TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC (2)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vũ Mai Phương

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT
KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI
TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vũ Mai Phương

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT
KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI
TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số: 60440120

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. CHU XUÂN QUANG
2. PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG

Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN
Trước khi trình bày nội dung chính của luận văn, em xin bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc tới TS. CHU XUÂN QUANG và PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG, những
người thầy đáng kính đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo em trong suốt
thời gian qua.
Em xin phép được gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo và các thầy cô giáo, các
anh/chị cán bộ trường ĐHKHTN - ĐHQGHN nói chung, khoa Hóa học nói riêng
vì đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, giúp đỡ em trong thời gian em học tập,
nghiên cứu tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ nghiên cứu phòng Công nghệ và
Vật liệu Môi trường - Trung tâm Công nghệ Vật liệu đã nhiệt tình giúp đỡ em
trong thời gian thực hiện các nội dung của đề tài luận án.
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2015.
Học Viên

Vũ Mai Phương


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG


DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU
Hiện nay, sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nước về kinh tế và xã hội,
đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh hưởng rất lớn
đến môi trường sống của con người. Bên cạnh sự lớn mạnh của nền kinh tế đất nước
lại là sự gia tăng ô nhiễm môi trường. Một trong những ngành công nghiệp gây ô
nhiễm môi trường lớn là ngành dệt nhuộm. Bên cạnh các công ty, nhà máy còn có
hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống. Với quy mô sản xuất nhỏ,
lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất hầu như không được xử lý, mà được thải trực tiếp
ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng xuống hồ ao, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng
tầng nước mặt, mạch nước ngầm và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người.
Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác
nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại,
đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Việc tẩy, nhuộm vải bằng các
loại thuốc nhuộm khác nhau như thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc
nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán… khiến cho lượng nước thải chứa nhiều
chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền màu...) [7,8]. Bên cạnh những lợi
ích của chất tạo màu họ azo trong công nghiệp nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ
khi mà các chất này được thải ra môi trường. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát
hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường sinh thái và
con người, đặc biệt là loại thuốc nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản
phẩm [19,30].
Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa hợp chất azo là một vấn đề rất quan trọng
nhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con người và môi
trường sinh thái.
Với mục đích góp phần nghiên cứu kỹ thuật xử lý các phẩm màu hữu cơ bằng
phương pháp hấp phụ, đặc biệt là xử lý phẩm màu họ azo bằng vật liệu hấp phụ có từ
tính, nên đề tài luận văn “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng
tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước ” đã được tôi lựa chọn thực hiện.

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Chitosan
1.1.1. Khái quát về chitosan
Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong
cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ
nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông
gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát
hiện ra sự có mặt của nitơ trong đó. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết
luận chitin có dạng công thức giống với xenlulozo.
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số
động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Trong
động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp
cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Trong thực vật chitin có ở thành tế bào
nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo ... Chitin có cấu trúc
thuộc họ polysaccarit, hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Do đó, các phương pháp nhận
dạng chitin, xác định tính chất, và phương pháp hoá học để biến tính chitin cũng như
việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khó khăn.
Còn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn, xốp, nhẹ,
hình vảy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau. Chitosan được xem là polymer
tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid,
chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm ...
Giống như xenlulozo, chitosan là chất xơ, không giống chất xớ thực vật, chitosan
có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học ... Chitosan có khả
năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như
chất béo, lipid và acid mật.
Chitosan là polyme không độc, có khả năng phân huỷ sinh học và có tính tương

thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc
biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặ
biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm
như là tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định ...

7


Trong các loài thuỷ sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin –
chitosan chiếm khá cao dao động từ 14-35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm,
cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.

Hình 1.1: Công thức cấu tạo chitin, chitosan và xenlulozo
Như hình vẽ trên, thì sự khác biệt duy nhất giữa chitonsan và cellulose là nhóm
amin (-NH2) ở vị trí C2 của chitosan thay thế nhóm hydroxyl (-OH) ở xenlulozo.
Chitosan tích điện dương do đó nó có khả năng liên kết hoá học với những chất tích
điện âm như chất béo, lipit, cholesterol, protein và các đại phân tử. Chitin và chitosan
rất có lợi ích về mặt thương mại cũng như là một nguồn vật chất tự nhiên do tính chất
đặc biệt của chúng như tính tương thích về mặt sinh học, khả năng hấp thụ, khả năng
tạo màng và giữ các ion kim loại.
Chitosan và các dẫn xuất của nó có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả
năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng. Không gây độc hại cho người và gia
súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như Co(II), Ni(II), Cu(II)...
do vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử lý nước thải và bảo
vệ môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học....
Chitosan có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả
năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu(II), Ni(II), Co(II).... trong môi
trường nước. Vì vậy chitosan đang được nghiên cứu kết hợp với một số chất khác để
ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước.
8

