nghiên cứu sử dụng nanoclay hữu cơ làm vật liệu hấp phụ thuốc nhuộm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HOÁ HỌC

BÙI THỊ THU

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NANOCLAY
HỮU CƠ LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ
THUỐC NHUỘM
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Hoá công nghệ - Môi trường

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Phạm Thị Thu Hà

HÀ NỘI - 2014


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này được hoàn thành tại Phòng vật liệu Polyme – Viện Hóa
học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Thị Thu Hà đã tận tình
hướng dẫn em trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này.
Trong thời gian thực hiện khóa luận này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản
thân, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình, những ý kiến đóng góp, chỉ bảo
quý báu của các anh chị tại Phòng Vật liệu Polyme - Viện Hoá Học - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến
các anh chị đã dành cho em sự giúp đỡ quý báu đó.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý khoa học, Ban
Chủ nhiệm Khoa Hóa học- Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, nơi em đã

được đào tạo và hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng em xin cảm ơn sự cổ vũ, động viên và giúp đỡ của gia đình và
bạn bè trong quá trình học tập.
Hà Nội, tháng 05 năm 2014
Sinh viên
Bùi Thị Thu


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng em.
Các số liệu, kết quả trong khóa luận “Nghiên cứu sử dụng nanoclay
hữu cơ làm vật liệu hấp phụ” là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kì công trình nào nào khác.
Sinh viên
Bùi Thị Thu


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân tử thuốc nhuộm axit yellow 17...............................................5
Hình 1.2. Thuốc nhuộm cation methylene blue..............................................6
Hình 1.3. Phân tử thuốc nhuộm hoạt tính RY145...........................................7
Hình 1.4. Phân tử thuốc nhuộm hoạt tính RB19............................................7
Hình 1.5. Công thức cấu tạo của a-traquinon..................................................9
Hình 1.6. Công thức cấu tạo của Diaryl metan...............................................9
Hình 1.7. Công thức cấu tạo của Triaryl metan..............................................9
Hình 1.8. Hàm lượng COD, BOD5 và SS trong nước thải một số cơ sở làng
nghề dệt nhuộm, ươm tơ, dệt vải.....................................................................14
Hình 1.9. Các sự định hướng của các ion ankyl amoni trong các khoảng cách
giữa các lớp silicat...........................................................................................24
Hình 1.10. Sự thay đổi

khoảng cách giữa các lớp aluminosilicat của

montmorilonit chứa ankyl amoni theo độ dài mạch cacbon (n c) do sự tạo
thành các lớp đơn, các lớp kép, và các lớp giả tam phân tử của các ion ankyl
amoni...............................................................................................................25
Hình 1.11.
Các cách tập hợp đuôi ankyl được Vaia và các cộng sự

(1994) đưa

ra......................................................................................................................27
Hình 1.12. Mẫu phân tử của các chất hoạt động bề mặt với các độ dài mạch
khác nhau thâm nhập vào trong các sét có dung tích trao đổi
cation khác nhau..............................................................................................28
Hình 2.13. Công thức cấu tạo của Methylene Blue.........................................34
Hình 2.14. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir............................................38
Hình 2.15. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Langmuir..............39
Hình 2.16. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich..........................................40
Hình 2.17. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich.............40


Hình 3.18. Phương trình đường chuẩn Methylene Blue.................................43
Hình 3.19. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ.....................................44
Hình 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ............................46
Hình 3.21. Sự biến đổi lượng chất bị hấp phụ theo thời gian ở các nồng độ
thuốc nhuộm ban đầu khác nhau.....................................................................48
Hình 3.22. Đường đẳng nhiệt Freundlich ở 25oC............................................
Hình 3.23. Đường đẳng nhiệt Langmuir ở 25oC.............................................
Hình 3.24. Đường đẳng nhiệt Freundlich ở 35oC............................................

