Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp hấp phụ

Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT
Chương 1: GIỚI THIỆU

Xã hội phát triển kèm theo những nhu cầu về cuộc sống cũng tăng vượt bậc
(ăn, ở, mặc, học tập, vui trơi giải trí…) là động lực thúc đẫy các ngành công
nghiệp sản xuất phát triển. Đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của ngành sản xuất
hàng dệt nhuộm để phục vụ nhu cầu mặc và thời trang của con người.
Ngành sản xuất hàng dệt nhuộm tuy nó có ý nghĩa rất quan trọng trong cuộc
sống nhưng nó cũng gây ra một áp lực không nhỏ đến môi trường và sức khỏe
con người. Trong quá trình dệt nhuộm phải sử dụng nhiều hóa chất phụ gia và
thuốc nhuộm, nên nước thải của ngành sản xuất dệt nhuộm bị ô nhiễm khá nặng
và có nhiều độc tính. Nếu lượng nước thải này không được xử lý đúng mức sẽ
gây ô nhiễm đến môi trường nước mặt và xâm nhập vào trong lòng đất gây ảnh
hưởng môi trường đất và có thể làm biến đổi đặc tính của môi trường đất. Chính
vì vậy mà việc xử lý nước thải dệt nhuộm là vấn đề cấp bách và cần thiết. Hiện
nay, có nhiều phương pháp xử lý như phương pháp sinh học, hóa lý, hóa học
nhưng chỉ đem lại kết quả nhất định chứ chưa triệt để các chất ô nhiễm và xử lý
COD không đạt. Đặc biệt, nước thải dệt nhuộm sau khi được xử lý bằng hệ
Fenton COD vẫn còn rất cao và chúng tôi nhận thấy rằng chỉ có thể sử dụng
phương pháp hấp phụ mới có thể giải quyết được vấn đề này. Phương pháp này
có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác như: không gây ô nhiễm thứ cấp,
đơn giản, dễ thực hiện. Nhận thấy rằng tro trấu đã được hoạt hóa cho khả năng
hấp phụ rất cao đối với metyl da cam, nên chúng tôi tiến hành “ Nghiên cứu xây
dựng mô hình xử lý chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm bằng phương
pháp hấp phụ”. Đề tài được thực hiện với mong muốn xử lý triệt để các chất hữu
cơ khó oxi hóa có trong nước thải nói chung và nước thải dệt nhuộm sau quá
trình Fenton nói riêng nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường, giảm chi phí xử lý,
đảm bảo sức khỏe con người.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 1


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT
Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1. Tổng quan về hấp phụ
2.1.1. Hiện tượng hấp phụ
Hấp phụ trong môi trường nước được hiểu là sự tăng nồng của một chất tan
(chất bị hấp phụ) lên bề mặt một chất rắn (chất hấp phụ). Chất đã bị hấp phụ chỉ
tồn tại trên bề mặt chất rắn, không phân bố điều khắp trên toàn bộ thể tích chất
hấp phụ nên nó còn được gọi là quá trình phân bố hai chiều, khác với quá trình
hấp thụ mà trong đó chất tan sau khi được làm giàu phân bố đều khắp chất hấp
thụ (Lê Tứ Sức, 2009).
2.1.2. Các loại hấp phụ
Người ta phân ra làm hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
a. Hấp phụ vật lý
Khi đã được hấp phụ lên bề mặt chất rắn, nếu tương tác giữa chất hấp phụ
và chất bị hấp phụ không lớn, cấu trúc điện tử của chất bị hấp phụ ít thay đổi,
nhiệt hấp phụ tỏa ra nhỏ thì người ta gọi đó là hấp phụ vật lý.
Trong sự hấp phụ vật lý, chất bị hấp phụ tương tác với bề mặt chất hấp phụ
bởi những lực vật lý như lực tỉnh điện, lực tán xạ, cảm ứng và lực định
hướng…,không có sự trao đổi electron giữa hai chất này.
Sự hấp phụ vật lý ít có tính chất chọn lọc và là thuận nghịch. Hấp phụ vật lý
là hấp phụ không định vị, các phần tử chất bị hấp phụ có khả năng di chuyển trên
bề mặt hấp phụ.

Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp phụ vật lý nhỏ (từ 8 – 10 kJ/mol). Khi nồng
độ (áp suất) chất bị hấp phụ tăng thì lượng chất bị hấp phụ (thường được biểu
diễn bằng số mol dư trên 1m2 bề mặt) sẽ tăng và đạt giá trị lớn nhất khi bề mặt
chất hấp phụ được phủ kín hết.
Trong hấp phụ vật lý, quá trình hấp phụ tự diễn ra. Chất bị hấp phụ có xu
hướng bám trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ, quá trình này bị cản trở bởi quá
trình ngược – quá trình giải hấp, là quá trình khuếch tán nhằm đạt đến phân bố
cân bằng chất nhờ chuyển động nhiệt. Nồng độ chất bị hấp phụ càng cao thì
lượng chất hấp phụ càng nhiều. Nhiệt độ càng cao, thì hấp phụ vật lý càng thấp.
Đối với mỗi nhiệt độ có trạng thái cân bằng riêng. Giải hấp là quá trình ngược lại
với quá trình hấp phụ nên là quá trình thu nhiệt.
b. Hấp phụ hóa học
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 2


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Nếu tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ lớn sẽ làm biến đổi cấu
trúc điện tử của các nguyên tử dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học, nhiệt tỏa
ra lớn ngang với nhiệt phản ứng hóa học, quá trình đó gọi là quá trình hấp phụ
hóa học. Khi bị hấp phụ lên bề mặt một chắn rắn, chất bị hấp phụ chiếm chỗ của
một cấu tử nào đấy và “đẩy” nó ra khỏi vị trí mà nó đã “gắn” trên đó thì hiện
tượng đó gọi là trao đổi ion. Do những đặc thù riêng về bản chất giữa cặp chất
hấp phụ - chất bị hấp phụ, chúng có thể tạo ra các loại phức chất. Ranh giới phân
chia rõ ràng giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học là rất khó.
Do hấp phụ hóa học nhờ lực hóa học nên giải hấp diễn ra khó khăn và

