Nghiên cứu khả năng tổng hợp dẫn xuất n (benzyliđen) chitosan và thăm dò khả năng hấp thụ thuốc nhuộm hoạt tính của nó
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (586.36 KB, 72 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC
-------------Ỉ5XUỈ-----------
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà
NGUYỄN THỊ DOAN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỎNG HỢP DẪN XUẤT N-(BENZYLIĐEN)
CHITOSAN VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG HẤP THỤ THUỔC NHUỘM HOẠT TÍNH
CỦA NÓ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • •
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
Người hướng dẫn khoa học:
TS. Trần Thị Ý Nhi
HÀ NỘT, 2015
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin cảm ơn thầy giáo Lê Cao Khải, cùng toàn thế các thầy cô giáo trong khoa Hóa Học
Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2, đã tạo điêu kiện cho tôi được tiêp thu những kiên thức chuyên môn về Hóa
học.
Đồng thời tôi xỉn được bày tỏ lòng biết ơn sâu sẳc tới TS. Trần Thị Ỷ Nhi
- Viện Hỏa Học - Viện Hàn lâm Khoa Học và công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dân và truyền đạt cho tôi
các phương pháp nghiên cứu khoa học và những kỉnh nghiệm học thuật quý báu trong quả trình thực hiện khóa
luận.
Tôi xin gửi lời cảm ơnKhóa
chân luận
thànhtốt
đênnghiệp
các thầy cô, các anh chị tại Viện Hóa Học - Trường
Viện HànĐHSP
lâm Khoa
Hà
Học và công nghệ Việt Nam đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và dìu dắt tôi trong suốt quả trình thực hiện khỏa ỉuận.
Trong quả trình làm khỏa luận tốt nghiệp này mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chan không thế
tránh được những thiếu sót. Vì vậy tôi kính mong nhận được ỷ kiến đỏng góp, chỉ bảo của quỷ thầy cô và các bạn.
Tôi xỉn chân thành cảm ơnỉ
Hà Nội, thảng 5 năm 2015 Sinh viên
Nguyễn Thị Doan
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của cá nhân, được thực
hiện trên cơ sở nghiên cún thực tiễn dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. TRẦN THỊ Ỷ NHI.
Các số liệu và những kết quả trong khóa luận là trung thực, do chính cá nhân tôi tiến hành thí
nghiệm.
Một lần nữa, tôi xin khang định về sự trung thực của lời cam kết trên.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Doan
Khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................
DANH MỤC CÁC Sơ ĐỒ...........................................................................................
3.1.1.
3.1.2.
Điều chê chỉtosan từ chỉtỉn theo phương pháp kiềm đặc kêt hợp nhiệt
DANH MỤC HÌNH
Trường ĐHSP Hà
DANH MỤC BẢNG
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà
DANH MỤC CÁC Sơ ĐÒ
BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẤT TRONG KHÓA LUẬN
BCh:
Ac:
N-(Benzyliđen)chitosan
CH3CO
CTS:
Chitosan
DDA:
Độ đề axetyh hóa
DA:
Độ axetyl hóa
DMAc:
N,N -đimetyl axetamit
DP:
Độ polymer hóa trung bình
GlcN:
D-glucosamin
GlcNAc
:
IR:
N-axetyl-D-glucosamin
LAB:
Lactic axit bacterial
Mn
Khối lượng phân tử trung
bình
CH3
Me:
NMR:
NMP:
RB19:
Hồng ngoại
Nuclear Magnetic
Resonance N-metyl-2-pyroliđon
Thuốc nhuộm họat tính
màu XC
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Chitin [poly- P- (1—> 4)- 2- axetamiđo- 2- đeoxy- D- glucopyranozơ, một polysacarit
với hàm lượng đứng hàng thứ
hailuận
trongtốt
tựnghiệp
nhiên sau xenlulozo, là thành phần chính của
vỏ
Khóa
Trường
ĐHSP Hà
các loài động vật giáp xác như: vỏ tôm, mai cua, mai mực... Chitosan là dẫn xuất của chitin
thu được trong quá trình deaxetyl hóa. Chitin/chitosan có các tính chất đặc biệt như: kháng
khuẩn, kháng nấm, chống viêm, kháng virut, không độc, tính hòa hợp sinh học, phân hủy
sinh học...nên chúng được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực như: y học, dược phẩm, nông
nghiệp, mỹ phẩm, công nghệ môi trường...[l, 2].
Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm có những bước phát triên mạnh mẽ, tạo ra
nhiều sản phẩm đa dạng có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường,
và ngành dệt may đã đem lại ngoại tệ nhiều thứ hai cho đất nước. Bên cạnh lợi ích to lớn mà
nó đem lại thì cũng không thế phủ nhận những tổn hại nó gây ra đó là: hàng năm ngành dệt
nhuộm sử dụng hàng triệu tấn thuốc nhuộm để nhuộm vải đã tạo ra lượng lớn nước thải
chứa nhiều chất độc hại đối với môi sinh và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Đặc biệt, trong thời gian vừa qua nước thải dệt nhuộm chủ yếu là chứa thuốc nhuộm hoạt
tính vì thuốc nhuộm hoạt tính đang được sử dụng rất nhiều (cụ thể là thuốc nhuộm RB19).
