxyl oxy hóa chất hữu cơ
mà khơng phân biệt. Ví dụ về một chuỗi phản ứng :
Chất nền -> A -> B -> C -> D -> CO2

(1.9)

Với A, B, C, D đại diện cho các chất trung gian bị oxy hóa. Mỗi sự
chuyển đổi trong chuỗi này có tốc độ phản ứng riêng, và đôi khi chất trung gian
tạo ra lại là một chất ô nhiễm không mong đợi. Những chất này đòi hỏi phải đủ
lƣợng H2O2 để đẩy phản ứng lên trên điểm đó. Điều này có thể quan sát đƣợc
khi tiền xử lý một nƣớc thải hữu cơ phức tạp để giảm tính độc. Khi liều lƣợng
H2O2 bắt đầu tăng dần, sự khử COD có thể xảy ra với ít hoặc khơng có sự thay
đổi độc tính cho đến khi đạt một ngƣỡng mà trên ngƣỡng đó, việc thêm H2O2 sẽ

làm giảm nhanh chóng độc tính nƣớc thải.
- Ảnh hƣởng của nhiệt độ: Tốc độ phản ứng Fenton tăng cùng với sự gia
tăng nhiệt độ, nhất là khi nhiệt độ nhỏ hơn 200°C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ lớn
trên khoảng 40-500°C, hiệu suất sử dụng của H2O2 giảm do sự phân hủy H2O2
tăng (tạo thành oxy và nƣớc). Hầu hết các ứng dụng của phản ứng Fenton xảy ra
ở nhiệt độ 20-400°C. Khi xử lý chất thải ô nhiễm nặng, việc thêm H2O2 phải tiến
hành tuần tự có kiểm sốt để điều chỉnh sự gia tăng nhiệt độ (nhất là khi lƣợng
H2O2 lớn hơn 10-20g/l). Điều hòa nhiệt độ quan trọng còn bởi lý do an toàn.
- Ảnh hƣởng của pH: pH tối ƣu của phản ứng Fenton trong khoảng 3-6 (44,5: tốt). Khi pH tăng cao trên 6, hiệu suất phản ứng sụt giảm do sự chuyển đổi
của sắt từ ion sắt II thành dạng keo hydroxit sắt III. Dạng sắt III hydroxide xúc
tác phân hủy H2O2 thành oxy và nƣớc mà không tạo nên gốc hydroxyl. Khi pH
nhỏ hơn 3, hiệu suất phản ứng cũng sụt giảm nhƣng đỡ hơn.
18