Hình 3.25. Đường đẳng nhiệt Langmuir ở 35oC.............................................
Hình 3.26. Đường đẳng nhiệt Freundlich ở 45oC............................................
Hình 3.27. Đường đẳng nhiệt Langmuir ở 45oC.............................................
Hình 3.28. Đường đẳng nhiệt Freundlich ở 55oC............................................
Hình 3.29. Đường đẳng nhiệt Langmuir ở 55oC.............................................
Hình 3.30. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 5 mg/L........................................
Hình 3.31. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 5 mg/L........................................
Hình 3.32. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 10 mg/L.......................................
Hình 3.33. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 10 mg/L.......................................
Hình 3.34. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 20 mg/L.......................................
Hình 3.35. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 20 mg/L.......................................
Hình 3.36. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 25 mg/L.......................................
Hình 3.37. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 25 mg/L.......................................
Hình 3.38. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 40 mg/L.......................................
Hình 3.39. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 40 mg/L.......................................
Hình 3.40. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 50 mg/L.......................................
Hình 3.41. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 50 mg/L.......................................
Hình 3.42. Nồng độ 10 mg/L..........................................................................56
Hình 3.43. Nồng độ 20mg/L...........................................................................56
Hình 3.44. Nồng độ 25 mg/L..........................................................................56


Hình 3.45. Nồng độ 40 mg/L..........................................................................56


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm
.........................................................................................................................13
Bảng 1.2. Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi...........................14
Bảng 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ.........................44

Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ theo thời gian.............................45
Bảng 3.5. Dung lượng hấp phụ ở các nhiệt độ khác nhau theo thời gian
.........................................................................................................................46
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm ban đầu và thời gian đến quá
trình hấp phụ....................................................................................................47
Bảng 3.7. Kết quả tính các hằng số trong hai mô hình Langmuir và
Freundlich của thuốc nhuộm MB ở các nhiệt độ khác nhau
.........................................................................................................................
51
Bảng 3.8. Các thông số động học của quá trình hấp phụ................................55
Bảng 3.9. Thông số nhiệt động học của quá trình hấp phụ tại các nhiệt độ
khác nhau.........................................................................................................57


MỤC LỤC


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Phẩm nhuộm hữu cơ là một trong những chất gây ô nhiễm nặng nguồn
nước. Các ngành công nghiệp dệt nhuộm, giấy, chất dẻo, thực phẩm, mỹ phẩm
thường sử dụng phẩm màu. Có khoảng 10.000 loại thuốc nhuộm,với số lượng
trên 7x105 tấn được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới hàng năm. Các hóa chất
này gây độc hại cho các sinh vật sống dưới nước. Đã có nhiều phương pháp từ
vật lý, hóa học, hóa lý đến vi sinh học được sử dụng như:

- Khử màu nhuộm của nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp
vi sinh.
- Khử màu nhuộm anion trong các dung dịch thải mang tính axit
bằng hạt chitosan khâu mạch.
- Xử lý yếm khí nước thải ngành dệt.
Trong các phương pháp trên, hấp phụ là phương pháp hóa lý phổ biến và
đem lại hiệu quả cao trong việc khử màu nhuộm. Những chất hấp phụ được sử
dụng trong ứng dụng này như: than hoạt tính, zeolit, tro than, chitin, chitosan,
… Trong số các chất hấp phụ trên, khoáng sét được biết đến là loại nguyên
liệu rẻ tiền vì chúng có thể dễ dàng tìm được trong tự nhiên. Khả năng hấp
phụ của khoáng sét còn được nâng cao hơn nữa nếu ta biến tính khoáng sét
bằng cách làm tăng khoảng cách giữa các lớp sét hay tăng độ xốp của hạt sét.
Ở Việt Nam khoáng sét Bentonite được tìm thấy ở nhiều nơi Cổ Định (Thanh
Hóa), Di Linh (Lâm Đồng), Bình Thuận, Mộc Châu,... với trữ lượng dồi dào.
Trong đó mỏ Bentonit Bình Thuận có trữ lượng lớn hàng trăm triệu tấn, mới
được tìm thấy năm 1987. Do vậy, chúng em đã thực hiện đề tài “ Nghiên cứu
sử dụng nanoclay hữu cơ làm vật liệu hấp phụ thuốc nhuộm”.