1.1.2. Tính chất của chitosan
- Không độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả năng phân hủy sinh học nên
không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường.
- Cấu trúc ổn định.
- Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH<6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao
hơn, hóa tím trong dung dịch iot.
- Có tính kháng khuẩn tốt.
- Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử của nó giảm dần theo thời
gian do phản ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử giảm thì hoạt tính
kháng khuẩn và kháng nấm không bị giảm đi.
- Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng.
- Ở pH<6,3, chitosan có tính điện dương cao.
- Trong phân tử chitosan có chứa nhóm –OH, -NHCOCH 3 trong các mắt xích
N-acetyl-D-glucosaminc có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amine, vừa là amide.
Phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế
N-.
- Mặt khác chitosan là những polimer mà các monome được nối với nhau bởi
các liên kết α-(1-4)-glycozit, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất như : axit,
bazo, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân [3,16].
1.1.3. Ứng dụng của chitosan
Trong y tế, chitosan có tác dụng làm màng chữa bỏng, tá dược độn trong làm
cốm, tá dược ổn định viên nén, thuốc trị viêm loét dạ dày tá tràng. Hỗn hợp chitosancollagen làm giảm cholesterol trong máu, giảm sự hấp thụ lipit.
Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan làm phụ gia thực phẩm duy trì hương vị
tự nhiên, ổn định màu, nhũ tương, làm dày cấu trúc, màng bảo quản rau quả tươi, làm
trong nước quả ép, giữu màu sắc và hương vị tự nhiên của sản phẩm.
Trong công nghiệp in, chitosan làm chất keo cảm quang.
Trong công nghiệp nhuộm làm tăng độ màu vải nhuộm.
Trong nông nghiệp, oligochitosan làm thuốc tăng trưởng thực vật và kích thích

gây tạo kháng sinh thực vật, thuốc diệt nấm bệnh cho thực vật, gia tăng hệ số nhân và
sinh khối tươi cho cây nuôi cấy mô.
9


Trong khoa học kỹ thuật, chitosan làm dung dịch tăng độ khuyếch đại của kính
hiển vi, xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt: thu hồi ion kim loại, protein, phenol,
thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm...[3,16].
1.2. Oxit sắt từ
1.2.1. Khái quát về oxit sắt từ
Oxit sắt từ có công thức hóa học Fe 3O4 là vật liệu từ tính đầu tiên mà con người
biết đến. Từ thế kỷ IV người Trung quốc đã biết rằng Fe 3O4 tìm thấy trong các khoáng
vật tự nhiên có khả năng định hướng theo phương Bắc - Nam địa lý. Đến thế kỷ XII,
họ đã sử dụng vật liệu Fe3O4 là la bàn, một công cụ giúp xác định phương hướng rất có
ích. Trong tự nhiên, oxit sắt từ không những được tìm thấy trong khoáng vật mà nó
còn được tìm thấy trong cơ thể các sinh vật như ong, kiến, bồ câu…Chính sự có mặt
của Fe3O4 trong cơ thể những sinh vật đã tạo nên khả năng xác định phương hướng
mang tính bẩm sinh của chúng.
Trong phân loại vật liệu từ Fe 3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit có công thức
tổng quát MO. Fe3O4 có cấu trúc spinel (M là kim loại hóa trị II như : Fe, Ni, Co, Mn,
Mg hoặc Cu).
Trong loại vật liệu ferit các ion oxy có bán kính khoảng 1.32 Å lớn hơn rất nhiều
bán kính ion kim loại ( 0,6 ÷ 0,8 Å) nên chúng có khả năng nằm rất sát nhau và sắp
xếp thành một mạng lưới có cấu trúc lập phương tâm mặt xếp khớp nhau. Trong mạng
ferit có 2 loại hốc : loại thứ nhất là hốc tứ diện (nhóm A) được giới hạn bởi bốn ion
oxy, loại thứ hai là hốc bát diện (nhóm B) được giới hạn bởi sáu ion oxy. Các ion kim
loại M2+ và Fe3+ sẽ nằm ở các hốc này và tạo nên hai dạng cấu trúc spinel của nhóm vật
liệu ferit.
Dạng thứ nhất, toàn bộ các ion M2+ nằm ở vị trí A còn toàn bộ các ion Fe3+ nằm ở
vị trí B. Cấu trúc này đảm bảo hóa trị của các nguyên tử kim loại vô số các oxi bao

quanh các ion Fe3+ và M2+ có tỷ số 3/2 nên nó được gọi là spinel thuận. cấu trúc này
được tìm thấy trong ferit ZnO.Fe2O3.
Dạng thứ hai thường gặp hơn được gọi là cấu trúc spinel đảo. Trong cấu trúc
spinel đảo một nửa ion Fe 3+ cùng toàn bộ ion M 2+ nằm ở vị trí B, số ion Fe 3+ còn lại
nằm ở các vị trí A. Oxit sắt từ Fe3O4 ≡ FeO.Fe2O3 là một ferit có cấu trúc spinel đảo
điển hình. Tức là một nửa số ion Fe 3+ chiếm hốc bát diện, nửa còn lại chiếm hốc tứ
10


diện, các ion Fe2+ đều chiếm hốc bát diện, chính cấu trúc spinel đảo này đã quyết định
tính chất từ của Fe3O4, đó là tính chất từ ferit từ.

Hinh Hình

1.2: Cấu trúc spinel của Fe3O4

Trong oxit sắt từ vì ion Fe 3+ có mặt ở cả hai phân mạng với số lượng như nhau
nên bị triệt tiêu vì vậy momen từ do Fe2+ quyết định. Trong vô số ô cơ sở của oxit sắt
Fe3O4 các momen từ của các ion Fe2+ và sắt từ Fe3+ có sự sắp xếp khác nhau.

