tìm hiểu về thuốc nhuộm

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT................................................................3
1.1.Tổng quan về thuốc nhuộm ........................................................................................3
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm.......................................................................................3
1.1.5.1.Đặc điểm của ánh sáng mặt trời.............................................................................5
1.1.5.2.Năng lượng của ánh sáng ......................................................................................5
1.1.6.1.Theo cấu tạo hóa học.............................................................................................6
1.1.7.1.1Cấu tạo.........................................................................................................................................10
1.2. Nước thải nghành dệt nhuộm ...................................................................................11
1.2.1.Giới thiệu ...............................................................................................................11
1.3.Tổng quan về điện phân.............................................................................................21
1.3.1. Điện phân...............................................................................................................21
1.3.2.Điện phân dung dịch NaCl dùng điện cực trơ titan ...............................................23
1.3.2.1.1.Ở catot........................................................................................................................................24
1.3.2.2.Ở Anot............................................................................................................................................25
1.3.3.Định luật Faraday...................................................................................................27
1.3.4.Ứng dụng của phương pháp điện hóa.....................................................................29
1.3.4..1Quá trình điện hóa.........................................................................................................................29
1.3.4..2Quá trình oxy hóa điện hóa...........................................................................................................30
1.3.4..3Các kết quả nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm..............................................................................30
CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM.......................................................................................31
Kế hoạch thực nghiệm.....................................................................................................31
1
Sơ đồ bảng biểu và hình vẽ
Bảng 1.1: Bảng màu sắc và bước sóng tương ứng .
Hình 1.1: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid yellow 17.
Hình 1.2: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid blue US1.
Hình 1.3: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid red 52.
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải ở các xí nghiệp liên doanh Donatex, cty Dệt
may 7 và cty 28.
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải ở công ty dệt Choongnam Vietnam Textile

Co.Ltd (Nhơn Trạch, Đồng Nai).
Hình 2.3: Quy trình phức hợp gồm nhiều công đoạn: xử lý trước, xử lý hoá lý, xử lý vy
sinh hiếu khí, lọc than hoạt tính của công ty dệt Việt Thắng.
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm
1.1.1. Khái niệm
Thuốc nhuộm là tên gọi chung của những hợp chất hữu cơ mang màu (có nguồn gốc tự
nhiên hay tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, chúng có khả năng
nhuộm màu nghĩa là có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp.
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm
Gồm 3 phần:
- Phần thứ 1: viết cả chữ, chỉ tên phân lớp kỹ thuật của thuốc nhuộm.
- Phần thứ 2: viết cả chữ, thường là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc nhuộm.
- Phần thứ 3: được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của thuốc
nhuộm. Để chỉ cường độ màu người ta dùng 2 chữ cái đi liền với nhau như BB, RR ….,
hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B, 4G….
1.1.3. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc của thuốc nhuộm
Theo quan điểm của Butlervo và Alektsev năm 1876 O. Witt thì hợp chất hữu cơ mang
màu là do trong phân tử của chúng có chứa những nhóm mang màu, đó là những nhóm
nguyên tử chưa bão hòa hóa trị. Những nhóm mang màu quan trọng là:
CH=CH nhóm etylen
N=N nhóm azo
CH=N nhóm azo metyl
N=O nhóm nitrozo
NO
2
nhóm nitro
= C =O nhóm cacbonyl
Ngoài những nhóm mang màu thì để màu sắc sâu hơn thì cần có nhóm trợ màu: -OH,