Bùi Thị Thu

9

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

2. Mục đích của đề tài
Đề tài này được thực hiện với mục đánh giá khả năng xử lý thuốc nhuộm
của khoáng sét biến tính (nanoclay hữu cơ).
3. Phương pháp nghiên cứu
- Đánh giá ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ
- Động học quá trình hấp phụ
- Đẳng nhiệt hấp phụ
- Năng lượng hoạt hóa của quá trình hấp phụ

Bùi Thị Thu

10

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ngành dệt nhuộm và quy trình dệt nhuộm
1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm [1, 2]
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần
nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật
liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu). Ngoài ra các hợp chất
có màu còn phải đáp ứng các yêu cầu khác như có độ bền màu, không độc hại
trong tổng hợp và sử dụng, áp dụng dễ dàng, có giá thành chấp nhận được.
1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm bao gồm nhiều loại có cấu trúc hóa học khác nhau và
được phân loại một cách có hệ thống, như trong từ điển thuốc nhuộm (Colour
Index). Trong đó chất màu được phân loại theo 3 cách:
- Phân loại theo nguồn gốc;
- Phân loại theo đặc tính áp dụng;
- Phân loại theo cấu trúc hóa học.
* Phân loại theo nguồn gốc
Có hai loại thuốc nhuộm: thiên nhiên và tổng hợp, nhưng hiện nay
người ta 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 các 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. Cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm
mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối
đôi liên hợp với hệ điện tử (π) linh động như >C=C<, >C=O, -N=N-, >C=N-,
… Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhân điện tử, như –SH,
-COOH, -OH, -NH2…

Bùi Thị Thu

11

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

* 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 là liệt kê trong bộ đại từ điển về thuốc nhuộm: Color Index,
trong đó mỗi thuốc nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu
sắc và phạm vi sử dụng. Theo cách phân loại này, một số loại thuốc nhuộm
chính được dùng trong công nghiệp dệt là:
- Thuốc nhuộm trực tiếp: thuốc nhuộm trực tiếp hòa tan trong nước.
Nhưng ở nhiệt độ dưới 250C khó hòa tan hơn. Những thuốc nhuộm dễ hòa tan
trong nước có thể hòa tan tối đa đến 40 g/l (thông thường 20-25 g/l). Một số
màu chỉ dễ hòa tan trong môi trường kiềm yếu.
Về màu sắc, thuốc nhuộm trực tiếp có đủ các gam màu từ vàng đến đen,
màu của chúng tươi, được sử dụng để nhuộm, hoặc in hoa chủ yếu trên các
loại vật liệu từ xenlulozơ như: vải sợi bông, nhựa vixco, đay, gai,…Có một số
màu được sử dụng để nhuộm tơ tằm.
Khi nhuộm hoặc in hoa các vật liệu kể trên, thuốc nhuộm trực tiếp bắt
màu thẳng vào vật liệu không qua khâu xử lý trung gian. Dạng tổng quát: ArSO3Na. Khi hòa tan trong nước, nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và
bắt màu vào sợi.
- Thuốc nhuộm axit: có công thức quát cũng giống như thuốc nhuộm
trực tiếp nhưng vì phân tử của chúng nhỏ hơn nên chúng dễ dàng hòa tan
trong nước hơn. Nhiều trường hợp hòa tan triệt để ngay ở điều kiện thường.
Thuốc nhuộm axit có tên gọi như vậy vì chúng bắt màu vào vật liệu trong môi
trường axit.
Thuốc nhuộm axit dùng để nhuộm và in hoa những loại xơ sợi và vật
liệu cấu tạo từ protein, nghĩa là trong phân tử của chúng có chứa nhóm amin
tự do như: len, lụa tơ tằm, lông thú, lông gà vịt, da thuộc và xơ tổng hợp họ