Ở nước ta, nhiều nhà máy dệt nhuộm xây dựng các hệ thống, trạm xử lý nước thải với
quy mô và mức độ xử lý khác nhau. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm được áp
dụng phổ biến là phương pháp hóa học, sử dụng axit trung hòa kiềm và các chất tạo phản
ứng oxy hóa khử, tuy nhiên các phương pháp này đạt hiệu quả không cao và vẫn gây ra ô
nhiễm thứ cấp, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Bên cạnh phương pháp xử lý
hóa học còn có nhiều phương pháp xử lý khác như: phương pháp xử lý bằng ozon, ozon kết
hợp với sinh học, và công nghệ màng điện hóa. Tuy lượng nước thải sau khi xử lý bằng
những phương pháp này hoàn toàn có thể tái sử dụng trong sản xuất, nhưng việc ứng dụng
lại gặp rất nhiều khó khăn và giá thành rất cao. Với phương pháp hấp phụ đã sử dụng than
hoạt tính, đất sét, tro bay.. .để loại bỏ chất màu, nhưng khả năng hấp phụ của nó không lớn.
Trong số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc thiên nhiên thì chitin/chitosan và dẫn xuất của nó
được cho là vật liệu có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm tốt hơn và có thể tái sử dụng. Vì vậy,
trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành dệt nhuộm và yêu cầu khắt khe về xử lý nước thải
tránh gây ô nhiễm môi trường trong những năm gần đây, việc tìm ra công nghệ xử lý nước
thải dệt nhuộm đạt hiệu quả cao, giá thành rẻ, ít sử dụng hóa chất, có tính sinh thái, thân
thiện với môi trường đã trở thành vấn đề cấp thiết.
Nước ta có bờ biển dài hơn 3000km, với nguồn nguyên liệu thủy, hải sản dồi dào, việc
phát triến nghiên cứu về chitin/chitosan cũng như dẫn xuất của nó nhằm mở rộng hơn nữa
khả năng ứng dụng của loại vật liệu sinh học này đang là mối quan tâm của khoa học Việt
Nam. Đe góp phần nâng caoKhóa
hiệu luận
quả sử
nguồn phế thải thủy, hải sản ở trong nước
và
tốtdụng
nghiệp
Trường
ĐHSP Hà
góp phần vào công cuộc bảo vệ môi trường.
Xuất phát tù’ lí do trên, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng tống họp dẫn
xuất N-(Benzyliđen)chitosan và thăm dò khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính của nó”
nhằm mục đích nâng cao hiệu quả sử dụng phế thải thủy sản, hạn chế ô nhiễm và bảo vệ môi
trường.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tống họp dẫn xuất N-(Benzyliden)chitosan và thăm dò khả năng hấp
phụ thuốc nhuộm hoạt tính RB19 của nó.
3. Nội dung nghiên cứu
Tách P-chitin từ mai mực ống vùng biển Hải phòng và điều chế Ị3chitosan.
Tổng hợp dẫn xuất N-(benzyliđen)chitosan: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến
hiệu suất tống hợp các dẫn xuất N-(benzyliđen) chitosan: tỷ lệ mol alđehyt/amin, nhiệt độ,
thời gian phản ứng, khối lượng phân tử của P-chitosan.
Nghiên cứu khả năng hấp thụ thuốc nhuộm hoạt tính màu
xanh RB19 của dẫn xuất N-(benzyliđen)chitosan: Khảo sát
các yếu tố pH, nồng độ RB19, thời gian ảnh hưởng đến hiệu
suất hấp thụ thuốc nhuộm hoạt tính màu xanh RB19.
CHƯƠNG I: TỐNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung [1, 2, 3,14, 20]
Trong số các polysaccarit thì xenlulozo và chitin là nguồn tài nguyên sinh học tự
nhiên phong phú nhất. Xenlulozo được tổng hợp từ thực vật còn chitin được tổng họp chủ
yếu từ động vật bậc thấp. Chitin có cấu trúc tương tự như xenlulozo, tên gọi " chitin " xuất
phát từ tiếng Hilap " chiton " nghĩa là vỏ của các loài giáp xác như tôm, cua, mai mực...
Chitin được đánh giá là loại vật liệu có tiềm năng lớn nhưng cho đến nay việc ứng
dụng chitin vẫn chưa rộng rãi như xenlulozo. Chitin là một polyme sinh học với nhiều tính
chất quý báu như khả năng phân huỷ sinh học và đặc biệt là có hoạt tính sinh học nên nó
không chỉ là nguồn tài nguyên sẵn có mà nó còn là một loại vật liệu chức năng mới.
Xenlulozo
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà
n
Chitin
n
Chitosan
Sơ đồ 1.1: Cấu tạo của Xenlulozo, Chitin, Chitosan
Trong thực tế chitin và chitosan cùng tồn tại trong một phân tử polyme vì vậy khái
niệm chitin, chitosan chỉ là tương đối. Khi polyme có tỷ lệ mắt xích ß( 1 —>4)-D-glucozamin
lớn hơn 50% (DDA>50% ) thì được gọi là chitosan và ngược lại là chitin
1.1.1.
Cẩu trúc hóa học [1, 2, 3, 38]
Chitin là một loại polisaccarit mạch thẳng với khối lượng phân tử lớn đựơc tạo thành
bởi mắt xích N-axetyl-D-glucozamin theo liên kết ß( 1—>4) glucozit như kiếu liên kết các
mắt xích D-glucozo ở xenlulozo. Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đã phát hiện chitin có 3
kiếu đa hình là: a,ß,y-chitin được mô tả theo hình sau:
>
'/ ^
/ ^
/ ^
/ ^
/ V / V/ V\ / V
M
V'
a-Chitin
-
p - Chitin Y — Cỉiitin
a-chitin: có cấu
trúc
tinh thểmạng
ghép
đôi songsong
(một
mạng lên
một mạng xuống liền nhau ), A -chitin thường được tách từ vỏ cua.