thường giải hấp chất khác thay cho chất bị hấp phụ. Thực chất giải hấp phụ
không phải là đưa phân tử ra khỏi bề mặt chất hấp phụ, mà là do sự phân hủy hợp
chất bề mặt tạo thành trong hấp phụ hóa học. Hấp phụ hóa học, giống như phản
ứng hóa học có đặc điểm riêng, nghĩa là các chất bị hấp phụ xác định mới có thể
tương tác với chất hấp phụ. Năng lượng hoạt hóa tăng khi tăng mức che phủ bề
mặt bởi các phân tử hấp phụ hóa học. Điều này có thể giải thích là do có các tâm
hoạt động và năng lượng hoạt hóa khác nhau.
Các lớp đa phân tử hình thành trong hấp phụ hóa học gồm các hợp chất mới
được gọi là hợp chất bề mặt, chúng không được coi là một pha mới hay một chất
mới. Thực tế, giữa các phân tử chất bị hấp phụ và nguyên tử (phân tử) chất hấp
phụ xuất hiện liên kết hóa học, trong khi đó các nguyên tử bề mặt của chất hấp
phụ vẫn tương tác với nhau. Năng lượng tạo thành liên kết hóa học giữa các phân
tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không đủ mạnh để đứt các nguyên tử bề mặt
của chất hấp phụ trong mạng lưới tinh thể (Lê Tứ Sức, 2009).
2.1.3. Cấu trúc chất hấp phụ
a. Cấu trúc hóa học
Khi nói về cấu trúc hóa học là nói về thành phần hóa học của các chất hấp
phụ. Thành phần hóa học chủ yếu là các oxit hoặc hỗn hợp oxit kim loại hay
thành phần là carbon như than hoạt tính. Một số chất hấp phụ ít sử dụng (vi dụ
chất hấp phụ có nguồn gốc sinh học (biosorbennt) có thành phần phức tạp hơn do
xuất phát từ các cơ thể sống.
Cấu trúc mạng chất rắn có thể là tinh thể (zeolit, graphit, các dạng thù hình
của một số oxit nhôm hay sắt hoặc cấu trúc lớp của một số loại khoáng sét…) và
dạng cấu trúc vô định hình. Để xác định cấu trúc tinh thể thường dùng các
phương pháp phổ, đặc biệt là phổ Ronghen.
b. Cấu trúc xốp
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 3

Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Đặc trưng củ cấu trúc xốp bao gồm: độ xốp hay thể tích rổng, sự phân bố
kích thước mao quản theo độ lớn, diện tích bề mặt, phân bố diên tích bề mặt theo
độ lớn mao quản, thể tích của các loại mao quản.
- Độ xốp của chất hấp phụ
Trong một vật liệu xốp, thể tích của nó gồm hai phần: phần chất rắn và
không gian rổng. Từ đó dẫn tới hai đại lượng khối lượng: khối lượng thực và
khối lượng biểu kiến.
Khối lượng riêng thực được định nghĩa là tỉ lệ giữa khối lượng m và thể
tích của phần chất rắn :

Khối lượng riêng biểu kiến là tỉ lệ khối lượng với thể tích tổng của nó :

Ta luôn có < , = , khi vật liệu đặc.
Độ xốp được định nghĩa là tỉ lệ giữa thể tích phần rỗng trên thể tích tổng:

- Mao quản và phân bố theo độ lớn
Về cấu trúc xốp của chất hấp phụ, để có một hình ảnh thuận lợi cho nghiên
cứu và ứng dụng người ta sử dụng chủ yếu hai mô hình: mao quản song song và
mao quản ngẫu nhiên.
Mô hình mao quản song song cho rằng không gian rổng trong chất hấp phụ
được tạo nên bởi các hình trụ rỗng có độ lớn nào đó, chúng được sắp xếp song
song với nhau. Thể tích rỗng là tỗng thể tích của các khối trụ tạo thành. Theo mô
hình mao quản ngẫu nhiên thỉ thể tích rỗng được tạo bởi các không gian nhỏ có
hình dạng và kích thước ngẫu nhiên tạo thành.
Trong cả hai phương pháp thì độ xốp tổng đều do độ xốp thành phần tạo

nên mà không gian thành phần phải có một đặc trưng về kích thước.
Cấu trúc của vật liệu mao quản bao gồm hai khái niệm: độ hạt và độ rỗng.
Thông thường người ta thường sử dụng các đại lượng sao đây để đặc trưng cho
cấu trúc vật liệu rắn:
+ Sự phân bố kích thước hạt
+ Hình dạng và kích thước các tập hợp hạt

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 4


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

+ Bề mặt riêng: diện tích bề mặt tính cho đơn vị khối lượng. Đó là
tổng diện tích bề mặt bên trong mao quản và bên ngoài các hạt.
+ Thể tích lỗ xốp (mao quản) riêng: không gian rỗng tính cho một đơn
vị khối lượng, nó bao gồm độ rỗng giữa các hạt và bên trong các hạt.
+ Hình dáng mao quản: trong thực tế rất có xác định chính xác hình
dáng của mao quản, song người ta chia làm bốn loại mao quản: hình trụ, hình
cầu, hình khe và hình chai.
+ Phân bố kích thước của các mao quản hoặc phân bố lỗ xốp dựa trên
những giả thiết về hình dáng mao quản. Sự phân bố đó được xác định theo sự
biến đổi của thể tích hoặc bề mặt của lỗ xốp với kích thước mao quản.
Về mặt kích thước, để tiện lợi ta coi các không gian thành phần là các mao
quản mà kích thước được đặc trưng bởi bán kính của tiết diện tròn.
Theo hội hóa học lý thuyết và ứng dụng quốc tế (IUPAC) có thể phân chia
các mao quản theo độ lớn của bán kính như sau: mao quản nhỏ có đường kính

dưới 20 A0, mao quản trung bình có đường kính nằm trong khoảng từ 20 đến
500 A0, trên đó là mao quản lớn. Sự phân chia các loại mao quản như trên dựa
vào cơ chế hấp phụ trong pha hơi. Trong vùng mao quản nhỏ cơ chế hấp phụ các
chất hữu cơ dạng hơi là cơ chế lấp đầy thể tích mao quản, trong vùng mao quản
trung bình thì có hiện tượng ngưng tụ mao quản, tức là hiện tượng hơi hóa lỏng
lúc áp sức thấp hơn áp suất bảo hòa do các phân tử bị hạn chế chuyển động trong
vùng mao quản này. Trong mao quản lớn hấp phụ có thể xảy ra theo kiểu dơn
lớp, đa lớp nhưng không có hiện tượng ngưng tụ trong mao quản.
Kích thước trung bình của mao quản được xác định theo sự phân bố thể tích
hoặc diện tích như đã nói trên.
Công thức gần đúng:
V: thể tích mao quản
S: diện tích bề mặt riêng
N: thức số hình dáng
- Cấu trúc bề mặt cảu chất hấp phụ
Do đặc thù cấu trúc xốp, tỉ lệ giữa bề mặt và thể tích phần rắn trong chất
xốp rất lớn. Tại bề mặt các liên kết hóa học của chất rắn trở nên mất liên tục. Ở
các vị trí mà liên kết hóa học bị “đứt gãy” có năng lượng lớn hơn so với các vùng
khác, để tồn tại được ở đó sẽ hình thành các liên kết hóa học mới có thành phần
hóa học khác với mạng chất rắn.
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 5