Hình 1.3: Sự phân bố các momen từ spin của các ion Fe2+ và Fe3+ trong một ô cơ
sở của Fe3O4
Mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ tổng cộng là 4µβ (µβ là magneton bohr nguyên
tử, µβ = 9,274.10-24 J/T trong hệ SI).
1.2.2. Tính chất của oxit sắt từ
Một vài oxit sắt có chung cấu trúc tinh thể với các tương đồng khoáng chất khác
nhau. VD: goc-thie có cấu trúc giống với diaspore (α-ALOOH), quặng sắt từ giống
với spinel (MgAl2O3). Các cấu trúc của oxit sắt được xác định bởi sự sắp xếp của các
ion oxy hay hydroxide. Các ion dương chiếm các vị trí so le đối với lớp các ion âm.
11

Bất cứ vật liệu nào đều có sự ảnh hưởng với từ trường ngoài (H), thể hiện bằng
độ từ hóa (từ độ - M). Tỷ số C = M/N được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào giá trị, độ
cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có C < 0 (~10-6) được
gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có C > 0 (~10-6) được gọi là vật liệu thuận từ. Vật
liệu có C > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferit từ.
Ngoài độ cảm từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định
tính chất của vật liệu. VD: từ độ bão hòa M s (từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), cảm
ứng từ dư Br (từ độ còn dư sau khi từ hóa đến độ bão hòa và đưa mẫu ra khỏi từ
trường), lực kháng từ H c (từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái
bão hòa từ, bị khử từ).
Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị nào đó (thông thường từ vài chục
nanomet), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể, tính sắt từ và ferit từ biến mất, chuyển
động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đối với vật
liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ không còn tính từ nữa, đấy là một đặc điểm
rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật
liệu có từ độ bão hòa lớn nhất tại nhiệt độ phòng, sắt không độc đối với cơ thể người
và tính ổn định khi làm việc trong môi trường không khí nên các vật liệu như oxit sắt
được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nano từ tính [24].
1.2.3. Một số ứng dụng của oxit sắt
Có thể loại bỏ Asen trong nước bằng hạt nano oxit sắt, thực nghiệm cho thấy khi
cho hạt nano oxit sắt từ với nồng độ 1g/l vào mẫu nước có chứa nồng độ asen là 0,1 g/l
chỉ sau một phút thì nồng độ asen đã giảm chỉ còn 0,0081 mg/l dưới tiêu chuẩn của bộ
y tế cho phép (0,01 mg/l ).
Mới đây một nhà khoa học Nhật Bản có sáng kiến sử dụng hạt nano từ tính lọc
nước bằng cách cho một loài vi khuẩn chuyên ăn các chất bẩn lơ lửng trong nước bẩn
đã được hòa tan thêm các hạt nano từ tính. Bình thường các vi khuẩn có tác dụng “thu
gom” chất bẩn. Khi đã ăn no chúng tự chìm xuống đáy (do trọng lực) và mang theo
các chất bẩn đã thu gom được. Do vậy làm cho nước trở nên trong. Nếu trong nước có

hạt nano từ tính thì các vi khuẩn sẽ gom vào mình tất cả các chất bẩn thông thường lẫn
các hạt nano. Khi đó chỉ cần sử dụng một nam châm mạnh ta có thể hút các vi khuẩn
này làm cho chúng chìm nhanh hơn do đó cũng làm cho nước trong nhanh hơn.
12


Xuất phát từ ý tưởng đó các nhà khoa học nước ta đã sử dụng kết hợp nano từ
tính Fe3O4 với Al2(SO4)3 để lọc nước, Al2(SO4)3 khi tan trong nước sẽ thủy phân tạo
thành Al(OH)3 kết tủa dạng keo. Kết tửa keo này có tác dụng như một tấm lưới. Khi nó
lắng đọng thì các chất bẩn mắc vào nó cũng bị kéo xuống theo, kết quả là làm lắng
đọng chất bẩn và làm cho nước trong hơn. Khi đã kết hợp hạt nano từ tính Fe 3O4 với
Al(OH)3 dưới tác dụng của từ trường. Ngoài các hạt nano từ tính bị hút xuống dưới,
các hạt này đi xuống chúng kéo tấm lưới nhuộm hydroxit chuyển động theo. Kết quả
là nhôm hydroxit lắng đọng nhanh hơn hàng chục lần so với khi không dùng hạt nano
từ tính.
1.3. Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nước thải
Trong phương pháp hấp phụ để loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm trong nước thải
thường sử dụng kỹ thuật hấp phụ tầng cố định với các cột có đường kính từ 0,1 đến 1,5
m và chiều cao có thể lên đến hơn 10 m. Các cột thường được nhồi các vật liệu như
than hoạt tính, zeolit... Dung dịch nước thải được dẫn lên đầu cột, khi đi qua vật liệu
hấp phụ các chất ô nhiễm bị giữ lại, nước sạch được xử lí đi ra ngoài. Tuy nhiên nhược
điểm của phương pháp này là thời gian tái sinh vật liệu hấp phụ lâu, quá trình vận
hành hay bị hiện tượng tắc cột phải nạp lại, tốn về thời gian và kinh phí. Đối với kĩ
thuật hấp phụ tầng động, nhiều trường hợp quá trình lắng kéo dài làm ảnh hưởng đến
tốc độ xử lí nước thải. Để khắc phục nhược điểm này, nhiều nhà khoa học đã nghiên
cứu chế tạo nhựa trao đổi ion có từ tính và nghiên cứu ứng dụng trong xử lí nước thải
[31,32]. Khi có tác dụng của từ trường các vật liệu hấp phụ sẽ tách ra khỏi hỗn hợp
huyền phù nhanh hơn do vậy làm tăng tốc độ quá trình xử lí và tái sinh vật liệu. Tuy
nhiên, việc sử ụng vật liệu polyme tổng hợp có thể tạo ra các monome khó phân hủy,
gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường. Do đó, xu hướng xử dụng các loại polyme có sẵn

trong thiên nhiên được các nhà khoa học rất quan tâm, trong đó chitosan là vật liệu
được chú ý nhiều nhất do có cấu trúc và tính chất hóa lý đặc biệt, hoạt tính cao và khả
năng lựa chọn rất tốt đối với các hợp chất và kim loại nặng. Chính vì thế, chúng tôi đã
nghiên cứu và chế tạo ra vật liệu chitosan cố định các hạt Fe 3O4 để xử lí nước thải dệt
nhuộm.