-P-chitin: các mạch ghép trong tinh thể theo cách ghép song song cùng chiều, P-chitin
chủ yếu có trong mai mực nang sừng.
-Ỵ-chitin: có mạch ghép trong
tinh thể theo 2 cách cứ 2 mạch song song
1 mạch đối song,Ỵ-chitin được tách tù’ sợi kén của bọ cánh cứng, dạ dày
lại có
của mực ống, là loại có trữ lượng ít nhất.
1.1.2.
Tỉnh tan [20]
Vì có liên kết hiđro chặt
chẽ
giữatốtcác
phân tử nên chitin thế hiện ái lực hạn chếTrường
với
Khóa
luận
nghiệp
ĐHSP Hà
phần lớn các dung môi. Chitin thường (A -chitin) không tan và hầu như không trương trong
dung môi thông dụng mà chỉ tan trong một số dung môi đặc biệt, ví dụ: N,Nđimêtylaxetamit (DMAC) có chứa 5-10% LiCl.
Chitosan là một polyamin không tan trong nước cũng như dung môi hữu cơ nhưng
tan trong môi trường axit loãng. Độ tan của chitosan phụ thuộc vào loại axit và nồng độ axit
trong dung dịch. Khi xử lý chitin/chitosan trong môi trường axit mạnh với nồng độ lớn
thường xảy ra phản ứng depolyme hoá (cắt mạch) làm giảm khối lượng phân tử polyme.
1.1.3.
Khối lượng phân tử [20]
Khối lượng phân tử của chitin/chitosan là thông số quan trọng nhưng khó có thế xác
định được chính xác do tính tan kém của chúng và sự đa dạng về kiếu phân bố các nhóm
axetyl cũng như mức độ axetyl hoá.
Khối lượng phân tử của chitin tự nhiên, càng khó xác định vì nó tồn tại ở dạng liên
kết chặt chẽ với protein, muối khoáng cũng như hầu hết các chất màu. Hơn nữa độ dài
mạch chính của chitin/chitosan có thể giảm trong quá trình xử lý với axit và kiềm. Khối
lượng phân tử chitin sau khi tách khỏi protein cũng như các chất khác được tính toán theo
các phương pháp đo độ nhớt, tán xạ ánh sáng, sắc ký thâm thấu gel ( GPC- gel Permeation
Chomatography ) hoặc sắc ký loại trừ theo độ lớn phân tử ( SEC- Site Exlusion
Chomatography ) trong dung môi DMAc/LiCl. Tán xạ ánh sáng là phương pháp xác định
trực tiếp khối lượng phân tử. Ket hợp các phương pháp SEC, tán xạ ánh sáng và đo độ nhớt
thì có thế xác định được chính xác khối lượng phân tử trung bình và độ phân bố của khối
lượng phân tử. Từ các số liệu thu được từ phương pháp PC đã khẳng định các mẫu chitin
tách từ mai cua, vỏ tôm và mai mực ống có độ polyme hoá ( degree of polymeizaion-DP )
nằm trong khoảng 2000-4000. Chitosan tan được trong dung dịch axit loãng và khối lượng
phân tử có thể xác định theo phương pháp sắc ký lỏng cao áp ghép nối với cột loại trù’ theo
độ lớn phân tử ( SE - HPLC - size exlusion high performance liquidchromatography).GPC HPLC, GPC, phương pháp đo độ nhớt...cũng có thể chuyển hoá chitosan thành chitin qua
phản ứng N-axetyl hoá và khối lượng phân tủ’ được tính theo phương pháp GPC trong hệ
dung môi DMAc/LiCl. Trong đó phương pháp đơn giản nhất để xác định khối lượng phân
tử polime là xác định theo phương pháp gián tiếp qua phép đo độ nhớt. Phép đo độ nhớt
không phải là phương pháp tuyệt đối để xác định khối lượng phân tử mà chỉ là phương
pháp tương đối dựa trên cơ sỏ độ nhớt của dung dịch polyme tăng tỉ lệ với số lượng các
phân tử thêm vào.
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà
Phương pháp đo áp suất thẩm thấu là phương pháp dựa trên định luật VantHoff. Theo định luật này, sự phụ thuộc giữa áp suất thâm thấu p, thế tích V và nhiệt
độ tuyệt đối T và số gam phân tử của vật chất trong dung dịch pha loãng được biểu
diễn bằng phương trình trùng với dạng phương trình của dạng khí lí tưởng:
PV= nRT = (g/M)RT => p = (G/V)(RT)/M =>
M = (RTC)/P Trong đó:
Khối lượng của chất hòa
g:
tan (g)
M:
Khối lượng phân tử của chất (g/mol)
C:
Nồng độ của dung dịch
R:
Hằng số
T:
Nhiệt độ tuyệt đối
Khối lượng phân tử trung bình của chitosan được xác định như sau: Pha
dung dịch chitosan có các nồng độ lần lượt 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4 (g/100 ml) trong
dung môi axetic axit 1% ở nhiệt độ 35°c. Lập bảng giá trị sự phụ thuộc của áp
suất thẩm thấu (n) vào nồng độ (C), xây dựng đường biểu diễn sự phụ thuộc của n/c
vào c để tìm giá trị ngoại suy của n/c khi C—»0. Thay vào phương trình {2.5} để tính
toán được khối lượng phân tử trung bình số.
848 X (T + 273)
Mn= -------------------------------------------------
(n/C) X Tỷ trọng của dung môi
C->0
Trong đó:
n: áp suất thẩm thấu
Mn: Khối lượng phân tử trung bình số
848: hằng số
T: nhiệt độ đo
C: nồng độ chitosan
{1.1}
Khóa luận tốt nghiệp
n/c (C—>0): giá trị ngoại suy của n/c khi C—»0
1.1.4.