Bùi Thị Thu

12

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

polyamid. Do có phân tử nhỏ và lực hấp phụ yếu nên chúng không bắt màu
vào vật liệu xenlulozơ.
Thuốc nhuộm axit cũng có đủ các gam màu. Màu của chúng rất tươi.
Trong môi trường axit, chúng liên kết với vật liệu chủ yếu bằng liên kết ion
theo phương trình tổng quát sau:
Ar-SO3Na + Ar1-NH3Cl → Ar-SO3 –H3N –Ar1 + NaCl

Hình 1.1. Phân tử thuốc nhuộm axit yellow 17
Trong đó: Ar là kí hiệu cho gốc thuốc nhuộm
Ar1 là kí hiệu cho vật liệu in hoa.
Thuốc nhuộm axit có ba loại:
+ Thuốc nhuộm axit cầm màu
+ Thuốc nhuộm axit thông thường
+ Thuốc nhuộm axit chứa kim loại
- Thuốc nhuộm bazơ - cation: thuốc nhuộm bazơ 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 bazơ đều tan
tốt trong nước, có cường độ màu và độ tươi rất cao, dường như màu của
chúng tươi hơn tất cả các lớp thuốc nhuộm khác. Thuốc nhuộm bazơ cũng có
đủ các gam màu.
Thuốc nhuộm cation là một loại thuốc nhuộm bazơ đặc biệt, được sản
xuất về sau. Chúng có đặc điểm như thuốc nhuộm bazơ, chỉ khác là chúng bắt

Bùi Thị Thu

13

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

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- 1000C.

Hình 1.2. Thuốc nhuộm cation methylene blue
- Thuốc nhuộm phân tán: không chứa các nhóm tạo cho thuốc nhuộm
tính tan, độ hòa tan trong nước rất thấp. Trong phân tử chứa nhóm amin ở
dạng tự do, hay đã ankyl hóa nên thuốc nhuộm trung tính hay tính bazơ yếu.
Dùng cho xơ xenllulo acetate, polyamine và polyeste.
- Thuốc nhuộm lưu hóa: là những hợp chất màu không tan trong nước
và một số dung môi hữu cơ, dưới tác dụng của chất khử nó chuyển về dạng
axit, tan trong môi trường kiềm tạo dạng bazơ dễ bị phân hủy và oxy hóa về
màu. Thuốc nhuộm lưu huỳnh có màu kém tươi, độ bền không cao, dùng để
nhuộm các loại vải, xơ xenlulo… Không nhuộm được len và tơ tằm vì dung
dịch có tính kiềm mạnh.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Tạo ra hầu hết các ánh màu và đặc biệt
quan trọng trong khâu nhuộm vải có nguồn gốc xenlulo. Chúng là hợp chất
hữu cơ không tan trong nước, chứa nhóm xeton và có dạng tổng quát:

R=C=O. 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:
Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau 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 hoạt tính: Thường sử dụng cho hàng dệt xenllulo, là
thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với xơ sợi trong những điều
Bùi Thị Thu

14

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

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: vinysunfon, 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 (-SO 3Na, -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 (-Cl,
-SO2, -SO3H, -CH=CH2, …)
- T: Nhóm mang nguyên tử hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực hiện liên
kết giữa thuốc nhuộm và xơ.