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Môi trường chế tạo chất hấp phụ luôn gắn liền với oxy khí quyển và hơi

nước nên các liên kết hóa học hình thành trên bề mặt thướng chứa oxy, các nhóm
này được gọi là nhóm chức bề mặt và tạo nên cấu trúc bề mặt của chất hấp phụ.
Các nhóm chức bề mặt thường có tính axit, bazo yếu tùy thuộc vào vị trí mà nó
định vị và nguyên tử bên cạnh nó tạo liên kết.
Nhóm chức và mật độ của chúng ảnh hưởng trước hết đến tính ưa nước và
kỵ nước của chất rắn, tức là ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các chất phân
cực về mặt chọn lọc, nhất là các chất hấp phụ có tính định hướng không gian
như chất hoạt động bề mặt.
Các nhóm chức bề mặt cũng là yếu tố quan trong gây ra tính tích điện của
bề mặt chất rắn và vì ảnh hưởng đến tương tác diện tích của hệ thống môi trường
nước.
Do các nhóm chức bề mặt có tính axit, bazo nên trong môi trường nước
chúng sẽ phân li tạo nên các tâm mang điện tích, các ion trái dấu trong dung dịch
xung quanh tâm mang điện tích được phân bố lại với mật độ cao hơn ở gần và
thấp hơn ở xa tạo thành lớp điện tích kép. Tại điểm pH mà ở đó có mật độ điện
tích của các ion trái dấu bằng nhau gọi là điểm đẳng điện. Khi pH lớn hơn pH
của điểm đẳng điện thì bề mặt chất rắn tích điện âm và ngược lại.
Nhóm chức bề mặt và hiệu ứng tích điện trong môi trường nước ảnh hưởng
rất nhiều đến quá trình hấp phụ của các chất axit, bazo, các kim loại, các chất có
độ phân cực cao (Lê Tứ Sức, 2009).
2.1.4. Chất hấp phụ trong môi trường nước
Khác với pha khí, các chất bị hấp phụ trong nước chịu sự tác động của các
yếu tố ngoại cảnh như pH, các ion, hợp chất lạ trong đó nên bản chất hóa học của
nó có thể biến động rất lớn. Muốn vận dụng tốt kỹ thuật hấp phụ để hấp phụ các
chất trong nước cần phải hiểu rỏ bản chất và sự biến đổi của chúng trong các điều
kiện khác nhau cũng như của chất hấp phụ.
Các chất thuộc đối tượng bị hấp phụ trong nước thải rất đa dạng: chất hữu
cơ không phân cực, chất hữu cơ có nhóm chức ít phân cực hay mức độ phân cực
lớn, chất điện li hoàn toàn, các ion kim loại nằm ở dạng hydroxyl, dạng phức…
Dưới đây chung ta xem xét một số trạng thái tồn tại của chúng trong môi trường

nước.
Tính axit, bazo
Axit được định nghĩa là các hợp chất hóa học có khả năng nhường proton
và bazo là chất có khả năng nhận proton. Định nghĩa này cho thấy tính axit hay
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 6


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

bazo của một hợp chất hóa học là mang tính tương đối: lực tương tác tỉnh điện tỉ
lệ nghịch với hằng số điện môi, hằng số điện môi của nước có giá trị lớn nhất so
với các chất lỏng khác, khả năng nhường proton của axit không chỉ phụ thuộc
vào khả năng cho mà còn phụ thuộc vào sự có mặt của bên nhận, tức là nó tồn tại
đồng thời từng cặp axit – bazo.
Trong nước nếu chỉ có duy nhất một axit thì nó phân li thành proton hay
ion H3O+ (dạng hydrat) và gốc axit tích điện âm A:
HA ↔ H+ + APhân tử axit phân li tốt hay không tốt được đánh qua tỉ lệ giữa phần đã phân
ly (H ,A-) với các phân tử trung hòa không phân ly HA, tức là cường độ axit thể
hiện qua hằng số căng bằng;
+

Một axit dễ phân ly có hằng cao và ngược lại.
Để tiện lợi người ta định giá trị pKA = -lgKA, trị số này cao tức là axit đó có
khả năng phân ly kém.
Theo định nghĩa axit – bazo của Bronsted thì chính gốc A của axit (gốc
muối) là một bazo vì có thể coi là chính nó nhận proton để tạo ra phân tử axit

trung hòa. Nó được gọi là bazo liên hơp của axit chứa nó. Cường độ axit và bazo
liên hợp tỉ lệ nghịch với nhau , tính axit càng mạnh thì tính bazo của bazo kiên
hợp tương ứng càng yếu.
Nước là một chất lưỡng tính axit – bazơ, nó có thể tự cho và nhận proton.
H2O + H2O ↔ H3O+ + OHTrong dung dịch loãng, mol phần của nước bằng 1, gọi tích số ion của nước
là Kw:
Kw = [OH-].[H3O+] = [OH-].[H+]
lgKw = lg[H+] + lg[OH-]
với định nghĩa: pKw = -lgKw.pH = -lg[H+].pOH- = -lg[OH-]
pKw = pH + pOH
Ở 250C, Kw = 1,008.10-14 ứng với nước trunng hòa [OH-] = [H+] tức là pH =
7 (Lê Tứ Sức, 2009).
2.1.5.Cân bằng hấp phụ
a. Dung lượng hấp phụ
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 7


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Sự hấp phụ được đánh giá bằng dung lượng hấp phụ a: là lượng chất bị hấp
phụ trong một đơn vị khối lượng chất hấp phụ.
Dung lượng hấp phụ a là một hàm của hai thông số là nhiệt độ, áp suất.
Giản đồ hấp phụ được biểu diễn theo các đường đẳng nhiệt (T = const) và đẳng
áp. Thông thường đường hấp phụ đẳng nhiệt được sử dụng nhiều hơn.
b.Tốc độ hấp phụ
Tốc độ hấp phụ trên các chất hấp phụ không xốp lường lớn và do đó thường

xác định rất khó. Trong nhiều trường hợp hấp phụ bảo hòa đạt được sau 10 – 20
giây, trong đó 90 – 95% chất bị hấp phụ liên kết với chất hấp phụ chỉ trong 1 – 2
giây đầu. Thực tế cho rằng, tốc độ hấp phụ là tốc độ mà chất bị hấp phụ đến được
bể mặt chất hấp phụ, nghĩa là tốc độ khuếch tán.
Nguyên nhân của chất hấp phụ biểu kiến chậm có thể là cấu tạo của chất
hấp phụ. Chất hấp phụ thường xốp và để các phân tử chất bị hấp phụ chui vào lỗ
xốp cần có một thời gian. Đôi khi nguyên nhân hấp phụ chậm là hấp phụ vật lý
có kèm theo hấp phụ hóa học, đòi hỏi thời gian dài hơn. Cuối cùng nguyên nhân
hấp phụ còn là trên bề mặt chất hấp phụ có không khí hoặc hơi nước hấp phụ.
Hình 2.1: Dạng thường gặp của các đường cong hấp phụ đẳng nhiệt

Hình 2.2: Đường động học tiêu biểu theo nhiệt độ
Hình trên cho thấy sự phụ thuộc lượng chất bị hấp phụ a vào thời gian hấp
phụ t ở các nhiệt độ khác nhau: đường (1) ở T1, đường (2) ở nhiệt độ T2 với
T1
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 8