Phương pháp điều chế chitin/chitosan [7,17].
Chitin có ở nhiều loài khác nhau, từ các loài nấm đến các động vật bậc thấp.
Vỏ của các loài động vật chân đốt là nguồn nguyên liệu chính để điều chế chitin,
trong thành phần của vỏ các loài động vật này có chứa 20 - 50 % chitin tính theo
khối lượng khô. vỏ tôm, mai cua là nguồn nguyên liệu phế thải từ công nghiệp chế
biến thuỷ sản, hải sản được sử dụng để sản xuất chitin thương mại. Các nguồn
nguyên liệu khác để sản xuất chitin là: mai mực, sâu bọ, tảo, nấm... Thành tế bào
một số loại nấm chứa cả chitin cũng như chitosan và được coi là nguồn chitosan tự
nhiên. Chitosan được điều chế bằng cách thực hiện phản ứng deaxetyl hoá chitin
trong môi trường kiềm.
1.1.4.1.
Tách chitin từ vỏ phế thải thuỷ hải sản [1,17,18Ị.
Nguyên tắc chung để điều chế chitin là loại bỏ muối khoáng (chủ yếu là
canxicacbonat), protein và các chất màu ra khỏi phế liệu thuỷ, hải sản. Hai phương
pháp chủ yếu được áp dụng để tách chitin/chitosan là phương pháp hoá học và
phương pháp lên men vi sinh vật.
THEO PHƯƠNG PHÁP HOÁ HỌC: Quá trình điều chế chitin được thực
hiện theo các bước : tách khoáng, tách protein và khử màu. Muối khoáng thường
được tách ra bằng cách xử lý nguyên liệu với dung dịch axit HC1, protein bị thuỷ
phân trong môi trường kiềm, chất màu được loại bỏ bằng dung môi hoặc tác nhân
oxi hoá. Trong quá trình xử lý, một số nhóm axetamit trong các mạch đại phân tử
chitin bị thay thế bởi nhóm amino do phản ứng deaxetyl hoá, vì vậy chitin sau khi
xử lý có độ deaxetyl hoá trung bình ~ 0,1.
Điều chế chitin theo phương pháp hoá học có một số mặt hạn chế như phải sử
dụng một lượng lớn kiềm, axit, nước rửa do đó chi phí lớn và gây ô nhiễm môi
trường. Việc sử dụng axit và kiềm nóng dẫn đến việc cắt giảm mạch chitin tạo ra
nhiều sản phẩm khác nhau.
THEO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÌ SINH VẬT: Protein được tách khỏi
vỏ các loài giáp xác bằng cách xử lý với ezim hay vi sinh vật theo nguyên tắc: vi
Trường ĐHSP Hà
Khóa luận tốt nghiệp
khuẩn sinh ra axit lactic (LAB : lactic acid bacterial) tự có trong phủ tạng của vỏ
phế thải (vỏ tôm, cua, mai mực...) với một lượng rất nhỏ cùng với nguồn LAB thuần
chủng được bổ sung có tác dụng bảo quản và thuỷ phân phế thải. Hỗn họp lên men
bao gồm: vỏ phế thải, LAB, dung dịch glucozo. Trong quá trình lên men, LAB sản
sinh ra axit lactic làm giảm pH của môi trường, tạo điều kiện cho quá trình thuỷ
phân protein, thuỷ phân khoáng tạo thành các lactat canxi, magiê...là các muối tan
được trong nước. Bằng phương pháp ly tâm, phần dung dịch lỏng chứa protein và
các muối khoáng hoà tan được loại bỏ thu được phần chitin không hoà tan. Đe có
chitin sạch, có thể xử lý tiếp bằng dung dịch axit và kiềm loãng.
Phương pháp điều chế chitin bằng phương pháp lên men vi sinh vật có một số
ưu điểm như chi phí thấp, cấu trúc sản phẩm không bị thay đổi nhiều và đặc biệt là
ít gây ô nhiễm môi trường.
ß-chitin được sản xuất chủ yếu từ mai mực ống theo cách đơn giản hơn vì
thành phần của mai mực ống chủ yếu là chitin, hàm lượng protein và muối khoáng
thường rất thấp. Hơn nữa, do sự sắp xếp các mạch đại phân tử trong ß- chitin khác
hẳn với a-chitin nên a-chitin có các liên kết hyđro chặt chẽ hơn, vì vậy khi xử lý mai
mực ống với axit và kiềm thường ở điều kiện êm dịu hơn nhiều so với xử lý vỏ tôm
để thu được ß- chitin.
1.1.4.2.
Điều chế chitosan [18J.
Chitosan là sản phẩm deaxetyl hoá của chitin. Chitosan thương mại có nhiều
loại với độ deaxetyl hoá khác nhau nhưng thường được điều chế bằng cách deaxetyl
hoá chitin trong môi trường kiềm nồng độ 40- 50 % ở 100-130°c trong 24 giờ. Phản
ứng deaxetyl hoá xảy ra như sau :
Trường ĐHSP Hà
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Chitosan thu được theo phương pháp này có DDA lên tới 90%. Đe thu được
chitosan có độ deaxetyl hoá cao hơn phải tiến hành phản ứng lặp đi lặp lại nhiều lần.