-NH
2
, -N (CH
3
)
2
1.1.4. Bản chất màu sắc trong tự nhiên
3
Màu sắc là một hiện tượng phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau đây:
- Cấu tạo vật thể mang màu.
- Thành phần của ánh sáng chiếu vào vật thể và góc quan sát.
- Tình trạng mắt người quan sát.
Trong thực tế khi nghiên cứu về màu sắc thì có các khái niệm:
- Màu quang phổ: là màu nhận được khi phân tích ánh sáng trắng ra thành những
tia màu hợp thành nhờ dụng cụ quang học, mỗi màu được đặc trưng bằng 1
bước sóng nhất định từ 380 đến 760nm và gọi là màu đơn sắc, đặc điểm của
các màu này là tươi và thuần sắc.
- Màu vô sắc: là những màu được đặc trưng bởi cường độ màu như nhau tại tất
cả các bước sóng.
- Màu hữu sắc: là những màu thiên nhiên thể hiện ở các vật xung quanh ta.
- Tông màu: là khái niệm trừu tượng thường được hiểu là sắc, sắc thái hoặc là
ánh màu.
- Độ thuần sắc: là chỉ tiêu xác định mức độ sắc thái trong màu.
- Độ sáng: đồng nghĩa với độ phản chiếu, được đánh giá bằng phần trăm các tia
tới so với tổng chùm tia phản xạ.
4
1.1.5. Lý thuyết về ánh sáng và sự hấp thụ ánh sáng của vật thể
1.1.5.1. Đặc điểm của ánh sáng mặt trời
Ánh sáng mặt trời mà con người cảm nhận được là ánh sáng trắng, ánh sáng này được
hợp thành từ bảy màu đơn sắc có bước sóng khác nhau: đỏ, vành, cam, lục, lam, chàm,

tím.
Giữa 7 màu này là vô số màu trung gian do sự phối ghép màu của 2 màu lân cận. Những
màu chính được trình bày:
Bảng 1.1: Bảng các màu chính và bước sóng tương ứng
Tên màu Bước sóng Tên màu Bước sóng
Cực tím
Tím
Tím lam
Xanh lam
Xanh da trời
Xanh lục
Vàng lục
400
420
440
470
500
530
560
Vàng
Vàng cam
Da cam
Đỏ cam
Đỏ
Cực đỏ
580
590
600
610
650

780
1.1.5.2. Năng lượng của ánh sáng
Theo thuyết proton thì ánh sáng là kết quả của hiện tượng bức xạ sóng được truyền đi
kèm theo năng lượng của chúng được tính bằng kilocalo. Khi một vật bị chiếu sáng thì
một số nguyên tử nào đó được cấp năng lượng và nó chuyển từ trạng thái ổn định sang
trạng thái không ổn định. Hai trạng thái này cách nhau bởi một năng lượng nằm trong
khoảng 35kcal đến 70kcal tính cho mỗi phân tử nhuộm. Trong quá trình nhảy từ mức
năng lượng này sang mức năng lượng khác thì các nguyên tử sẽ hấp thụ năng lượng và
phát ra tia sáng có bước sóng nhất định. Theo định luật lượng tử ta sẽ tính được mức
năng lượng theo công thức:
5
Trong đó:
γ: tần số dao động
h: hằng số planck h= 6,626.10
-27
erg/s
C: tốc độ ánh sáng, C=300000km/s
λ: bước sóng
1.1.6. Phân loại thuốc nhuộm
Dựa vào nguồn gốc chia làm 2 loại: Thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên và thuốc
nhuộm tổng hợp.
- Thuốc nhuộm tự nhiên.
- Thuôc nhuộm tổng hợp: được chia theo phân lớp kỹ thuật và theo cấu tạo hóa
học
1.1.6.1. Theo cấu tạo hóa học
- Thuốc nhuộm azo.
- Thuốc nhuộm antraquinon.
- Thuốc nhuộm indigoit.
- Thuốc nhuộm arylmetan.
- Thuốc nhuộm nitro.

- Thuốc nhuộm nitrozo.
- Thuốc nhuộm polymetyn.
- Thuốc nhuộm lưu huỳnh.
- Thuốc nhuộm arylamin.
- Thuốc nhuộm azometyn.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng
6
- Thuốc nhuộm phtaloxianin.
1.1.6.2. Theo phân lớp kỹ thuật có
- Thuốc nhuộm trực tiếp.
- Thuốc nhuộm hoạt tính.
- Thuốc nhuộm Bazo-cation.
- Thuốc nhuộm Cầm màu.
- Thuốc nhuộm Hoàn nguyên tan và không tan.
- Thuốc nhuộm Lưu huỳnh.
- Thuốc nhuộm Azo không tan.
- Thuốc nhuộm Phân tán.
- Thuốc nhuộm Oxy hóa.
- Thuốc nhuộm Pigment.
- Thuốc nhuộm acid.
1.1.6.3. Loại thuốc nhuộm nghiên cứu
Thuốc nhuộm acid là các loại thuốc nhuộm có đặc điểm chung là hòa tan trong
nước, có phạm vi sử dụng rộng, ngoài mục đích nhuộm len, tơ tằm và xơ, polyamit một
số dùng để nhuộm da, lông thú. Lớp thuốc nhuộm này được gọi là “acid” vì chúng bắt
màu vào xơ trong môi trường acid, còn bản thân thuốc nhuộm thì có phản ứng trung
tính.
Theo cấu tạo hóa học, đa số thuốc nhuộm acid đều thuộc nhóm azo, số ít hơn là
dẫn xuất của antraquynon, triarymetan, xanten, azin, một số tạo phức với kim loại. Theo
tính chất kỹ thuật thuốc nhuộm acid được chia làm 3 nhóm:
+ Thuốc nhuộm acid thông thường.