13


1.4. Đặc tính và một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
1.4.1. Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ
sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Trong đó lượng nước thải chủ yếu do quá
trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn
và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia, lượng
nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là từ các công
đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể tính sơ lược nhu cầu sử dụng nước
cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 -65 lít và thải ra 10 -40 lít nước [7,8].
Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung và nước thải dệt nhuộm làng nghề
Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng đều chứa các loại hợp chất tạo màu hữu cơ, do đó có
các chỉ số pH, DO, BOD, COD... rất cao (bảng 1.1), vượt quá tiêu chuẩn cho phép
được thải ra môi trường sinh thái (bảng 1.2).
Bảng Bảng

1.1. Đặc tính nướcthải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội

Tên nhà máy
Dệt Hà Nội
Dệt kim Thăng Long
Dệt nhuộm Vạn Phúc

Dệt nhuộm Dương Nội

Bảng Bảng

TT
1
2
3
4

Độ pH
9 – 10
8 – 12
8 – 11
8 – 11

Độ màu
250 – 500
168
750
750

COD (mg/l)
230 – 500
443
350 – 890
380 – 890

BOD (mg/l)
90 – 120

132
120
106

1.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm
Thông số

Độ màu (pH=7)
Độ pH
BOD ( ở 200C)
COD

Đơn vị
Pt - Co
mg/l
mg/l

Giới hạn theo QCVN 13:2015/BTNMT
A
B
50
150
6-9
5,5 - 9
30
50
75
150

Như vậy, nước thải công nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói

riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm ngặt
khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trường có mặt trong nước thải sau khi sản
xuất hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệp.
Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ khó
phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối
trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao do
lượng kiềm lớn. Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc
14


nhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm tới 60
-70% thị phần [10,17]. Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám
dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một lượng dư nhất định tồn tại
trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50%
tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [17,21]. Đây chính là nguyên nhân
làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn.
Khi đi vào nguồn nước tự nhiên như sông, hồ...với một lượng rất nhỏ của thuốc
nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và
ánh sáng mặt trời gây tác hại cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh, làm tác
động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải.
Đối với cá và các loài thủy sinh, các kết quả thử nghiệm trên cá của hơn 3000 loại
thuốc nhuộm nằm trong tất cả cácnhóm từ không độc, độc vừa, rất độc đến cực độc
cho thấy có khoảng 37% loại thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, khoảng 2%
thuộc loại rất độc và cực độc .
Đối với con người, thuốc nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp,
đường tiêu hóa. Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của chúng rất
độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4 - amino - azo - benzen). Các
nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm này nhưng trên
thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm
màu cao .

1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thông thường
Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng phức của các
kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không còn sử
dụng nhiều do nước thải sau khi nhuộm chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Thuốc nhuộm dạng hữu cơ mang màu hiện
rất phổ biến trên thị trường.
Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chia
thuốc nhuộm thành các nhóm khác nhau. Ở nước ta hiện nay, thuốc nhuộm thương
phẩm vẫn chưa được sản xuất, tất cả các loại thuốc nhuộm đều phải nhập của các
hãng sản xuất thuốc nhuộm trên thế giới.
Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm:
15


- Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm trong cấu
trúc hoá học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro,…
- Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng: ưu điểm của phân loại
này là thuận tiện cho việc tra cứu và sử dụng, người ta đã xây dựng từ điển thuốc
nhuộm. Từ điển thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trên thế giới, trong đó mỗi loại
thuốc nhuộm có chung tính chất kỹ thuật được xếp trong cùng lớp như: nhóm thuốc
trực tiếp, thuốc axit, thuốc hoạt tính… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ tự gam màu lần
lượt từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen. Sau đây là một số
nhóm thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam [2]:
Thuốc nhuộm trực tiếp
Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp
chất màu hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: các tơ
xenlulozơ, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc môi trường
kiềm. Tuy nhiên, khi nhuộm màu đậm thì thuốc nhuộm trực tiếp không còn hiệu suất
bắt màu cao, hơn nữa trong thành phần có chứa gốc azo (- N=N - ), đây là loại hợp
chất hợp chất hữu cơ độc hại nên hiện nay loại thuốc này không còn được khuyến

khích sử dụng nhiều. Mặc dù vậy, do thuốc nhuộm trực tiếp dễ sử dụng và rẻ nên vẫn
được đa số các cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống sử dụng để nhuộm các loại
vải, sợi dễ bắt màu như tơ, lụa, cotton...
Thuốc nhuộm axit
Theo cấu tạo hoá học thuốc nhuộm axit đều thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất
của antraquinon, triarylmetan, xanten, azin và quinophtalic, một sốcó thể tạo phức
với kim loại. Các thuốc nhuộm loại này thường sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại
sợi động vật tức là các nhóm xơ sợi có tính bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp
polyamit trong môi trường axit.
Thuốc nhuộm hoạt tính
Thuốc nhuộm hoạt tính là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có
chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện liên kết hoá trị với vật liệu nói chung và
xơ dệt nói riêng trong quá trình nhuộm. Dạng công thức hoá học tổng quát của thuốc
nhuộm hoạt tính là: S—R—T—X. Trong đó:
S: là các nhóm -SO Na, -COONa, -SO CH .
3
2 3
16