Phản ứng deaxetyl hoá ß- chitin diễn ra dễ dàng hơn nhiều so với a- chitin: Từ các
mau a-chitin, ß- chitin có DDA tương đương nhau tiến hành phản ứng deaxetyl hoá
trong NaOH 30% ở 100°c với thời gian như nhau (2 giờ) thu được ß-chitosan với
DDAâ70% trong khi đó đối với a-chitin giá trị đó là «20%. Tuy nhiên khi sử dụng
dung dịch kiềm đặc thì bên cạnh phản ứng deaxetyl hoá còn xảy ra phản ứng thuỷ
phân mạch chitin/chitosan làm giảm đáng kể khối lượng phân tử của
chitin/chitosan.
Ta có thế mô tả quá trình điều chế chitosan từ vỏ mai mực ống qua sơ đồ
1.3 :
vỏ phế thải ĩ
Xay nghiền ị
Khử -khoáng bầng axit loâng (axir HQ)
1
Tách. Loại protein bầng Mềm Loang (NaOH Lcẽng)
1
Chitin
1
DeaxetyL h-óa (bằng NaOH 50%, rrcng vòng 2hở 100°Q
I
Chitosan
Sơ đồ 1.3: Quá trình sản xuất chitin /chitosan truyền thống
1.1.4.3.
Độ axetyl hóa- Xác định độ axetyl/đeaxxetyl hóa Ị5, 6, 7, 11, 14, 16]
Độ axetyl hoá là hàm lượng nhóm (-NHCOCH 3) còn độ deaxetyl hoá là hàm
lượng nhóm (-NH2) trong chitin và chitosan. Mắt xích cơ sở của chitin là N-axetyl-Dglucosamin (GlcNAc). Mặc dù hầu hết các nhóm amino gắn với c2 đã bị axetyl hoá,
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
nhưng trong tự nhiên chitin vẫn tồn tại một số nhóm amino tự do. Hơn nữa, phản
ứng deaxetyl hoá chitin còn xảy ra trong quá trình tách loại protein bằng kiềm. Vì
vậy, các mẫu chitin trên thực tế có DDA khác nhau (khoảng 5-15 %) phụ thuộc vào
nguồn gốc và cách điều chế chúng. Đe thu được chitin có cấu trúc thuần nhất (chỉ
gồm các mắt xích GlcNAc) thì phải tiến hành N- axetyl hoá chọn lọc các nhóm
amino tự do. Khi chitin bị deaxetyl hoá đáng kể thì trở nên tan trong dung dịch axit
axetic loãng và được gọi là chitosan.
Trong đó, DDA = 100 - DA. Đối với chitin thì DA > DDA, đối với chitosan thì
DA < DDA. Khi DA = DDA thì có chitin tan trong nước.
Tính chất của chitin cũng như chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ deaxetyl
hoá (DDA)-một thông số quan trọng nhất đế chỉ ra là chitin hay chitosan. Vì vậy,
việc tìm ra phương pháp xác định DDA (hay DA)một cách chính xác và đon giản là
vấn đề rất quan trọng và cần thiết. Có rất nhiều phương pháp đã đựơc áp dụng để
xác định DDA của chitin/chitosan như: phân tích nguyên tố, các phương pháp phổ
như phổ hồng ngoại (IR), phổ tử ngoại (ƯV), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NRM):
^-NRM,13C-NRM, và 15n-NRM ở trạng thái rắn, phép đo lưỡng sắc cầu, phổ khối,
chuẩn độ điện thế, chuẩn độ nitrat (phương pháp chuẩn độ sử dụng bạc nitrat),
chuấn độ với axit picric, chuẩn độ độ dẫn, sắc ký lỏng cao áp, sắc ký khí- lỏng, sắc
ký thẩm thấu gel, nhiệt phân - sắc ký khí, sắc ký khí.
Trong các phương pháp xác định DA đã được áp dụng thì phổ IR là phương
pháp thuận tiện đặc biệt trong trường hợp mẫu ở trạng thái rắn, không hoà tan
trong các dung môi. Đối với chitosan (tan trong môi trường axit loãng) thì phổ
-NRM là phương pháp nhanh, chính xác và có độ nhạy cao, đo trong dung môi D 20,
CD3COOD/D2O hoặc DC1 /D20.
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
1.1.5. Tỉnh chất hoá
[1, 2,Công
6] thức cấu tạo của CHITIN/CHITOSAN Ta thấy
Sơ học
đồ 1.4:
quát của chitin
8H13N0
5) (-OH) vừa có nhóm chức
trong mỗi mắtCông
xíchthức
của tổng
chitin/chitosan
vừalàcó: (C
nhóm
chức
amin (-NHCOCH3/NH2) nên có ba trung tâm phản ứng chính, vì vậy nó vừa có
tính chất của ancol lại vừa có tính chất của amin.
1.1.5.1.
Phăn ứng ở nhóm - OH
Cũng giống như ancol đa chức tính axit của nhóm hyđroxyl khá mạnh.
Chitin phản ứng với Na, NaOH tạo thành họp chất có cấu trúc ancolat được gọi là
chitin kiềm.
[C6H703NHC0CH2(0H)2]n+ 2nNa0H->[C6H703NHC0CH2(0Na)2]n+ 2n H20 Chitin kiềm
là sản phẩm trung gian khi sản xuất ete như ankyl chitin.
[C6H703NHC0CH2(0Na)2]n kí hiệu là [Chit(ONa)2]n [Chit(ONa)2]n + 2n RX
-> [Chit(OR)2]n + 2 NaX
Sợi ankyl chitin được tạo ra bằng cách xử lý ankyl chitin trong dung dịch axit
formic và axit axetic rồi cho kéo sợi qua một ống có đường kính nhỏ cỡ mm.
+ Phản ứng với axit, anhiđric axetic hay HC1 thu được sản phẩm ở dạng
este.