+ Thuốc nhuộm acid cầm màu.
+ Thuốc nhuộm acid chứa kim loại.
7
Ba nhóm thuốc nhuộm này có đặc điểm chung là đủ màu, màu của chúng tươi
và thuần sắc. Đa số chúng là muối của các acid mạnh và bazơ mạnh nên khi hòa tan
trong nước thì phân ly thành các ion như sau:
Ar-SO
3
Na Ar-SO
3
-

+

Na
+
Các ion mang màu của thuốc nhuộm tích điện âm (Ar-SO
3
-
) sẽ hấp phụ vào các
tâm tích điện dương của vật liệu. Nhờ vậy mà nó được gắn màu hay giữ lại trên vật liệu
bằng mối liên kết ion hay liên kết muối, đó là đặc điểm riêng của thuốc nhuộm acid.
Ngoài ra chúng cũng được liên kết với các vật liệu bằng lực vanderwaals, liên kết hydro
và liên kết phối trí, nhưng những lực liên kết này không mạnh.
Sau đây là ba màu thuốc nhuộm acid chúng em nghiên cứu:
a. Thuốc nhuộm: acid yellow 17
Công thức phân tử: C
16
H
10

C
l2
N
4
Na
2
O
7
S
2
Trọng lượng phân tử: 551.28
Công thức cấu tạo:
Hình 1.1: Công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid yellow 17.
b. Thuốc nhuộm acid blue US1
Công thức phân tử: C
27
H
31
N
2
NaO
6
S
2
Trọng lượng phân tử: 566.66
8
Công thức cấu tạo:
Hình 1.2: công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid Blue US1.
c. Thuốc nhuộm acid red 52
Tên sản xuất: Sulforhodamine b

Tên quốc tế:
Sulforhodamine b monosodium salt;sulforhodamine b;
phloxine rhodamine;xylene red;xylene red b;
(6-(diethylamino)-9-(2,4-disulfophenyl)-3h-xanthen-3-ylidene)diethyl-
ammoniu;acidleatherredkb;AcidroseredB.
Công thức phân tử : C
27
H
29
N
2
NaO
7
S
2
Khối lượng phân tử: 580.65
9
Công thức cấu tạo:
Hình 1.3: công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid red 52.
1.1.7. Phương pháp đo màu của máy quang phổ
1.1.7.1.1 Cấu tạo
Chia làm hai phần: phần quang học và phần đo.
- Phần quang học: nguồn sáng (L), khe sáng và điều chỉnh được (E), ống chuẩn
trực (K), quang kế hệ tán sắc với một lăng kính hay hai lăng kính, kính lọc
nhiễu xạ hay cách tử nhiễu xạ… để tạo ra tia đơn sắc (P), thấu kính O, khe điều
chỉnh ánh sáng thoát ra (A).
- Phần đo: bộ thu quang điện (F), khuyếch đại (V), bộ vi xử lý và hiển thị kết
quả đo nối với các thiết bị ngoại vi như màn hình, máy in.
1.1.7.2. Tiến hành đo màu
Bức xạ xuất phát từ trong quang phổ kế thông qua khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ

thành một dải ánh sáng toàn sắc. Ứng với góc xoay của lăng kính P, sẽ cho bức xạ đơn
sắc có bước sóng xác định đi vào khe hẹp A. Khe A cho ánh sáng thoát ra được điều
chỉnh tương ứng với độ rộng ∆λ. Tia đơn sắc sẽ chiếu lên mẫu đo và mẫu trắng chuẩn.
Tỷ lệ giữa phần ánh sáng đơn sắc trả lại từ mẫu đo so với ánh sáng đơn sắc trả lại từ
mẫu trắng chuẩn gọi là độ phản xạ tại một bước sóng R
λ
.
Độ phản xạ được dẩn vào bộ
thu quang điện F, được xử lý cuối cùng cho ra số liệu và những đường cong phản xạ.
10
1.2. Nước thải nghành dệt nhuộm
1.2.1. Giới thiệu
Đề tài chúng em nghiên cứu về khả năng khử màu của thuốc nhuộm acid, đây là
một phần trong việc xử lý ô nhiễm nước thải dệt nhuộm, để hiểu hơn về nước thải dệt
nhuộm và có hướng ứng dụng đề tài hợp lý nhất chúng em sẽ đi tìm hiểu về phần nước
thải mà chủ yếu là nước thải dệt nhuộm.
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn:
- Hồ sợi.
- Giũ hồ
- Nấu, tẩy.
- Nhuộm và hoàn tất.
- Lượng nước chủ yếu là ở quá trình giặt sau mỗi công đoạn.
- Đặc trưng nước thải sản xuất gồm:
- Tạp chất rắn lơ lửng.
- Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao, độ pH lớn, chứa nhiều
loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, độ màu cao.
- Muối, hoá chất hữu cơ trong thuốc nhuộm, mực in.
- Chất hoạt động bề mặt.
- Chất điện ly, chất ngấm, chất tạo môi trường.
- Men, tinh bột.

- Chất oxi hoá.
Với tính chất nước thải dệt nhuộm như trên nếu không được xử lý tốt, nước thải
do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt, nước
ngầm.
1.2.2. Tác nhân gây ô nhiễm
11
Các quá trình xử lý hoá học vật liệu dệt, còn được gọi là “xử lý ướt” (tiền xử
lý), nhuộm, in hoa, có thể đến cả xử lý hoàn tất cuối cùng thuộc loại hình công nghiệp
sử dụng nhiều nước. Tính được rằng để xử lý 1kg hàng dệt nhuộm cần 50 đến 300 lít
nước và cũng thải ra gần chừng ấy nước thải.
Mức độ ô nhiễm nước thải phụ thuộc chủ yếu vào các hoá chất, chất trợ, thuốc
nhuộm sử dụng và vào các công nghệ và trình độ lạc hậu, trung bình hay tiên tiến, hiện
đại của các công nghệ áp dụng.
Những chất gây ô nhiễm nước thải được chia làm 3 nhóm chính:
1.2.2.1. Nhóm thứ nhất: các chất độc đối với vi sinh và cá
+ Xút (NaOH), Na
2
CO
3
được dùng với số lượng lớn để nấu vải sợi bông, xử
lý nước thải sợi pha, dùng làm bóng không được thu hồi thải ra ngoài với
nồng độ cao.
+ Axit vô cơ, như axit H
2
SO
4
để trung hoà xút và “hiện màu” thuốc nhuộm
hoàn nguyên tan (indigosols).
+ NaClO dùng để tẩy trắng vải sợi bông và giặt mài, natri clorit (NaClO
2

) để
tẩy trắng hàng dệt kim.
+ Các chất khử vô cơ nồng độ cao như natri sunfua (Na
2
S) dùng nhuộm
thuốc nhuộm lưu hoá hay natri hidrosunfit (Na
2
S
2
O
4
) trong nhuộm hoàn
nguyên.
+ Dung môi hữu cơ clo hoá, như các chất tải dùng nhuộm polyester ở 100
0
C
hay vải pha polyester/len ở nhiệt độ >100
0
C.
+ Formandehit trong các chất cầm màu và các chất trong xử lý chống nhăn.
+ Các kim loại nặng có thể có trong xút công nghiệp sản xuất bằng điện cực
thuỷ ngân. Tạp chất kim loại nặng (Cu, Cr, Zn, Pb, Co, Ni) có trong một
số thuốc nhuộm sử dụng, nhất là thuốc nhuộm hoàn nguyên và cả trong
một số thuốc nhuộm hoạt tính. Một lượng tải hữu cơ “AOX” đi vào nước
thải từ một số thuốc nhuộm hoàn nguyên, phân tán, hoạt tính và một số ít
pigment.
12
+ Các chất ngấm và tẩy rửa không ion trên cơ sở ankyl phenol etoxylat
“APEO” có thể phân giải vi sinh đến 80%, nhưng sản phẩm phân giải lại
độc với cá.