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Lúc đầu đại lượng hấp phụ thực tế tỉ lệ với thời gian, vì bề mặt chất hấp phụ
còn chưa bị chất bị hấp phụ chiếm giữ. Sau khi đạt cân bằng hấp phụ nó không
phụ thuộc vào thời gian và phản ứng với đoạn đường cong gần như song song
với trục thời gian.
Tốc độ hấp phụ được xác định bằng cách xác định khối lượng chất còn lại

trong dung dịch chưa được hấp phụ tại thời điểm nào đó hoặc theo chênh lệch
khối lượng của chất hấp phụ.
c. Cân bằng hấp phụ hệ một cấu tử
Tại nhiệt độ không đổi, khả năng hấp phụ của một chất rắn (a) tăng lên khi
nồng độ của chất bị hấp phụ (c) lớn lên. Mối quan hệ giữa a và c ở trạn thái cân
bằng gọi là cân bằng hấp phụ.
a = f(c) ; T = const
để mối quan hệ a = f(c) thì hệ hấp phụ phải có đủ thời gian lập được thế cân bằng
hấp phụ.
Nếu gọi co và c là nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu và ở trạng thái cân bằng,
V là thể tích dung dịch, m là khối lượng chất hấp phụ, ở trạng thái cân bằng ta
có:

Đơn vị của a là mg/g, mol/g; của co, c là mol/l, mg/l.
d. Cân bằng hấp phụ hệ nhiều cấu tử
Trong một hệ hấp phụ một cấu tử, khả năng hấp phụ của một hệ được quyết
định bởi nồng độ chất tan ở pha lỏng, nhiệt độ và các yếu tố khác như pH, cường
độ ion. Nếu trong dung dịch tồn tại đồng thời nhiều chất bị hấp phụ thì chúng sẽ
cạnh tranh nhau các vị trí hấp phụ trên bề mặt chất rắn và kết quả là lượng chất
hấp phụ trên bề mặt chất rắn của một cấu tử nào đó sẽ giảm đi so với nếu nó tồn
tại độc lập trong dung dịch.
Dựa vào số liệu thực nghiệm để đánh giá hấp phụ cạnh tranh rất khó khăn,
vì vậy, tìm các mô hình toán học thích hợp để miêu tả là điều rất cần thiết.
Mô hình đầu tiên áp dụng cho hệ hai cấu tử được Buttler và Ockrent xây
dựng vào năm 1930 dưạ trên mô hình của Langmuir, sử dụng thông số hấp phụ
độc lập của từng cấu tử.
Sự hấp phụ trên ranh giới phân chia vật rắn – dung dịch khá phức tạp vì
không những chỉ các phần tử của chất hòa tan bị hấp phụ mà còn cả các phân tử
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 9


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

của dung môi. Đây là sự hấp phụ quan trọng nhất đối với hóa học và có nhiều
ứng dụng trong thực tế.
Lượng chất bị hấp phụ ngoài sự phụ thuộc vào bàn chất, trạng thái của chất
hấp phụ, nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ, nhiệt độ còn phụ thuộc vào bản
chất của chất bị hấp phụ:
+ Khi càng dễ hóa lỏng hoặc có nhiệt độ sôi ở trạng thái lỏng càng cao
thì dễ bị hấp phụ.
+ Chất nào hòa tan càng kém thì càng dễ bị hấp phụ từ dung dịch.
Dựa vào đặc điểm của chất bị hấp phụ có thể phân thảnh hai trường hợp: sự
hấp phụ phân tử và sự hấp phụ chất điện li (Lê Tứ Sức, 2009).
2.1.6. Động học hấp phụ
a. Quá trình chuyển khối
Chuyển khối là sự dịch chuyển của một thành phần vật chất trong hỗn hợp
từ một vị trí này đến một vị trí khác. Có hai loại cơ chế chuyển khối chính là
khuếch tán phân tử và khuếch tán dòng xoáy. Khuếch tán phân tử là sự chuyển
động ngẫu nhiên tự thân của các phân tử trong môi trường khí, lỏng hoặc rắn
dạng vi mô do nguyên nhân chuyển động nhiệt. Khuếch tán dòng xoáy là sự
chuyển động vĩ mô của khối vật chất linh động.
Chuyển khối thường là sự dịch chuyển ngược chiều của các cấu tử khác
nhau. Nếu tồn tại một dòng chuyển động theo cơ chế cưỡng bức (dòng chảy do
trên lệch áp suất, chẳng hạn dòng đối lưu) thì dòng chuyển khối chung (tổng) của
một cấu tử nào đó hoặc tăng (cùng hướng với dòng cưỡng bức) hay giảm (ngược
hướng với dòng cưỡng bức).

Khuếch tán phân tử chậm hơn nhiều so với khuếch tán vòng xoáy. Khuếch
tán phân tử tồn tại trong môi trường chất rắn hoặc lỏng ở trạn thái tỉnh lặng,
trong dòng phẳng hoặc dòng xoáy. Nếu đồng thời tồn tại cả hai loại khuếch tán
thì chúng xảy ra độc lập với nhau và có tính cộng hợp. Nếu một quá trình chuyển
khối xảy ra trong một hệ có nhiều pha, ví dụ giữa pha lỏng và pha rắn, mà ranh
giới giữa các pha ít xảy ra dòng xoáy, thì tổng thể quá trình bị khống chế bởi
khuếch tán phân tử.
b. Khuếch tán phân tử
Khuếch tán phân tử là cơ chế chuyển khối có vai trò quan trọng trong động
học hấp phụ và trao đổi ion vì vậy nó là thông số không thể thiếu khi thiết kế các

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 10


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

hệ xử lý nước bằng kỹ thuật hấp phụ và trao đổi ion.Dưới đây chúng ta xem một
số quy luật về khuếch tán trong môi trường nước.
c. Khuếch tán trong môi trường nước
Khác với khuếch tán trong pha khí, khuếch tán trong chất lỏng chịu tương
tác rất lớn của chất khuếch tán với dung môi và sự khác biệt về kích thước phân
tử giữa dung môi và chất khuếch tán: kích thước của chúng rất gần nhau (nước,
các ion kim loại, khí tan, chất hữu cơ phân tử lượng thấp); khích thước khác biệt
lớn như polyme, protein. Vì lý đó phương pháp tính hệ số khuếch tán chỉ có thể
áp dụng cho một vùng nào đó không mang tính phổ quát, nói cách khác là tính
phổ quát rất hạn chế.

So với chất khí, lý thuyết phân tử chất lỏng chưa phát triển đến mức có thể
áp dụng để khảo sát quá trình khuếch tán. Hai yếu tố gây cản trở chính là sự phụ
thuộc quá lớn của hệ khuếch tán vào nồng độ và khối lượng riêng ít biến đổi so
với mật độ mol khi thay đổi thể tích chất lỏng.
Khi nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ khuếch tán vào nhiệt độ cho thấy các
chất khuếch tán tương tác mạnh với dung môi bởi các lực tương tác giữa các
phân tử, chủ yếu là lực tương tác vật lý. Để có thể chuyển động chúng cần có
một năng lượng hoạt hóa như trong trong trường hợp khuếch tán trong mao quản
nhỏ, nên nó thuộc loại khuếch tán kích hoạt.
Do khuếch tán trong hệ hai cấu tử (chất khuếch tán và dung môi) có gần
cùng giá trị năng lượng hoạt hóa của quá trình kéo trược chất lỏng nên có thể suy
đoán rằng sự dịch chuyển chất khuếch tán chừng mực nào đó bị khống chế bởi
quá trình trượt khỏi vị trí cân bằng của các phân tử đó trong dung môi. Trong quá
trình phát triển lý thuyết “lỗ hổng” của chất lỏng, người ta giả định rằng tốc độ
khuếch tán được quyết định bởi sự tạo ra các lỗ hổng sát cạnh các chất tan, khi
đó các phân tử chất khuếch tán dễ dàng nhảy vào chiếm vị trí lỗ hổng đó. Vậy thì
năng lượng hoạt hóa sẽ tương ứng với năng lượng tạo ra lỗ hổng.
Thực nghiệm cũng chỉ ra rằng năng lượng hoạt hóa có giá trị xấp xỉ 1/3
năng lượng bay hơi của dung môi, đó là một đại lượng cho phép sơ bộ đánh giá
khả năng khuếch tán của một chất tan trong các dung môi khác nhau.
Sự tương tác giữa các chất tan với nước cũng đóng vai trò hết sức quan
trọng đối với quá trình khuếch tán trong đó, tương tác trong hệ lớn hơn nhiều so
với trong pha khí bởi khoảng cách giữa chúng khá gần nằm trong phạm vi phát
huy tác dụng của các loại lực tồn tại trong hệ. Khả năng tương tác trước hết phụ
thuộc vào tính tương đồng về bản chất phân tử: các chất tan có độ phân cực cao,
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 11

Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

có cầu liên kết hydro (rượu, amin), có khả năng khuếch tán chậm hơn so với các
chất ít phân cực. Tương tác giữa các phân tử chất khuếch tán với nhau không
đáng kể trong vùng nồng độ thấp, trong vùng nồng độ cao tương tác sẽ lớn lên và
hệ số khuếch tán giảm. Lớp vỏ hydrat của chất tan cũng ảnh hưởng đến tốc độ
khuếch tán nhất đối với các ion kim loại. Lớp vỏ hydrat lớn (với những ion quá
trị cao, kích thước nhỏ), nồng độ phân tử cồng kềnh khả năng khuếch tán chậm.
Điều này tương ứng với các phân tử cùng loại nhưng có phân tử lượng khác
nhau. Những phân tử nhỏ chuyển động nhanh hơn các phân tử lớn do tính nặng
nề của chúng.
d. chuyển khối trong hệ hấp phụ
Để đạt trạng thái cân bằng, hệ hấp phụ cần có thời gian để các chất tan
khuếch tán tới bề mặt chất rắn, khuếch tán trong hệ mao quản của chất hấp phụ
và giái đoạn hấp phụ thật sự. Tốc độ hấp phụ được đặc trưng bởi sự suy giảm
nồng độ chất tan trong dung dịch hay sự tăng nồng độ chất bị hấp phụ trong chất
rắn theo thời gian. Nó giảm dần theo thời gian và bằng không khi hệ đạt cân
bằng. Tốc độ hấp phụ trong nước bị thường bị khống chế bởi các quá trình
chuyển khối qua màng (còn gọi là chuyển khối ngoài) và chuyển khối trong hạt
chất hấp phụ (chuyển khối trong), nó phụ thuộc vào tính chất của chất hấp phụ,
chất bị hấp phụ và điều kiện thủy động trong hệ. Mô hình toán học mô tả động
học hấp phụ dựa trên nguyên tắc chuyển khối và sự bảo toàn chất của một hệ cụ
thể nào đó.
Khi thiết lập các mô hình động học người ta thường giả thuyết một số điều
kiện: đẳng nhiệt tức là nhiệt tỏa ra không thay đổi nhiệt độ của hệ, thuận nghịch
hoàn toàn, cơ chế chuyển khối có thể mô tả qua định luật khuếch tán, giai đoạn
hấp phụ thật sự nhanh hơn giai đoạn chuyển khối nen bỏ qua không xét đến tức
là trên bề mặt chất rắn cân bằng hấp phụ cục bộ xảy ra tức thì, chất hấp phụ dạng

cầu có cùng kích thước và đẳng hướng, không có sự trên lệch nồng độ chất tan
trong dung dịch xung quanh hạt hấp phụ.
e. Chuyển khối qua màng
Trong nước hay bất kỳ một chất lỏng nào, xung quanh một hạt chất rắn tồn
tại một lớp vỏ mỏng (độ dày khoảng 10 -3 – 10-2- cm) nước, màng này gắn khá
bền ít bị biến động dưới tác động cơ học như khuấy. Khi thấy, do lực cưỡng bức
nồng độ chất tan phân bố ở trong dung dịch khá đều nhưng chỉ tới phía ngoài của
lớp màng. Lớp màng này được xem là một pha riêng biệt, khác hẳn pha dung
dịch và pha rắn.
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 12


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

f. Chuyển khối trong hạt chất hấp phụ
Giai đoạn tiếp theo chuyển khối là quá trình khuếch tán vào sâu trong hạt
đến các vùng hấp phụ bề mặt trong của chất hấp phụ. Khuếch tán trong hạt có thể
xảy ra trong môi trường nước đang lấp đầy các mao quản hoặc dọc theo hình
mao quản của những phân tử đã ở trạng thái hấp phụ. Khuếch tán theo hai cơ chế
trên gọi là khuếch tán thể tích (hoặc khuếch tán mao quản) và khuếch tán bề mặt
(Lê Tứ Sức, 2009).
2.2. Tổng quan tài liệu về tro trấu
2.2.1. Thành phần hóa học của trấu và tro trấu
 Trấu

- Qua tài liệu nghiên cứu cho thấy (Rice husk ash market study 2003-UK)

thành phần hóa học của trấu gồm có: C, H, O, Si, S… và một lượng ẩm nhất
định. Thành phần cấu trúc được thể hiện ở Bảng 2.1
- Trong đó, Carbon có hàm lượng rất cao và giữ vai trò rất quan trọng
(chiếm khoảng 35,7%). Ngoài hàm lượng Carbon thì hàm lượng SiO 2 chiếm một
tỉ lệ đáng kể (10-12%) và hàm lượng này hầu như không thay đổi trong quá trình
đốt trấu (Bảng 2.2).

Bảng 2.1: Tính chất và thành phần của trấu
Tính chất / thành phần của trấu

Đặc trưng

Khối lượng riêng (kg/m3)

96 -160

Chiều dài hạt ( mm )

2,5-5

Độ tro ( % )

22,24

Carbon (%)

35,77

Hydro (%)

5,06

Oxi (%)

36,59

Nitơ (%)

0,32

Lưu huỳnh (%)

0.083

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 13


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT
SiO2(%)

10 – 12

Độ ẩm

8,05

Nguồn: Rice husk ash market study 2003-UK

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của trấu và tro trấu
Tên các thành phần

Mẫu trấu

Mẫu tro trấu thu được khi đốt ở
8000C, hiệu suất thu được 22%

Độ ẩm (%)

9,5

8

Hàm lượng SiO2 (%)

10,1

41,9

Hàm lượng C (%)

54,7

45

Hàm lượng H2 (%)

9,2

Hàm lượng O2 (%)

8,3

Hàm lượng N2 (%)

<0,1

Hàm lượng S (%)

< 0,1
( Đo tại trung tâm QUATEST 3 – TP HCM)
(Nguồn : TS Trịnh Văn Dũng, 2006)