Ví dụ:

Hình 1.3. Phân tử thuốc nhuộm hoạt tính RY145

Hình 1.4. Phân tử thuốc nhuộm hoạt tính RB19
Bùi Thị Thu

15

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

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 triển 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 nhuôm hoạt tính không
chỉ tham gia vào phản ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân:
Tổng quát:
S – R – T – Y + HO-xơ → S – R – T– O – Xơ + HY
Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng giữa thuốc nhuộm
và xơ sợi không đạt hiệu quả 100%. Để 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 tổn 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.
* 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: Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều
nhóm azo (-N=N-). Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng
lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm
2/3 các màu hữu cơ trong Color Index.
- Thuốc nhuộm a-traquinon: Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay
nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:

Bùi Thị Thu

16

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

Hình 1.5. Công thức cấu tạo của a-traquinon
Họ thuốc 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. Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng
thuốc nhuộm.

Hình 1.6. Công thức cấu tạo của Diaryl metan

Hình 1.7. Công thức cấu tạo của Triaryl metan
- Thuốc nhuộm phtaloxianin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là
hệ liên hợp 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 kim loại màu sắc của thuốc nhuộm
thay đổi. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm
khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm.

Bùi Thị Thu

17

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

1.1.3. Quy trình dệt nhuộm
1.1.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ [4]
- Nấu vải:
Là quá trình loại trừ hồ còn lại và đại bộ phận các tạp chất thiên nhiên
của xơ sợi, tách dầu mỡ từ cách nấu vải trong dung dịch kiềm và chất tẩy giặt

ở áp suất cao (2-3at). Do vậy nước thải ra sau quá trình nấu có độ kiềm cao,
chứa dầu mỡ, chất tẩy rửa, các tạp chất thiên nhiên từ xơ sợi khó phân hủy.
- Tẩy vải:
Mục đích làm cho vải sạch màu tự nhiên, sạch các vết dầu mỡ, bẩn và
làm cho vải đạt độ trắng đúng yêu cầu.
Vải thường được tẩy trắng bằng dung dịch clo, hypochrorit hoặc
peroxit (H2O2) cùng với các chất phụ trợ khác để tạo môi trường và các chất
hoạt động bề mặt.
Tẩy bằng H2O2 tuy giá thành sản phẩm đắt nhưng không ảnh hưởng
đến môi trường sinh thái. Nước thải chủ yếu chứa kiềm dư, các chất hoạt
động bề mặt.
Tẩy vải bằng các hợp chất chứa clo giá thành rẻ, nhưng sẽ làm tăng
hàm lượng hợp chất halogen hữu cơ trong nước thải. Các chất này có khả
năng gây ung thư (như Triclometan).

Bùi Thị Thu

18

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

Nguyên
liệu đầu

Làm sạch, kéo sợi, đánh ống

H2O, tinh bột, phụ

Hồ sợi

gia,

Nước thải chứa hồ
tinh bột, hóa chất

Dệt vải

Giũ hồ

Enzim, NaOH

thủy phân, NaOH

NaOH, hóa chất,

Nấu

hơi nước
H2SO4,H2O,

Nước thải hồ tinh bột bị

Xử lý axit,

Nước thải

Nước thải

chất tẩy giặt

giặt

H2O2,NaClO,

Tấy trắng

Nước thải

Giặt

Nước thải

hóa chất
H2SO4,H2O2,
hóa chất
NaOH, hóa chất

Làm bóng

Nước thải

Dung dịch nhuộm

Nhuộm,in

Nước thải

Giặt

Nước thải

H2SO4,H2O2,chất
tẩy giặt

Hơi nước, hóa chất

- Nhuộm vải:

Hoàn tất, văng

Nước thải

khổ
Sản phẩm

Bùi Thị Thu

19

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

Là quá trình gia công nhằm đưa thuốc nhuộm vào vải sợi, làm cho nó
phân bố đều, sâu và bám chặt vào vải, hay nói cách khác là làm cho vải có
màu sắc đúng yêu cầu đặt ra, đều màu và bền màu. Người ta sử dụng chủ yếu
các loại thuốc nhuộm tổng hợp, cùng nhiều hóa chất trợ khác tạo điều kiện
cho sự bắt màu của thuốc nhuộm. Về cơ bản, có hai kĩ thuật nhuộm hiện
được sử dụng trong ngành dệt nhuộm, đó là:
+ Kĩ thuật nhuộm theo mẻ:
Dịch nhuộm và vải được đặt trong cùng một bể và tại đây người ta sẽ
cấp thêm vào một lượng thuốc nhuộm cần thiết.
+ Công nghệ liên tục:
Thuốc nhuộm được hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch. Một lượng
dịch nhuộm xác định được tác dụng cục bộ lên tấm vải.
- Giặt, sấy khô, hoàn thiện sản phẩm:
Vải sợi sau khi nhuộm xong được giặt sạch để tách phần thuốc nhuộm
và hóa chất dư ra khỏi bề mặt vải sợi. Phần hóa chất và thuốc nhuộm dư đi
vào nước thải phụ thuộc vào tính chất quy trình nhuộm, tính chất thuốc
nhuộm và độ đậm nhạt của màu cần nhuộm. Màu càng đậm thì lượng hóa
chất nhuộm dư đi vào nước thải càng nhiều. Đối với màu nhạt lượng này
khoảng 10-20%, còn đối với màu đậm khoảng 30-50%.
1.1.3.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm
Hầu hết các khâu trong quá trình dệt nhuộm đều phát sinh chất thải, tuy
nhiên các khâu phát thải chủ yếu được thể hiện trong bảng 1.1.

Bùi Thị Thu

20

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt
nhuộm[4]
Công
đoạn
Hồ sợi,
giũ hồ

Nấu, tẩy

Tẩy trắng

Chất ô nhiễm trong nước
thải
Tinh bột, glucozo, carboxy
xenlulozo, polyvinyl alcol, nhựa,
chất béo và sáp
NaOH, chất sáp và dầu mỡ,
soda, silicat natri và xơ sợi vụn
Hipoclorit, hợp chất chứa
clo, NaOH, AOX, axit…

Làm bóng

Nhuộm
In
Hoàn

NaOH, tạp chất
Các loại thuốc nhuộm, axit
axetic và các muối kim loại
Chất màu, tinh bột, dầu, đất
sét, muối kim loại, axit…
Vệt tinh bột, mỡ động vật,

Đặc tính của nước
thải
BOD cao (34 đến
50% tổng BOD)
Độ kiềm cao, màu
tối, BOD cao (30% tổng
BOD)
Độ kiềm cao, chiếm
5% BOD
Độ kiềm cao, BOD
thấp (dưới 1% tổng
BOD)
Độ màu rất cao,
chiếm 6% BOD, TS cao
Độ màu cao, BOD
cao và dầu mỡ
Kiềm nhẹ, BOD

thiện
muối
thấp, lượng nhỏ
Trong các nguồn phát sinh nước thải của nhà máy dệt nhuộm, nước thải
công đoạn nhuộm là một trong những nguồn có mức độ ô nhiễm cao, thành
phần phức tạp, khó xử lý. Để xử lý tốt nước thải nhà máy dệt, cần phải có sự
nghiên cứu đầy đủ về các nguồn thải, trong đó đặc biệt cần quan tâm nước
thải công đoạn nhuộm vải.
1.1.3.3. Hiện trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm
Theo các kết quả khảo sát, nước thải của các làng nghề dệt nhuộm đều
giàu chất hữu cơ: hàm lượng COD, BOD 5 cao gấp 2-15 lần QCVN. Ngoài ra,
nước thải có hàm lượng SS, tổng N và tổng P khá cao. Đặc biệt Coliform vượt
Bùi Thị Thu

21

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

QCVN hàng nghìn lần. Các làng nghề dệt nhuộm có lưu lượng nước thải khá
cao (200 – 1000m3/ngày). Và hầu hết không được xử lí trước khi thải vào môi
trường.
Bảng 1.2. Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi [3]
ST
T