R: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu sắc, những gốc
mang màu này thường là monoazo và diazo, gốc thuốc nhuộm axit antraquinon, hoàn
nguyên đa vòng…
T: nhóm nguyên tử phản ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc nhuộm với xơ
và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này, đóng vai trò quyết định tốc
độ phản ứng nucleofin.
X: nhóm nguyên tử phản ứng, trong quá trình nhuộm nó sẽ tách khỏi phân
tử thuốc nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hoá học với xơ.
Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao, khoảng 30 %,
có chứa gốc halogen hữu cơ (hợp chất AOX) nên làm tăng tính độc khi thải ra môi

trường. Hơn nữa hợp chất này có khả năng tích luỹ sinh học, do đó gây nên tác động
tiềm ẩn cho sức khoẻ con người và động vật [29].
Thuốc nhuộm bazơ
Thuốc nhuộm bazơ là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng
là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi bông, lụa visco. Thuốc nhuộm hoàn
nguyên phần lớn dựa trên hai họ màu indigoit và antraquinon. Các thuốc nhuộm
hoàn nguyên thường không tan trong nước, kiềm nênthường phải sử dụng các chất
khử để chuyển về dạng tan được (thường là dung dịch NaOH + Na2S2O3 ở 50600C). Ở dạng tan được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên khuyếch tán vào xơ.
Thuốc nhuộm lưu huỳnh
Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu chứa nguyên tử lưu huỳnh
trong phân tử thuốc nhuộm ở các dạng -S-, -S-S-, -SO-, -S -. Trong nhiều trường
n
hợp, lưu huỳnh nằm trong các dị vòng như: tiazol, tiazin, tiantren và vòng azin.
Thuốc nhuộm nhóm này rất phức tạp, đến nay vẫn chưa xác định được chính xác cấu
tạo tổng quát của chúng.
Thuốc nhuộm phân tán
Là những chất màu không tan trong nước, phân bố đều trong nước dạng
dung dịch huyền phù, thường được dùng nhuộm xơ kị nước như xơ axetat, polyamit,
polyeste, polyacrilonitrin. Phân tử thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo (- N=N -) và
17


antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thay thế (- NH2, - NHR, NR2, - NH
- CH2 - OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của
thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 - 95 %) nên nước thải không chứa nhiều
thuốc nhuộm và mang tính axit.
Thuốc nhuộm azo không tan
Thuốc nhuộm azo không tan còn có tên gọi khác như thuốc nhuộm lạnh,

thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naptol, chúng là những hợp chất có chứa nhóm azo
trong phân tử nhưng không có mặt các nhóm có tính tan như – SO3Na, -COONa nên
không hoà tan trong nước.
Thuốc nhuộm pigment
Pigment là những hợp chất có màu, có đặc điểm chung là không tan trong nước
do phân tử không chứa các nhóm có tính tan (-SO3H, -COOH) hoặc các nhóm này
bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước.
Thuốc nhuộm này phải được gia công đặc biệt để khi hoà tan trong nước
nóng nó phân bố trong dung dịch như một thuốc nhuộm thực sự và bắt màu lên xơ
sợi theo lực hấp phụ vật lý.
1.4.3. Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm
Do đặc thù công nghệ, nước thải dệt nhuộm có các chỉ số TS, TSS, độ màu,
COD và BOD cao, bên cạnh đó phải kể đến một số lượng đáng kể các kim loại nặng
độc hại như Cr, Cu, Co, Zn… ở các công đoạn khác nhau. Chính vì thế cần phân luồng
dòng thải theo tính chất và mức độ gây ô nhiễm: dòng ô nhiễm nặng như dịch nhuộm,
dịch hồ, nước giặt đầu, dòng ô nhiễm vừa như nước giặt ở các giai đoạn trung gian,
dòng ô nhiễm ít như nước giặt cuối …để có biện pháp xử lý phù hợp.
Trong thực tế để đạt được hiệu quả xử lý cũng như kinh tế, người ta không dùng
đơn lẻ mà kết hợp các phương pháp xử lý hóa lý, hóa học, sinh học, nhằm tạo nên một
quy trình xử lý hoàn chỉnh [27].
1.4.3.1. Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm. Nước thải dệt
nhuộm có tính chất như một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 10 -7 –
10-5 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc.

18


Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách
được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan, vì những hạt rắn có kích thước

quá nhỏ.Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu phân nhỏ
thành các tập hợp lớn hơn.Việc khử các hạt keo đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện
tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau bằng các chất đông tụ. Các khối kết
tủa bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường bị sa lắng xuống, trong quá trình sa
lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các hạt tạp chất khác. Để tăng tốc độ keo tụ, tốc độ
sa lắng, tốc độ nén ép các bông keo và đặc biệt để làm giảm lượng chất keo tụ có thể
dùng thêm các chất trợ keo, chất này có vai trò liên kết giữa các hạt keo với nhau [1].
Hiện nay, keo tụ là phương pháp tiền xử lý thích hơp cho việc tách và loại bỏ
các hạt keo, giảm giá trị COD, độ màu, độ đục đến một giới hạn để có thể tiến hành
các bước xử lý tiếp theo. Do quy mô sản xuất nhỏ nên các hộ ở Dương Nội chủ yếu sử
dụng loại thuốc nhuộm trực tiếp và axit. Loại này tan thẳng vào nước ở 60 – 70 oC, bắt
màu thẳng vào vật liệu, không qua xử lý trung gian, hóa chất phụ trợ kèm theo đơn
giản, rẻ tiền, thiết bị nhuộm không phức tạp. Trong môi trường nhuộm, chúng tạo thành
các anion có dạng ArSO3-, đây là cơ sở cho việc sử dụng phương pháp keo tụ với các
tác nhân keo tụ là muối cation đa hóa trị:
Ar – SO3Na

→

Ar – SO3- + Na+

Phương pháp keo tụ có thể loại bỏ được kim loại nặng trong nước thải, làm
giảm độ đục và các thành phần rắn lơ lửng. Bên cạnh đó còn làm giảm chất ô nhiễm
khác nhau như dầu mỡ, COD, BOD…Trong nghiên cứu của Duk Jong Joo, Won Sik
Shin và Jeong Hak Choi [11] đã tiến hành xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính
bằng phèn nhôm, phèn sắt và sử dụng thêm chất trợ lắng polime tổng hợp. Kết quả cho
thấy, khi sử dụng lượng phèn 1g/l thì hiệu quả loại bỏ màu đạt được nhỏ hơn 20%, khi
kết hợp phèn và chất trợ lắng thì màu của nƣớc thải được loại hầu như hoàn toàn. Hiệu
quả xử lý tăng khi tăng lượng chất trợ lắng. Ngoài ra, hiệu quả keo tụ còn phụ thuộc
vào điều kiện pH và loại chất keo tụ sử dụng.