Qua đó cho thấy :
• Hiệu suất thu hoạch tro trấu khi đốt trấu ở 8000C là 22%.
• Trong trấu, Carbon là thành phần giữ yếu tố quan trọng ( C chiếm

đến 54,7%).
• Lượng SiO2 ban đầu trong trấu chiếm khoãng 10,1% ẽ còn lại hoàn
toàn trong tro trấu khi đốt ở 8000C.
• Như vậy khi đốt 100g trấu thì thu được 22g tro, trong đó có 10g là
SiO2 ( chiếm khoảng 42%), 11g là C ( chiếm 45%), 1g còn lại là độ
ẩm, Oxi và các nguyên tố khác.
Qua bảng số liệu trên cho chúng ta thấy, khi nung trấu ở nhiệt độ 800 0C thì
thành phần Carbon trong tro trấu thấy đổi rất ít so với ban đầu và đây là yếu tố
quan trọng quyết định cấu trúc và diện tích riêng bề mặt của tro trấu. Trong đề tài
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 14


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

này đối tượng nghiên cứu của tôi là tro trấu từ lò nung gạch thủ công( nhiệt độ
nung < 8000C) cho nên chúng tôi có thể tham khảo kết quả thành phần hóa học
của tro trấu ở Bảng 2.3 (Lê Ngọc Hăng,2009).
2.2.2. Những ứng dụng của tro trấu trên thế giới
Hiện nay trên thế giới thì tro trấu được ứng dụng rất nhiều vào các ngành
công nghiệp như:
• Trong nhành sản xuất thép:
Vì có tính cách nhiệt tốt và nhiệt độ nóng chảy cao nên tro trấu được sử
dụng làm chất cách nhiệt giữa các tấm thép để ngăn chặn việc bị nguội nhanh để
đản bảo sự đông đặc, ổn định hình dạng của thép.
• Trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng:
Trong tro hàm lượng SiO2 khá cao( ở dạng vi hạt); trong đó, tro trấu được
dùng làm chất phụ gia trong xây dựng như xi măng, gạch chiệu lửa, công nghệ
bán dẫn,…
• Trong ngành hóa học:
Hiện nay, trên thế giới đang nghiên cứu dử dụng tro trấu để làm chất hấp
phụ, sản xuất Oxit silic. Nhu cầu và tiềm năng ứng dụng của than trấu được
thống kê ở Bảng 2.3)
Bảng 2.3: Nhu cầu và tiềm năng ứng dụng than trấu
Lĩnh vực ứng
dụng

Trạng thái của thị
trường hiện nay

Nhu cầu của thị
trường hiện nay

Nhu cầu trong
tương lai

CN thép

Đang ứng dụng

Trung bình

Nhiều, tăng

CN xi măng

Đang ứng dụng

Nhiều

Nhiều

Vật liệu xây dựng
nhẹ

Đang ứng dụng

Ít

Ít đến trung bình

Sản xuất chíp
silicon

Đang nghiên cứu

Ít

Nhiều, tăng

Sản xuất gạch
chịu lửa

Mói ứng dụng

Ít

Tăng

Sản xuất than hoạt

Đang nghiên cứu

Ít

Nhiều, tăng

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 15


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

tính
Chất hấp phụ
trong đất

Đang ứng dụng

Ít

Nhiều, tăng

Nguồn: Rice husk ash market study 2003-UK
Qua bảng trên ta thấy, tro trấu là một vật liệu đầy hứa hẹn trong tương lai,
nhất là lĩnh vực sản xuất than hoạt tính.
2.2.3. Những ứng dụng của tro trấu tại Việt Nam
Ở Việt Nam hiện nay tro trấu cũng đang được nghiên cứu và ứng dụng vào
một số nghành những vẫn còn hạn chế.
• Trong nông nghiệp :
Tro trấu có khả năng cải tạo đất rất tốt, vì trấu có cấu trúc xốp nên đối với
đất bạc màu chai cứng thì trấu làm đất tơi xốp lại , tro trấu có hàm lượng khoáng
nhiều dùng để bón cho hoa màu.
• Trong ngành xây dựng:

Tro trấu được dùng làm phụ gia cho vữa xây dựng thay thế cho
silicafume, vì trong tro trấu với thành phần chủ yếu là silic ở dạng vô định hình
có hoạt tính rất cao làm cho cường độ của vữa tự chảy luôn cao hơn so với dùng
silicafume (silicafume là một chất phụ gia của vữa tự chảy dùng trong xây dựng,
được nhập khẩu từ một số nước trên thế giới như: Thụy Điển, Tây Ban Nha và
Châu Phi,…)
Bên cạnh đó tro trấu cũng đang được nghiên cứu và ứng dụng vào các lĩnh
vực như sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng nhẹ,…
• Trong ngành hóa học:
Tro trấu đang được nghiên cứu để sản xuất silic oxic, chất hấp phụ. Hiện
nay, việc nghiên cứu tận dụng tro trấu một cách hiệu quả hơn vẫn còn mới mẽ và
mang tính chiến lược trong định hướng phát triển ngành vật liệu ở Việt Nam,
cũng như ứng dụng chúng vào lĩnh vực xử lý môi trường (Lê Ngọc Hăng, 2009).
2.3. Tổng quan về ngành dệt nhuộm
2.3.1. Các quy trình cơ bản trong công nghệ dệt nhuộm
Thông thường công nghệ dệt nhuộm gồm 3 quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt
vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải. Trong đó được chia thành các
công đoạn sau:

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 16


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

- Làm sạch nguyên liệu: nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch
và trộn điều. Sau quá trình làm sạch bông được thu dưới dạng các tấm phẳng đều.

- Chải: các sợi bông được chảy song song và tạo thành các sợi thô.
- Kéo sợi, đánh bóng, mắc sợi: tiếp tục kéo thô tại các máy sợi con để
giảm kích thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc
dệt vải. Tiếp tục mắc sợi là dồn qua các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ
sợi.
- Hồ sợi dọc: hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hố
bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt
vải.
- Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc thành hình tấm vải mộc.
- Giũ hồ: tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương
pháp enzym (1% enzym, muối và các chất ngấm) hoặc axit (dung dịch H 2SO
0.5%). Vải sau khi giủ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa
sang nấu tẩy.
- Nấu vải: loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên như dầu
mỡ, sáp…Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao
(2 – 3 at) và ở nhiệt độ cao (120 – 130 0C). Sau đó vải được giặt nhiều lần.
- Làm bóng vải: làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước các
mao quản làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước hơn, tăng khả năng bắt
màu thuốc nhuộm.
- Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn.
Các chất tẩy thường dùng là natri clorit NaCLO 2, natri hypoclorit NaOCl hoặc
hydro peroxyte H2O2 cùng với các chất phụ trợ.
- Nhuộm vải và hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải.
Thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tồng hợp cùng với các chất trợ nhuộm để
tạo sự gắn màu của vải.
In hoa là tạo ra các văn hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc
vải màu. Sau khi nhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần. Phần thuốc nhuộm
dư không gắn vào vải và các hóa chất sẽ đi vào nước thải. Văng khổ, hoàn tất vải
với mục đích ổn định kích thước vải, chóng nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử
dung một số hóa chất chống màu, chất làm mềm và hóa chất như metylic, axit

axetic, formaldehit (Nguyễn Thị Anh, 2011).