1
2
3
4
5
6
7

Loại thuốc nhuộm Loại xơ sợi
Axit
Bazơ
Trực tiếp
Phân tán
Hoạt tính
Lưu hóa
Hoàn nguyên

Polyamit
Acrylic
Xenlulo
Polyeste
Xenlulo
Xenlulo
Xenlulo

Tổn thất vào dòng thải, %
5 ÷ 20
0÷5
5 ÷ 30
0 ÷ 10

10 ÷ 50
10 ÷ 40
5 ÷ 20

Hình 1.8. Hàm lượng COD, BOD5 và SS trong nước thải một số cơ sở
làng nghề dệt nhuộm, ươm tơ, dệt vải [6]
N1: Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Nguyễn Một, Đông Yên, Duy
Xuyên, Quảng Nam
N2: Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Đoàn Giáp, Đông Yên, Duy Xuyên,
Quảng Nam

Bùi Thị Thu

22

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

N3: Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Đoàn Giáp, Đông Yên, Duy Xuyên,
Quảng Nam
N4: Nước thải htx dệt may Duy Trinh, làng nghề ươm tơ dệt vải Phú
Bông Thi Lai, Quảng Nam
N5: Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Thắng, Cổ Chất, Nam Định
N6: Nước thải cơ sở Doanh nghiệp Đại Hòa-Nam Cao-Thái Bình
N7: Nước thải tổng hợp từ các cơ sở dệt nhuộm Thái Phương-Thái Bình

N8: Nước thải sau tẩy khăn làng nghề Phương La, Hà Nội
Các làng nghề dệt nhuộm có lưu lượng nước thải khá cao (200 –
1000m3/ngày). Và hầu hết không được xử lí trước khi thải vào môi trường.
Theo các kết quả khảo sát, nước thải của các làng nghề dệt nhuộm đều
giàu chất hữu cơ: hàm lượng COD, BOD 5 cao gấp 2-15 lần QCVN. Ngoài ra,
nước thải có hàm lượng SS, tổng N và tổng P khá cao. Đặc biệt Coliform vượt
QCVN hàng nghìn lần.
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm [5]
Trên Thế giới và Việt Nam có nhiều phương pháp xử lý nước thải dệt
nhuộm như: hấp phụ, keo tụ-tạo bông kết hợp lọc, oxi hoá hoá học, phương
pháp điện hoá, phương pháp vi sinh, các phương pháp oxi hoá tiên tiến.
Phương pháp vi sinh là phương pháp kinh tế và sinh thái nhất, là phương pháp
được nghĩ đến đầu tiên trong xử lý nước thải. Nhưng với những đặc điểm của
nước thải dệt nhuộm, nhất là nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính thì một
mình phương pháp vi sinh không thể giải quyết được vấn đề. Người ta nghĩ
đến việc phải tiến hành tiền xử lý các chất màu (thuốc nhuộm) khó hoặc
không phân giải sinh học trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp hóa
lý, hóa học rồi mới xử lý hoàn tất bằng phương pháp vi sinh.