[Chit(OH)2]n + 2n HC1 -> [Chit(OCl)2]n + 2n H20 + Phản ứng với ankyl
sunfat trong ankyl halogenua thu được các este.
+ Phản ứng với các hợp chat vinyl tạo este
Trong mỗi mắt xích của chitin có 2 nhóm - OH ở c3 và c6, đều có khả năng
tham gia phản ứng. Do cấu trúc phân tử, nhóm -OH bậc 2 ở c 3 bị án ngữ không gian
nên phản ứng kém hơn nhóm -OH bậc 1 ở c6.
Khóa luận tốt nghiệp
1.1.5.2.
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Phản ứng ở nhóm axetamit
Chitin có khả năng tham gia phản ứng thể hiện tính chất của amin bậc 2 như
phản ứng đeaxetyl hoá tạo thành chitosan.
M=(161)
M = (203)
Sơ đồ 1.5: Phản ứng deaxetyl hóa chitin
Phản ứng trên thường được thực hiện với NaOH 40% ở 120°c trong 1 -> 3h.
Hiệu suất deaxetyl hoá chỉ đạt 70%. Điều này có nghĩa là sản phẩm phản ứng là
chuỗi polime vẫn có cả mắt xích N-axetyl-D-glucoamin đan xen với p (1 —> 4)
glucozamin.
Đe đánh giá mức độ deaxetyl hoá của chitin người ta đưa ra khái niệm độ
deaxetyl hoá (DDA) được tính theo công thức sau
DDA = 203(1Q°-A) Ị 00%
203.(100-42A)
Với A là tống số % mắt xích N-axetyl-D-glucozamin.
Muốn thu được chitosan deaxetyl hoá hoàn toàn DDA=0, phải rửa sạch mẫu
rồi xử lý kiềm lặp lại nhiều lần. Phương pháp mới của tác giả chỉ dùng dung dịch
NaOH 5% và NaBH4 (0,lg chitosan) là chất bảo vệ. Phản ứng thực hiện trong 3h đạt
hiệu suất «100%. Phương pháp này có nhiều ưu điểm tạo ra chitosan có DA thấp a
1%, hiệu suất cao, giảm tiêu tốn hoá chất, giảm ô nhiễm môi trường.
1.1.5.3.
Phản ứng ở nhóm -NH2
Phản ứng xảy ra ở nhóm amin -NH2 và nhóm amit -NHCOCH3 hai nhóm này
gắn ở vị trí c2(hay ở vị trí N). Tại đây nhóm -NH 2 của chitin/chitosan có đôi điện tử
không phân chia do đó về mặt hoá học, chúng có khả năng phản ứng cao với các tác
nhân ái electron để tạo ra các dẫn xuất tương ứng.
Phản ứng gắn với các nhóm -OH tại c3 (hoặc c6) hay gắn polietylen glycol vào
nhóm -NH2 thu được các dẫn xuất có cấu trúc hoá học cồng kềnh nhằm cản trở
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
không gian, làm giảm các liên kết cầu hiđro giữa các mạch và trong mạch phân tử
của chitin/chitosan như lúc ban đầu, đế tạo ra các dẫn xuất tan trong nước.
1.1.5.4.
Phản ứng giảm mạch chỉtosan
Do quá trình chuyển hoá trong động thực vật chủ yếu xảy ra trong môi
trường nước nên chitosan với khả năng tan kém trong nước đã làm hạn chế phần
nào hiệu quả và phạm vi úng dụng. Vì vậy, để tăng khả năng ứng dụng của chitosan
chúng ta phải cải thiện khả năng tan trong nước của chitosan.
Hiện nay, trên thế giới, các nhà khoa học đã nghiên cứu và tìm ra rất nhiều
phương pháp để cải thiện khả năng tan trong nước của chitosan, trong đó phương
pháp depolyme hoá được coi là phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất.
Quá trình depolyme hoá là quá trình phá huỷ các liên kết glycozit trong mạch
đại phân tử dưới các tác nhân cắt mạch như: enzim, hoá chất chiếu xạ...Các tác
nhân cắt mạch phá huỷ liên kết glycozit, chuyến hoá chitosan thành oligome có khả
năng tan trong nước cao hơn so với chitosan đại phân tử.
Có nhiều phương pháp cắt mạch chitosan như: cắt mạch bằng enzim, cắt
mạch bằng chiếu xạ, cắt mạch bằng phản ứng hoá học...Trong đó cắt mạch bằng
phản ứng hoá học là phương pháp đơn giản và được sử dụng rộng rãi nhất.
CẮT MẠCH BẰNG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC: Liên kết glycozit của
chitosan tương đối bền trong môi trường kiềm nhưng lại dễ dàng bị phá huỷ trong
môi trưòng axit. Các loại axit vô cơ đã được sử dụng như: axit clohidric (HC1), axit
sunfuric (H2S04), axit photphoric (H3PO4), axit nitric (HNO3)...trong đó axit
clohidric (HC1) được sử dụng nhiều hơn cả do giá thành rẻ, khi trung hoà bằng
NaOH sản phâm phụ là NaCl không độc, dễ tách.
Sơ đồ 1.6: Quá trình THUỶ phân chitosan bằng HC1
Chitosan được hoà tan trong axit HC1 loãng (-0,5 %) với nồng độ polime 1 -ĩ1,5% khuấy ở 65 -ỉ- 100°c trong 3 giờ sau đó để nguội đến nhiệt độ thường. Dùng
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
NaOH để trung hoà (đến pH ~ 8). Tiến hành lọc, phần kết tủa được rủa nhiều lần
bằng etanol, sau đó làm khô bằng axeton. Phần nước trong được tách muối bằng
MeOH, sau đó cô đặc lại và kết tủa trong etanol để thu sản phẩm tan trong nước.