1.4.3.2. Phương pháp oxy hóa tăng cường
Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu
trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ bị oxy

19


hóa bởi các chất oxy hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị phân hủy bởi vi sinh
vật.
Bản chất của phương pháp là xảy ra các quá trình oxi hóa để tạo ra các gốc tự do
như OH• có hoạt tính cao, có thể khoáng hóa hoàn toàn hầu hết các hợp chất hữu cơ bền
thành các sản phẩm bền vững như CO 2 và các axit vô cơ không gây khí thải. Một số ví
dụ về phương pháp oxi hóa tăng cường như Fenton, Peroxon, catazon, quang fenton và
quang xúc tác bán dẫn.
Với bản chất tạo ra gốc hydroxyl có tính oxy hóa rất mạnh, có khả năng oxy hóa
không chọn lọc hầu hết các hợp chất hữu cơ hòa tan trong dung dịch nước. Vì vậy
trong những năm gần đây, hiệu ứng Fenton điện hóa đã và đang được nhiều nhà khoa
học trên thế giới quan tâm nghiên cứu, ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải chứa
các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường. Các kết quả nghiên cứu sử dụng hiệu ứng
Fenton điện hóa nhằm xử lý các nguồn nước ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ độc hại
cho hiệu quả cao hơn nhiều so với các phương pháp thông thường khác. Jun-jie và
cộng sự đã khảo sát quá trình khoáng hóa thuốc nhuộm azo C.I. axit đỏ [14] sử dụng
quặng sắt khi có và không có tác dụng của siêu âm ở tần số thấp. Tác giả đã chỉ ra rằng
dưới tác động của siêu âm, nước có thể bị phân hủy và tạo H 2O2, cho phép hình thành
hệ phản ứng Fenton trong dung dịch. Trong cả 2 trường hợp có và không có siêu âm,
phản ứng phân hủy azo C.I. axit đỏ [14] tuân theo quy luật động học bậc nhất với hằng
số tốc độ phản ứng tương ứng là 7,5.10 -2 phút-1 và 2,58.10-1 s-1. Shaobin Wang và các
công sự [27] đã so sánh động học của phản ứng Fenton (Fe 3+/H2O2) và phản ứng giống
Fenton (Fe3+/H2O2) trong khi nghiên cứu xử lý hợp chất màu azo C.I. axit đen [1]. Phản
ứng Fenton cho hiệu suất oxy hóa phân hủy thuốc nhuộm cao hơn so với phản ứng

giống Fenton ở 100 phút đầu tiên và sau đó hiệu suất của 2 phản ứng gần như tương
đương. Tỷ lệ [Fe2+ ]:[H2O2] là 3:0,75 trong cả hai trường hợp và sự phân hủy các chất
màu phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của Fe 3+, H2O2 và pH trong khoảng nhiệt độ khảo
sát từ 15-450C. Năm 2007, Minghua Zhou và các cộng sự [23] đã nghiên cứu khảo sát
ảnh hưởng của các yếu tố (pH, nồng độ Fe2+, thế điện cực catôt, nồng độ muối Na2SO4,
nồng độ metyl đỏ) tới sự phân hủy metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa sử dụng
điện cực graphit-polytetrafloetylen (PTFE). Kết quả cho thấy sự suy giảm màu sắc xảy
ra nhanh và đạt 80% trong 20 phút điện phân trong các điều kiện tốt nhất là: pH = 3,
thế catôt = -0,55 V/SCE, nồng độ Fe 2+ 0,2 mM, nồng độ methyl đỏ 100 mg/l, nồng độ
20


muối Na2SO4 0,1 M, tốc độ sục oxy 0,4 l/phút. Sự phân hủy metyl đỏ bằng hiệu ứng
Fenton điện hóa trong cùng điều kiện được đánh giá là có ưu thế đối với trường hợp
nồng độ thuốc nhuộm cao và được thực hiện ở hai giai đoạn khác nhau.Giai đoạn một
là giai đoạn phá vỡ liên kết azo tạo ra các sản phẩm trung gian có chứa vòng benzen,
giai đoạn hai là giai đoạn phá hủy các vòng benzen thành các hợp chất vô cơ ít hoặc
không độc hại với môi trường. Tuy nhiên, sự tiêu thụ ion sắt và sự hình thành các sản
phẩm trung gian trong quá trình điện phân khiến cho sự phân hủy chậm hơn ở giai
đoạn thứ hai [4].
1.4.3.3. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các
phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia giữa các pha. Bề mặt phân chia pha có
thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất
hấp phụ, còn chất mà được hấp phụ trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp
phụ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.
Phương pháp hấp phụ là một phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong
nước, được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật xử lý nước thải nhờ có các ưu điểm sau:
• Có khả năng làm sạch nước ở mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất lượng.
• Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp.

• Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên chi phí thấp
nhưng hiệu quả xử lý cao.
Vật liệu ứng dụng trong phương pháp hấp phụ rất đa dạng : than hoạt tính,
zeolite, composit, đất sét, silicagel... Với mỗi loại vật liệu có đặc điểm và tính chọn lọc
riêng phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và sử dụng thực tiễn.
Luiz C.A. Oliveira và các cộng sự [18] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu composit
mang cacbon từ tính khảo sát hấp phụ trên một số chất, thí nghiệm tiến hành như sau:
composit được cho vào 400 ml huyền phù bao gồm cacbon hoạt tính, FeCl 3 (7,8 g, 28
mmol) và FeSO4 (3,9 g, 14 mmol) tại 700C .Thêm 100 ml dung dịch NaOH 5M cho
đến khi xuất hiện kết tủa sắt oxit. Lượng cacbon được điều chỉnh sao cho tỷ lệ về khối
lượng giữa cacbon hoạt tính và oxit sắt là 1:1, 2:1, 3:1.Vật liệu được sấy khô ở 100 0C
trong 3h. Cân 50 mg vật liệu composit cho vào các bình nón chứa 50 ml dung dịch bao
gồm: phenol (500 mg/l, tại pH=5), clorofom (500 mg/l), clobenzen (25 mg/l), phẩm đỏ
21


(100 mg/l), hỗn hợp được để hấp phụ trong 24h, ở 25 ± 1 0C. Nồng độ các chất sau khi
tiến hành hấp phụ được xác định bằng phương pháp đo phổ (MIMS) đối với phenol,
clorofom và clobenzen, phương pháp quang đối với phẩm đỏ. Kết quả như sau: đối với
vật liệu composit có tỷ lệ cacbon hoạt tính/Fe 3O4 là 3:1 thì tải trọng hấp phụ thứ tự như
sau: phenol (117 mg/g) < clobenzen (305 mg/g) < clorofom (710 mg/g). Nếu chỉ dùng
cacbon hoạt tính thì tải trọng hấp phụ của phenol là 162 mg/g, clobenzen là 480 mg/g,
clorofom là 910 mg/g. Đối với phẩm đỏ, vật liệu composit có tỷ lệ cacbon hoạt
tính/Fe3O4 là 2:1, 3:1, chỉ có cacbon hoạt tính thì tải trọng hấp phụ thứ tự như sau:
cacbon hoạt tính > 3:1 composit > 2:1 composit. Na Yang và các cộng sự [25] đã
nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composit mang cacbon từ tính khảo sát hấp phụ phẩm
xanh metylen, nghiên cứu cho thấy tải trọng hấp phụ cực đại ≈300 mg/g [20].
Zeolit là một trong những chất sử dụng rộng rãi trong việc tổng hợp các chất hấp
phụ. Trong mạng lưới tinh thể của zeolit, một phần ion Si 4+ được thay thế bởi ion Al 3+
đã gây ra sự thiếu hụt về điện tích dương. Do đó, zeolit có thể tiếp nhận các cation nhất

định của các kim loại khác. Zeolit được sử dụng trong các phản ứng đehyđro hóa các
chất lỏng và chất khí sau đó việc tinh chế chất lỏng bằng khả năng hấp phụ của mình.
Zeolit tự nhiên và tổng hợp là vật liệu aluminosilicat tinh thể, có cấu trúc xốp và bề mặt
riêng cao. Zeolit có rất nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực xúc tác hóa dầu, tổng
hợp hữu cơ và bảo vệ môi trường. Khả năng trao đổi ion cao kết hợp với ái lực lựa
chọn đối với các cation làm cho chúng rất thích hợp trong việc xử lý nước thải. Dưới
đây là danh sách những cation kim loại có thể bị loại ra khỏi nước thải bằng zeolit:
Cu2+, NH4+, Pb2+, Zn2+, Hg2+, Cr3+, Fe3+, Cd2+, Ca2+, Al3+, Cs2+, Sr2+. Năm 2003,
Barmagan cùng các cộng sự [7] công bố ứng dụng zeolit tách loại phẩm màu và các
hợp chất hữu cơ trong nước. Kết quả cho thấy tải trọng hấp phụ các loại phẩm đỏ,
vàng, đen,... đạt 61–89 mg/g.
Silicagel là dạng của anhyđrit axit silicsic có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển. Mạng
lưới của gel bao gồm các phân tử silic nằm giữa các nguyên tử oxy. Silicagel dễ dàng
hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất có tạo với nhóm hiđroxy các liên kết kiểu
cầu hiđro. Silicagel có thể tái sinh ở nhiệt độ <200 0C. Ứng dụng các tính chất này, tác
giả Trần Hồng Hà [30] đã nghiên cứu quá trình tách loại urani bằng cột silicagel. Kết
quả chỉ ra rằng, urani bị loại bỏ hoàn toàn khi cho chạy qua cột với dung môi HNO 3
4,5M. Cột nhồi bằng silicagel có đường kính 0,2 – 0,5 mm, xử lý bằng HNO 3 5M. Hiện
22


nay, các nhà khoa học đặc biệt chú ý đến biến tính silicagel để tăng các đặc tính của vật
liệu. Kocjan và các cộng sự [15] đã biến tính silicagel với các nhân sunfonat để tách
loại ion kim loại. Vật liệu được điều chế bằng cách cho silicagel phản ứng với NH 4+ và
một anion là tác nhân tạo sunfonat. Vật liệu này có thể thu hồi lượng lớn kim loại nặng
trong nước thải. Đặc biệt chúng được sử dụng trong cột sắc ký, có khả năng lưu giữ tốt
các kim loại tạo phức.
1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu azo
1.5.1. Đặc điểm cấu tạo
Hợp chất azo là những hợp chất màu tổng hợp có chứa nhóm azo - N= N-. Hầu