Bùi Thị Thu

23

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

1.2.1. Phương pháp hóa lý
Các phương pháp hóa lý đơn thuần có đặc điểm chung là chuyển chất ô
nhiễm (chất màu) từ pha này sang pha khác mà không làm biến đổi bản chất,
cấu trúc chất màu. Do đó, trong xử lý chất màu thì các phương pháp hóa lí có
nhược điểm chung là không xử lí triệt để chất màu để chuyển chúng thành các
chất không gây ô nhiễm hoặc các chất dễ phân hủy sinh học hơn.
1.2.1.1. Phương pháp keo tụ
Phương pháp keo tụ để xử lý chất màu dệt nhuộm là phương pháp tách
loại chất màu gây ô nhiễm ra khỏi nước dựa trên hiện tượng keo tụ.
Về nguyên tắc, do có độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn nên
các hạt keo có xu hướng hút nhau nhờ các lực bề mặt. Song, do các hạt keo
cùng loại tích điện cùng dấu đặc trưng bằng thế zeta (ξ) nên các hạt keo luôn
đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện, ngăn chúng hút nhau tạo hạt lớn hơn và lắng
xuống. Như vậy thế ξ càng lớn hệ keo càng bền (khó kết tủa), thế ξ càng nhỏ
hạt keo càng dễ bị keo tụ, trong trường hợp lý tưởng khi ξ bằng 0 thì hạt
không tích điện và dễ dàng hút nhau bởi lực bề mặt tạo hạt lớn hơn có thể lắng
được. Đó là cơ sở của phương pháp keo tụ.
Để thực hiện keo tụ hệ keo, có thể sử dụng các cách:
- Phá tính bền của hệ keo do lực đẩy tĩnh điện bằng cách thu hẹp lớp
điện kép tới thế ξ = 0, điều này được thực hiện khi cho hạt keo hấp
phụ đủ điện tích trái dấu để trung hòa điện tích hạt keo. Điện tích
trái dấu này thường là các ion kim loại đa hóa trị trong các muối vô
cơ (chất keo tụ).
- Tạo điều kiện để cho hạt keo va chạm với các bông kết tủa của
chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ- bám dính (hiệu ứng
quét)
- Dùng những chất cao phân tử - chất trợ keo tụ - để “khâu” (hấp
Bùi Thị Thu

24

K36B – CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt
nghiệp

phụ) các hạt keo nhỏ lại với nhau tạo hạt có kích thước lớn (bông
cặn) dễ lắng.
* Các chất keo tụ thường dùng:
Phèn nhôm Al2(SO4)3.nH2O (n=14÷18), muối sắt Fe2(SO4)3.nH2O
hoặc FeCl3.nH2O (n=1÷6), Polime nhôm (PAC).
Phương pháp keo tụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt
nhuộm có các thuốc nhuộm phân tán và không tan. Đây là phương pháp khả
thi về mặt kinh thế tuy nhiên nó không xử lý được tất cả các loại thuốc
nhuộm: thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm trực tiếp; thuốc nhuộm hoàn nguyên
keo tụ tốt nhưng không kết lắng dễ dàng, bông cặn chất lượng thấp; thuốc
nhuộm hoạt tính rất khó xử lý bằng các tác nhân keo tụ thông thường và còn ít
được nghiên cứu. Bên cạnh đó phương pháp keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn
thải lớn và không làm giảm tổng chất rắn hòa tan nên gây khó khăn cho tuần
hoàn nước.
1.2.1.2. Phương pháp lọc
Các kỹ thuật lọc thông thường là quá trình tách chất rắn ra khỏi nước khi cho
nước đi qua vật liệu lọc có thể giữ cặn và cho nước đi qua. Các kỹ thuật lọc thông
thường không xử lý được các tạp chất tan nói chung và thuốc nhuộm nói riêng.
Các kỹ thuật lọc màng, có thể tách được thuốc nhuộm tan ra khỏi nước
thải dệt nhuộm gồm có vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược và điện thẩm tích.

Điểm khác biệt giữa ba kỹ thuật trên là kích thước hạt mà chúng có thể lọc
được. Tuy với những ưu điểm trên nhưng giá thành của màng, thiết bị lọc cao
và năng suất thấp do thuốc nhuộm lắng xuống làm bẩn màng.
1.2.1.3. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là phương pháp được nghĩ đến nhiều trong xử lý thuốc nhuộm
hoạt tính. Vì chi phí giá thành xử lý thấp, không dùng hóa chất để xử lý, dễ
vận hành khi lắp đặt. Tuy nhiên, bên cạnh đó nhược điểm của phương pháp
Bùi Thị Thu

25

K36B – CN Hóa