Các nghiên cứu cho thấy độ polyme hoá của DP phụ thuộc vào nồng độ axit HC1.
Khi dùng axit HC1 đặc nóng thì thu được sản phẩm có DP 2 -ỉ- 5, khi dùng axit HC1
loãng thu được sản phẩm có DP ~30.
1.2. Nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính
1.2.1.
1.2.1.1.
Khái quát về thuốc nhuộm
Định nghĩa, nguồn gỏc thuôc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất
định của quang phố ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt
trong những điều kiện nhất định (tính gắn màu).
Thuốc nhuộm có thế có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tống họp. Hiện nay, con
người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại
thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện, tác
động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn
đề với xử lý nước thải dệt nhuộm. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc
hóa học của nó: 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 đôi liên họp
với hệ điện tử 71 linh động như >c=c<, >C=N-, >c=0, -N=N-... Nhóm trợ màu là
những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như -SOH, - COOH, -OH, NH 2..., đóng vai
trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ
điện tử.
Thuốc nhuộm tống hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi
sử dụng.
1.2.1.2.
Phân loại
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân
chia thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến
nhất đó là phân loại theo cấu trúc hóa học và phân loại theo đặc tính áp dụng.
♦> Phân loại theo cấu trúc hóa học
Đây là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc
nhuộm được phân thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau. Các họ chính là:
- Thuốc nhuộm azo: NHÓM mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc
nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Đây là họ
thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số
lượng các thuốc nhuộm tổng họp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index.
- Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay
nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:
ú
- Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
- Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong
đó nguyên tử c trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:
triaryl metan
Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
• Thuốc nhuộm phtaloxianin: hệ mang màu TRONG phân tử của chúng là hệ
liên họp khép kín. Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H
trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì
tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi. Họ thuốc
>
^—7 diaryl metan
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tống số lượng
thuốc nhuộm.
Ngoài ra, còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít có quan trọng hơn như:
thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu
huỳnh...
❖ Phân loại theo đặc tính áp dụng
Đây là cách phân loại các loại thuốc nhuộm thương mại đã được thống nhất
trên toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điến về thuốc nhuộm: Color Index (CI),
trong đó mỗi thuốc nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu sắc và
phạm vi sử dụng. Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến thuốc
nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo (bông, visco...), đó là các thuốc nhuộm hoàn
nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp. Sau đó là các thuốc nhuộm cho xơ sợi tống
hợp, len, tơ tằm như: thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc
nhuộm axit.
• Thuốc nhuộm hoàn nguyên, bao gồm:
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan: là họp chất màu hữu cơ không tan
trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tủ’ và có dạng tổng quát: R=c=0.
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong
nước nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ:
K-C-U
^
[H\
1(^1
—
NaOH
R=C-Oil
lay^D axit
2
— RĩCUNa
H U laycu ba^u
Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch kiềm thì nó lại trở
về dạng layco axit và bị oxi không khí oxi hóa về dạng nguyên thủy.
-
Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este suníònat của hợp chất layco axit của
thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan, R=C-0-S0 3Na. Nó dễ bị thủy phân trong môi
trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu.
Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon.
•
Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm mang
màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình khử.
Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng đế nhuộm vật
liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại.
•
Thuốc nhuộm trực tiếp: đây là loại thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực
tiếp vào xơ sợi xenllulo và dạng tống quát: Ar-S0 3Na. Khi hòa tan trong nước, nó
phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu thuốc
nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tống số thuốc nhuộm
trực tiếp thì có đến 92% thuộc lóp azo.
•
Thuốc NHUỘM phân tán: đây là loại thuốc nhuộm này có khả năng hòa tan rất
thấp trong nước (có thể hòa tan nhất định trong dung dịch chất hoạt động bề mặt).
Thuốc nhuộm phân tán dùng đế nhuộm các loại xơ sợi tống họp kị nước. Xét về mặt
hóa học có đến 59% thuốc nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc
antraquinon, còn lại thuộc các lóp hóa học khác.
•
Thuốc nhuộm bazơ - cation:
Các thuốc nhuộm bazơ trước đây dùng để nhuộm tơ tằm, ca bông cầm màu
bằng tananh, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Chúng dễ
tan trong nước cho cation mang màu. Các thuốc nhuộm bazơ biến tính - phân tử
được đặc trưng bởi một điện tích dương không định vị - gọi là thuốc nhuộm cation,
dùng để nhuộm xơ acrylic. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lóp hóa học được
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arcrydin (7%), antraquinon
(5%) và các loại khác.
• Thuốc nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan trong
nước phân ly thành ion: Ar-S0 3Na —> Ar-S03' + Na+, anion mang màu thuốc nhuộm
tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả năng
tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét về
cấu tạo hóa học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là antraquinon, 5%
triarylmetan và 6% các lóp hóa học khác.
• Thuốc nhuộm hoạt tính: là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với
xơ sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi.
Trong cấu tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác
nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsuníon, halotriazin và halopirimidin.
Dạng tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính: s - R - T - Y, trong đó:
- S: nhóm cho thuốc nhuộm độ hòa tan cần thiết ("S03Na, -COONa,
-so2CH3)
- R: nhóm mang màu của THUỐC nhuộm
- Y: nhóm nguyên tử phản ứng, trong điều kiện nhuộm nó tách khỏi phân
tử thuốc nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm phản ứng với xơ (-C1,
-S02, -S03H, -CH=CH2,...)
- T: nhóm mang nguyên tủ’ hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực hiện
liên kết giữa thuốc nhuộm và xơ.