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 17


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Hồ sợi

Chuẩn bị sợi nguyên liệu

Dệt vải

Chuẩn bị nhuộm: rũ hồ, nấu tẩy

Làm bóng
Nhuộm

In bông

Cầm màu

Giặt tẩy

Hồ văng

Co ủi

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Kiểm gấp
Trang 18
Đóng kiện

Cào lông


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Hình 2.3: Sơ đồ quy trình công nghệ dệt nhuộm
2.3.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng trong công nghệ dệt nhuộm
a. Thuốc nhuộm hòa tan trong nước:
 Thuốc nhuộm trực tiếp

Thuốc nhuộm trực tiếp hòa tan trong nước, nhưng ở nhiệt độ nhỏ hơn 25 0C
khó hòa tan hơn. Khi nhuộm hoặc in hoa, thuốc nhuộm trực tiếp bắt màu thẳng
vào vật liệu không phải qua khâu xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm các
loại vật liệu từ xenlulo như: vải sợi bông, lụa vixco, đay, gai…
 Thuốc nhuộm axit

Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là
R-SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu.
Thuốc nhuộm axit dùng để nhuộm và in hoa những loại xơ sợi và vật liệu
cấu tạo từ protein như: len, lụa tơ tằm, lông thú, da thuộc và xơ tổng hợp họ

pollyamid.
Thuốc nhuộm axit gồm 3 loại:
- Thuốc nhuộm axit thông thường.
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 19


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

- Thuốc nhuộm axit cầm màu.
- Thuốc nhuộm axit chứa kim loại.
 Thuốc nhuộm hoạt tính

Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là SAr-T-X.
Trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; A r là gốc thuốc
nhuộm, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loai
hoặc ftaloxiamin; T là gốc mang nguyên tử phản ứng; X là nguyên tử phản ứng.
Loại thuốc nhuộm này kkhi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin
thơm được xem là tác nhân gây ung thư.
 Thuốc nhuộm bazo – cation

Thuốc nhuộm bazo khi hòa tan trong nước chúng phân ly thành các phần
mang màu tích điện dương. Tuy được tổng hợp từ các gốc màu khác nhau nhưng
tất cả thuốc nhuộm bazo đều hòa tan tốt trong nước, có cường độ màu và độ tươi
rất cao.
Thuốc nhuộm cation là một loại thuốc nhuộm bazo đặc biệt được sản xuất
về sau. Chúng có đặc điểm như thuốc nhuộm bazo, chỉ khác là chúng bắt màu

mạnh vào xơ polyacrylnitril và chỉ dùng cho thuốc nhuộm in hoa các loại vải,
hàng dệt kim từ loại xơ này. Chúng bắt màu tốt ở nhiệt độ 90 – 100cC.
b. Thuốc nhuộm không tan trong nước
 Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Là những chất màu hữu cơ không tan trong nước, được sử dụng chủ yếu để
nhuộm các chế phẩm từ xenlulo.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm 2 loại hợp chất hữu cơ:
- Hợp chất kiểu indigo (xanh chàm).
- Các hợp chất thơm đa vòng gồm nhiều phân nhóm.
 Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ,
dưới tác dụng của các chất khử nó chuyển về dạng axit, tan trong môi trường
kiềm tạo dạng bazo dễ phân hủy và oxy hóa về màu.
Thuốc nhuộm lưu huỳnh có chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin..trong
đó có cầu nói –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và vicose.
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 20


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

 Thuốc nhuộm phân tán

Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử từ gốc azo và antraquinon và
nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng

hợp (sợi axetat, sợi polieste…) không ưa nước.
 Thuốc nhuộm Pigment

Là những chất màu không hòa tan trong nước, dung môi hữu cơ, không có
ái lực với xơ sợi và các vật liệu khác.
Thuốc in, nhuộm pigment có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng,
ftaoxiamin, dẫn xuất của antraquinon…
 Thuốc nhuộm azo không tan

Trong phân tử của chúng có chứa nhóm mang màu azo (-N=N-) nhưng
không chứa các nhóm có tính tan (-SO 3Na, -COONa) nên chúng không tan trong
nước. Thuốc nhuộm azo được dùng nhiều để nhuộm nền và in hoa theo kiểu in
phá gắn màu nhưng không bền dưới tác dụng của ánh sáng.
2.3.3. Thành phần và đặc tính của nước thải dệt nhuộm
Nước thải công nghệ dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp. Theo tính toán từ
các loại hóa chất sử dụng như: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly,
chất ngậm, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất oxy hóa…đã có hàng trăm
loại hóa chất đặc trưng như các chất hòa tan và kim loại nặng.
Nước thải tẩy giặt có pH dao động khá lớn từ 9 – 12, hàm lượng chất hữu
cơ cao (COD = 1000 – 3000 mg/l) do thành phần các chất tẩy gây nên. Độ màu
của nước thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể lên đến 10.000 PtCo, hàm lượng cặn lơ lửng SS có thể đạt đến chỉ số 2000 mg/l, nồng độ này giảm
dần ở cuối chu kỳ xả và giặt. Thành phần chủ yếu của nước thải bao gồm: thuốc
nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất oxy hóa, cellulose, xáp, xút, chất
điện ly…
Còn thành phần nước thải dệt nhuộm thường không ổn định và đa dạng,
thay đổi ngay trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau, thậm chí
ngay cả khi cùng một loại vải với loại thuốc nhuộm khác nhau. Môi trường
nhuộm có thể là axit hoặc kiềm, hoặc trung tính. Phần lớn hiệu quả hấp thụ thuốc
nhuộm của vải chỉ đạt 60 – 70%, 30 – 40% các phẩm nhuộm thừa còn lại ở dạng
nguyên thủy hoặc một số đã bị phân hủy ở dạng khác, ngoài ra một số các chất

điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo môi trường…cũng tồn tại trong thành

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 21


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

phần loại nước thải này. Đó là nguyên nhân gây ra độ màu rất cao của nước thải
dệt nhuộm.
Nhìn chung, thành phần phẩm nhuộm thường chứa các gốc như: R-SO3Na,
RSO3H, N-OH, R-NH2, R-Cl… pH nước thải thay đổi từ 2 – 14, độ màu rất cao
đôi khi lên đến 50.000 Pt-Co, hàm lượng COD thay đổi từ 80 – 18000 mg/l. Tùy
theo từng loại phẩm nhuộm (phân tán hay trực tiếp, hoạt tính…) mà ảnh hưởng
đến tính chất nước thải, riêng trường hợp sử dụng phẩm nhuộm phân tán, đối với
một số mẫu nhất định nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng thấp, nước trong suốt,
độ màu không đáng kể, đa số cặn không tan lắng được.
Ngoài ra, thành phần nước thải chứa các nhóm hòa tan như: acid axetic,
formic, chất oxy hóa (NaClO, H2O2), phẩm nhuộm trực tiếp, crom, hoạt tính,
acid, bazơ, chất tẩy giặt, chất khử…và các nhóm không tan là: phẩm nhuộm azo,
aniline black, naphtine, phẩm nhuộm phân tán, tinh bột…
Mặt khác, thành phần và tính chất nước thải thay đổi liên tục trong ngày
dẫn đến độ màu, hàm lượng chất hữu cơ, độ pH, hàm lượng cặn đều không ổn
định.