hết các loại hợp chất màu azo chỉ chứa một nhóm azo (gọi là monoazo), một số ít
chứa hai nhóm hoặc nhiều hơn. Hợp chất azo thường có chứa một vòng thơm liên
kết với nhóm azo và nối với một naphtalen hay vòng benzen thứ hai. Sự khác
nhau giữa các hợp chất azo chủ yếu ở vòng thơm, các nhóm quanh liên kết azo giúp
ổn định nhóm –N = N – bởi chính những nhóm này tạo nên một hệ thống chuyển
động, là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới màu sắc của hợp chất azo. Khi hệ thống
chuyển vị và phân chia sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ thường xuyên ánh sáng ở vùng
khả kiến [12,13].
1.5.2. Tính chất
Hợp chất màu azo bền hơn tất cả các phẩm màu thực phẩm tự nhiên. Đặc
biệt, phẩm màu azo bền trong phạm vi pH khá rộng của thực phẩm, bền với nhiệt khi
phơi dưới ánh sáng và oxy, rất khó bị phân hủy bởi các vi sinh vật. Chính vì vậy, các
hợp chất màu azo được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp (thực
phẩm, in, nhuộm...) [2,21]. Tuy nhiên, hợp chất màu azo không tan được trong
dầu hoặc chất béo, chỉ khi hợp chất màu azo kết hợp với một phân tử chất béo hòa
tan hoặc khi chúng bị phân tán thành những phân tử nguyên chất thì dầu mới có thể
được tạo màu.
1.5.3. Độc tính với môi trường
Các loại phẩm nhuộm tổng hợp có chứa các hợp chất azo đã có từ lâu đời và
ngày càng được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao
su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm do có đặc
điểm là dễ sử dụng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng về màu sắc so với màu sắc tự
nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng
23


gây ra ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và môi trường
sống. Khi đi vào nguồn nước tự nhiên như sông, hồ… Với một lượng rất nhỏ của
thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp
thụ oxy và ánh sáng mặt trời gây tác hại cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài

thủy sinh, làm tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất
hữu cơ trong nước thải. Đối với cá và các loài thủy sinh, các kết quả thử nghiệm
trên cá của hơn 3000 loại thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc
vừa, rất độc đến cực độc cho thấy có khoảng 37 % loại thuốc nhuộm gây độc cho
cá và thủy sinh, khoảng 2 % thuộc loại rất độc và cực độc [8].
Đối với con người, thuốc nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp,
đường tiêu hóa. Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của chúng rất
độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4- amino-azo-benzen). Các
nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm này nhưng
trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả
nhuộm màu cao [25].

CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu chung là tổng hợp được vật liệu có từ tính Chitosan/Fe 3O4
và đánh giá khả năng hấp phụ phẩm màu azo của vật liệu này trong môi trường nước.
Để thực hiện được mục tiêu tổng quát đó, cần đạt được những mục tiêu cụ thể như sau:
- Tổng hợp được vật liệu Chitosan/Fe 3O4 từ oxit sắt từ và một số loại chitosan
thương mại.
- Xác định được cấu trúc cơ bản của vật liệu Chitosan/Fe3O4 đã tổng hợp được.
- Đánh giá tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 đã tổng hợp được đối
với phẩm màu azo (loại dễ tan và ít tan) trong môi trường nước.
2.2. Thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu
2.2.1 Hóa chất và Vật liệu nghiên cứu
- Dung dịch Alizrin vàng G 1000 mg/l : Cân chính xác 1,0 gam Alizarin vàng G
vào cốc 250 ml chứa nước cất, đun cách thủy ở 400C - 500C, để nguội, định mức bằng

24

nước cất đến 1000 ml. Các dung dịch có nồng độ khác sử dụng trong thực nghiệm sẽ
được pha loãng trực tiếp từ dung dịch này.
-Dung dịch Methyl đỏ 1000 mg/l : Cân chính xác 0,1 gam Methyl đỏ vào cốc
500 ml nước cất, đun cách thuỷ ở 40 0C, để nguội, định mức bằng nước cất đến 1000
ml. Các dung dịch có nồng độ khác sử dụng trong thực nghiệm sẽ được pha loãng trực
tiếp từ dung dịch này.
- Dung dịch HCl, NaOH, CH3COOH, glutaralđehyt.
- Các dung dịch muối clorua, các dung dich muối natri.
2.2.2. Thiết bị
- Máy trắc quang UV-VIS (THERMO)
- Điện cực đo pH (THERMO)
- Máy đo độ đục (HANA)
- Cân phân tích HR200 (SHIMMADZU)
- Bộ máy khuấy Jar tester (WISD)
- Tủ sấy (MENMERT)
- Máy khuấy từ (WISD)
- Máy hút chân không (LAB LABOPORT)
2.3. Phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu trong
dung dịch
Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, xác định hàm lượng phẩm màu còn lại
sau quá trình hấp phụ của chitosan, Fe3O4 và các vật liệu chúng tôi khảo sát độ hấp thụ
quang của 2 loại phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) ở các pH khác nhau.
Chuẩn bị các dung dịch phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) có nồng độ 5
mg/l trong các pH khác nhau (2, 4, 6, 8, 10). Khảo sát độ hấp thụ ánh sáng trong
khoảng bước sóng từ 200 – 800 nm. Tìm khoảng bước sóng tối đa và ổn định, khảo sát
tiếp với khoảng cách 2nm để tìm bước sóng tối ưu. Các kết quả được thể hiện trên
hình 2.1, 2.2:
Hình Hình

2.1. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pH

Từ các số liệu biểu diễn trên đồ thị cho thấy độ hấp thụ quang của các phẩm
màu ổn định và đạt cực đại tại: bước sóng 524 nm tại pH của dung dịch là 4 đối với
Methyl đỏ, bước sóng 352 nm tại pH của dung dịch là 7 đối với Alizarin vàng G. Trên
25