Là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền
màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những
thuốc nhuộm được phát triến mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp
thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải
sợi pha.
Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là: trong điều kiện nhuộm,
khi tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính không chỉ tham gia
vào phản ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân.
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Ví dụ:
N aOH
íí
D=s—ChfcCH 2OSOi,Na -------—— ► D=s— CH=CH 2 1- Na 2S 04 +
ị
ị
0
0
Thuốc nhuộm sunfatoetylsunfon
np
+
Thuốc nhuộm Vinylsuníbn
(dạng hoạt hóa của thuốc nhuộm gốc)
Ọ. Ọ.
Thuốc nhuộm Vinylsuníbn
Xơ đượcnhuộm (X là O-
Xenlullo)
Thuốc nhuộm thủy phân (X là OH)
Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng giữa thuốc nhuộm và xơ
sợi không đạt hiệu suất 100%. Đe đạt độ bền màu giặt và độ bền màu tối ưu, hàng
nhuộm được giặt hoàn toàn để loại bỏ phần thuốc nhuộm dư và phần thuốc nhuộm
thủy phân. Vì thế, mức độ tốn thất đối với thuốc nhuộm hoạt tính cỡ 10+50%, lớn
nhất trong các loại thuốc nhuộm. Hơn nữa, màu thuốc nhuộm thủy phân giống màu
thuốc nhuộm gốc nên nó gây ra vấn đề màu nước thải và ô nhiễm nước thải.
1.2.2.
0 nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm và tác hại của nó
1.2.2.1.
0 nhiêm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
0 nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc các hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm
và công nghệ sử dụng. Đối với nước thải dệt nhuộm thì nguồn ô nhiễm do chất trợ
và hóa chất dệt nhuộm có thể được giải quyết bằng các phương pháp truyền thống,
trong khi đó, ô nhiễm do thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu đối với nước thải
dệt nhuộm. Thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ.
Nồng độ thuốc nhuộm trong môi trường nước tiếp nhận đối với các công đoạn dệt nhuộm phụ thuộc các yếu tố:
•
•
Mức độ sử dụng hàng ngày của thuốc nhuộm
Độ gắn màu của THUỐC nhuộm lên vật liệu dệt
•
Mức độ loại bỏ trong các công đoạn xử lý nước thải
Khóa luận tốt nghiệp
Hệ số làm loãng trong nguồn nước tiếp nhận
Mức độ gắn màu là một yếu tố quan trọng, nó phụ thuộc vào độ đậm màu,
công nghệ áp dụng, tỷ lệ khối lượng hàng nhuộm và dung dịch nước dùng trong
máy nhuộm, vật liệu dệt và thuốc nhuộm sử dụng. Tổn thất thuốc nhuộm đưa vào
nước trung bình là 10% với màu đậm, 2% với màu trung bình và < 2% với màu
nhạt. Trong in hoa thì tổn thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều. [4]
Bảng 1.1: Tốn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi
STT Loại thuốc nhuộm
Loại xơ sợi
Tôn thât vào dòng thải,
Polyamit
2
Bazơ
Acrylic
0-5
3
Trực tiêp
Xenlulo
5-30
4
Phân tán
Polyeste
0-10
5
Hoạt tính
Xenlulo
6
Lưu hóa
Xenlulo
7
Hoàn nguyên
Xenlulo
o to
Axit
o
1
o to
■Ị-
%
■Ị-■I- •I- o
•
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởng nhuộm ở nồng độ lCH50mg/L. Tuy nhiên nồng độ của chúng trong nước sông tiếp nhận thì nhỏ hơn nhiều.
Người ta đã đưa ra giá trị điển hình trung bình là lmg/L đối với một thuốc nhuộm
đơn trong dòng sông [4]. Đây chỉ là giá trị trung bình hàng năm, rất thấp so với
thực tế. Tùy theo mức độ sản xuất ngành dệt có những trường hợp nồng độ thuốc
nhuộm có thể cao hơn.
1.2.2.2.
Tác hại của việc ô nhiêm thuôc nhuộm
Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không độc đối
với con người (được đặc trưng bằng chỉ số LD 50). Các kiếm tra về tính kích thích da,
mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm không gây kích thích với vật thử nghiệm (thỏ)
ngoại trừ một số cho kích thích nhẹ.
Tác hại gây ung thư và nghi ngờ gây ung thư: không có loại thuốc nhuộm nào
nằm trong nhóm gây ung thư cho người. Các thuốc nhuộm azo được sử dụng nhiều
Khóa luận tốt nghiệp
Trường ĐHSP Hà Nội 2
nhất trong ngành dệt, tuy nhiên chỉ có một số màu azo, chủ yếu là thuốc nhuộm
benzidin, có tác hại gây ung thư. Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản xuất loại
này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và
hiệu quả nhuộm màu cao.
Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn
3000 thuốc nhuộm được sử dụng thông thường cho thấy thuốc nhuộm nằm trong tất
cả các nhóm tù’ không độc, độc vừa, độc, rất độc đến cực độc. Trong đó có khoảng
37% thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở
mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh.
Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ,... với một nồng độ rất nhỏ thuốc
nhuộm đã cho cảm nhận về màu sắc. Thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng càng nhiều thì
màu nước thải càng đậm. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh
sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh vật. Nó
tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước
thải, qua số liệu điều tra tại các công ty dệt may lớn đều cho thấy màu nước thải dệt
nhuộm chủ yếu do thuốc nhuộm hoạt tính.
1.2.3. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm
Có các phương pháp sau:
Phương pháp hóa lý: Phương pháp keo tụ, phương pháp
hấp phụ, phương pháp chọn lọc.