Bảng:2.4: Nồng độ của các thành phần trong nước thải dệt nhuộm:
Thành phần

Đặc điểm

pH

2 - 14

COD (mg/l)

60 - 5000

BOD (mg/l)

20 - 3000

PO43- (mg/l)

10 - 1800

SO43- (mg/l)

<5

Độ màu (Pt-Co)

40 - 5000

Q (m3/tấn sp)

4 - 4000

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 22


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

Bảng 2.5: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt – nhuộm
Công đoạn

Chất ô nhiễm trong nước thải

Đặc tính của nước thải

Hồ sợi, giũ hồ

Tinh bột, glucozo, carboxy
metyl xelulozo, polyvinyl
alcol, nhựa chất béo và sáp.

BOD cao (34 – 50% tổng
sản lượng BOD).

Nấu, tẩy

NaOH, chất sáp và dầu mỡ,
tro, soda, silicat natri và xo

sợi vun.

Độ kiểm cao, màu tối,
BOD cao (30% tổng
BOD).

Tẩy trắng

Hipoclorit, hợp chất clo,
NaOH, AOX, axit…

Độ kiềm cao, chiếm 5%
BOD.

Làm bóng

NaOH, tạp chất.

Độ kiềm cao, chiếm 5%
BOD)

Nhuộm

Các loại thuốc nhuộm,
axitaxetic và các muối kim
loại.

Độ màu rất cao, BOD
khá cao (6% tổng BOD),
TS cao.

In

Chất màu, tinh bột, dầu, đất
sét, muối kim loại, axit…

Độ màu cao, BOD cao và
dầu mỡ.

Hoàn thiện

Vệt tinh bột, mỡ động vạt,
muối.

Kiềm nhẹ, BOD thấp,
lượng nhỏ.

Trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, nước thải nhuộm gồm 3 loại chính:
 Nước thải phẩm nhuộm hoạt tính.
 Nước thải phẩm nhuộm sunfua.
 Nước thải tẩy.

Thành phần tính chất nước thải nhuộm được trình bày theo bảng sau:

Bảng 2.6: Thành phần và tính chất của nước thải dệt nhuộm
Chỉ tiêu

Đơn vị

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Kết quả
Trang 23


Khóa luận Tốt nghiệp

pH

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT
Nước thải hoạt tính

Nước thải sunfua

Nước thải tẩy

10 - 11

> 11

> 12

COD

mg/l

450 - 1500

10000 - 40000

9000 - 30000

BOD5

mg/l

200 - 800

2000 - 10000

4000 - 17000

N tổng

mg/l

5 - 15

100 - 1000

200 - 1000

P tổng

mg/l

0,7 - 3

7 - 30

10 - 30

SS

mg/l

-

-

-

Màu

Pt-Co

7000 - 50000

10000 - 50000

500 - 2000

Độ đục

FAU

140 - 1500

8000 - 200000

1000 - 5000

(Nguyễn Thị Anh, 2011).

2.3.4. Tác động ô nhiễm môi trường
Nước thải công nghiệp dệt nhuộm gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi
trường sống, độ màu, pH, TS, BOD, COD, nồng độ vượt quá tiêu chuẩn cho
phép xả vào nguồn. Hàm lượng chất hoạt động bề mặt đôi khi khá cao, lên đến
10 – 12 mg/l, khi thải vào nguồn nước như sông, kênh, mương, tạo màng nổi trên
bề mặt, ngăn cản sự khuếch tán của oxi vào môi trường, gây nguy hại cho hoạt
động của thủy sinh vật.
Mặt khác một số hóa chất chứa kim loại nặng như crom, nhân thơm benzen,
các thành phần chứa độc tố không những có thể tiêu diệt thủy sinh vật mà còn
gây hại trực tiếp đến dân cư khu vực lân cận. Một số các bệnh nguy hiểm có thể
gặp như bệnh ngoài da, ung thư…
Bên cạnh đó, độ màu cảu nước thải quá cao, việc xả liên tục vào nguồn
nước đã làm cho độ màu tăng dần, dẫn đến hiện tượng nguồn nước bị vẫn đục,
chính các thuốc nhuộm thừa có khả năng hấp thụ ánh sáng, ngăn cản sự hấp thụ
ánh sáng vào nước, vì vậy thực vật dần bị hủy diệt, sinh thái nguồn nước có thể
bị ảnh hưởng. Công nghệ dệt nhuộm gây ô nhiễm nặng đến môi trường một mặt
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 24


Khóa luận Tốt nghiệp

SVTH: Huỳnh Văn Bình – DH10MT

do lượng chất rắn hòa tan rất lớn. Mặt khác, khối lượng nước thải cũng lớn, bình

quân các nhà máy mỗi ngày thải từ 1000 – 3000 m 3 vào cống thải, lênh mương.
Với lưu lượng lớn, nước thải tích lũy, tồn động gia tăng mức độ ô nhiễm. Hơn
nữa, chất lượng nước thường không ổn định, pH thay đổi liên tục gây khó khăn
cho sự thích nghi, sinh trưởng của thủy sinh vật. Một số kim loại nặng tồn tại
dưới dạng phẩm nhuộm, các hóa chất phụ trợ cũng rất nguy hại, là độc tố tiêu
diệt thủy sinh vật và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con nguoi (Nguyễn Thị
Anh, 2011).
2.3.5. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
Nước thải dệt nhuộm có đặc điểm là tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng, độ
màu, BOD, COD cao. Do đặc thù của công nghệ, việc lựa chọn các phương pháp
xử lí thích hợp phải dựa vào nhiều yếu tố như lưu lượng nước thải, đặc tính nước
thải, hàm lượng các chất ô nhiễm, tiêu chuẩn thải...Có thể dựa theo các phương
pháp sau:
a. Xử lý bằng phương pháp cơ học

Tách các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước thải. Công trình xử lí cơ
học
bao gồm:
• Song chắn rác

Nhiệm vụ giữ cặn rác thô như giẻ rách, lá cây, nhựa, gỗ...ra khỏi nước thải.
Nhằm bảo vệ bơm, van , đường ống, cánh khuấy. Song làm bằng sắt tròn hoặc
vuông (sắt tròn có = 8 – 18mm), thanh nọ cách thanh kia một khoảng bằng 60 –
100mm đểchắn vật thô và 10 – 25mm để chắn vật nhỏ hơn, đặt nghiêng theo
dòng chảy 1 góc 60– 90o.
• Lưới chắn rác

Để xử lí sơ bộ, thu hồi các sản phẩm quý ở dạng chất không tan trong nước
thải, các chất bị giữ lại như sợi, len, lông động vật. Lưới lọc phân biệt thành 2
loại phẳng và loại trụ. Theo phương pháp làm sạch thì phân loại thành loại khô

và ướt.
• Bể lắng

Là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan khỏi
nước thải. Bể lắng có cấu tạo mặt bằng là hình chữ nhật hay hình tròn, được thiết
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 25