+ Muối Glube (Na
2
SO
4
) dùng trong nhuộm thuốc nhuộm hoạt tính thải ra
với nồng độ cao (>2g/l).
1.2.2.2. Nhóm chất thứ hai: khó phân giải vi sinh
+ Phần lớn thuốc nhuộm và chất tẩy trắng quang học “OBA”.
+ Phần lớn các chất nhũ hoá, tạo phức, càng hoá và chất làm mềm.
+ Các chất hồ sợi polyester và sợi pha như “PVA” và poliacrylat.
+ Các polymer tổng hợp thường dùng làm chất hồ hoàn tất.
+ Các chất hồ tổng hợp trong in pigment.
+ Các chất giặt vòng thơm, mạch ankylen oxit dài hoặc mạch nhánh ankyl.
+ Dầu khoáng và silicon tách ra trong xử lý trước vải tổng hợp (như sợi
spandex) .
1.2.2.3. Nhóm thứ ba: các chất ít độc và có thể phân giả bởi vi sinh
+ Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên của chúng bị loại ra trong xử lý trước.
+ Tinh bột (khoai mì) không biến tính hoá học dùng hồ sợi dọc.
+ Các chất giặt với ankyn mạch thẳng, các chất tẩy rửa”mềm”.
+ Axit acetic (CH
3
COOH) và axit formic (HCHO) dùng điều chỉnh pH.
+ Muối trung tính ở nồng độ thấp.
1.2.3. Các tiêu chuẩn kiểm soát nước thải ô nhiễm
1.2.3.1. Các chỉ tiêu sinh thái (Ecological Parameters or Ecology Data)
Mức độ ô nhiễm của nước thải “dệt nhuộm” được đánh giá bằng các thông số hay chỉ
tiêu sinh thái.
13
Các chỉ tiêu sinh thái tổng quát được lựa chọn để phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm
nước thải dệt nhuộm trước hết là: “nhu cầu oxi hoá học” (chemical oxygen demand) viết

tắt là COD và “nhu cầu oxi sinh hoá” (biochemical oxygen demand) viết tắt là BOD.
Hai đại lượng này là “thước đo” tổng các chất có thể oxi hoá trong nước thải nhuộm, vì
vậy là hai chỉ tiêu đặc trưng nhất để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm.
- Nhu cầu sinh hóa (BOD – Bichemical Oxygen Demand) là hàm lượng oxy do
vi sinh vật sử dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong bóng tối ở điều kiện
tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian. Trị số BOD được thể hiện bằng (g) hoặc
(mg) theo đơn vị thể tích. BOD phản ánh được lượng chất hữu cơ bị phân hủy
có trong mẫu nước.
Bảng 1.2: Mối quan hệ giữa chỉ số BOD và chất lượng nước
BOD(mg/l) Chất lượng nước
1-2 Rất tốt
3-5 Trung bình
6-9 Khá ô nhiễm
>10 Rất ô nhiễm
- Nhu cầu oxy hóa học (COD – Chemical Oygen Demand) là số (mg) oxy cần
thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong 1 lít nước. Trị số COD thể hiện
bằng (g) hoặc (mg) O
2
theo đơn vị thể tích.Hiện nay, người ta thường dùng tác
nhân oxy hóa mạnh như kalidicromat (KCr
2
O
7
) để xác định nhu cầu oxy hóa
học vì chất này có thể oxi hóa đến 90% chất hữu cơ.
1.2.3.2. Nhóm các chỉ tiêu khác cũng không kém phần quan trọng
Các thông số sinh thái bổ sung
+ Hàm lượng kim loại nặng: kim loại từ các nguồn thuốc nhuộm, hoá chất
công nghệ, chất trợ bao gồm Cu, niken (Ni), chì (Pb), crôm (Cr), coban
(Co), kẽm (Zn), thuỷ ngân (Hg) có trong nước thải dệt nhuộm. Do đó hàm

lượng các kim loại nặng phải là một thông số sinh thái bổ sung cần phân
14