nghiên cứu khả năng hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm bằng than trấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MÀU
NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG THAN TRẤU
S

K

C

0

0

3
2

9
6
7

5
2
7

9
3

5

MÃ SỐ: SV104 – 2009

S KC 0 0 2 7 7 7

Tp. Hồ Chí Minh, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM


ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

NGUN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MÀU
NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG THAN TRẤU
MÃ SỐ: SV104 - 2009

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ

: NGUYỄN THỊ HƯỜNG

NGƯỜI THAM GIA

: VÕ THỊ NHẬT HÀ

ĐƠN VỊ

: KHOA CN HĨA VÀ THỰC PHẨM

TP. HỒ CHÍ MINH – 8/2010


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS NGUYỄN VĂN SỨC

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 9 tháng tìm hiểu và nghiên cứu, nay nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài. Ngoài sự nỗ
lực và có gắng của cả nhóm, chúng em còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của ban lãnh đạo
khoa CNHH và TP, cùng các Thầy cô trong bộ môn công nghệ môi trường, tạo điều kiện thuận
lợi cho chúng em hoàn thành đề tài.
-

Lời đầu tiên, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Văn Sức. Thầy

đã hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Giúp chúng em hiểu về một
lĩnh vực mới khi bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học.
-

Nhóm xin chân thành cảm ơn cô Lê Thị Bạch Huệ cùng với các Giáo viên bộ môn công

nghệ môi trường đã tạo điều kiện cho chúng em sử dụng phòng thí nghiệm và các thiết bị
trong quá trình thực hiện đề tài.
-

Xin gửi lời cảm ơn đến :


Phòng quản lý khoa học – Hợp tác quốc tế và đào tạo sau đại học và phòng kế
hoạch tài chính đã cho phép nhóm chúng em thực hiện đề tài.



Thư viện trường ĐHSPKT-TPHCM đã tạo điều kiện cho chúng em mượn tài
liệu nghiên cứu.

-

Cảm ơn các bạn lớp 07 MT đã giúp đỡ nhóm trong thời gian thực hiện đề tài.

Trong suốt thời gian nghiên cứu không tránh khỏi những điều thiếu sót, rất mong sự góp ý của
thầy, cô và các bạn để đề tài hoàn thành được tốt hơn.
Tp Hồ Chí Minh ngày 30 tháng 07 năm 2010
Nhóm thực hiện đề tài

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm bằng than trấu


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS NGUYỄN VĂN SỨC

MỤC LỤC
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………………...…..1
CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU . ………………………………….…..Error! Bookmark not defined.

1.1. Giới thiệu sơ lược về nước thải dệt nhuộm ...... ……..……..Error! Bookmark not defined.
1.2. Sự cần thiết của đề tài…………………………………………………………………...…..3
1.3. Mục đích đề tài…………………………………………………………………………...….3
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu…..………………………………………………………………...….3
1.5

Đối tượng nghiên cứu………………..………………………………………….……..……3

1.6

Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………………………..…..4

1.7

Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………………...…….4

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN ..................................................................................................5

2.1. Tổng quan về vật liệu hấp phụ (tro trấu) ................................................................................5
2.2. Tổng quan về chất cần hấp phụ (thuốc nhuộm baz Malachite Green) ...................................7
CHƯƠNG 3

LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ………………...………..11

3.1

Cơ sở lý thuyết hấp phụ……………………………………………………………..…….11

3.2

Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ (Thuyết Langmuir và thuyết Freundlich)..………..……12

CHƯƠNG 4

DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HÓA CHẤT………………………….………..16

4.1

Dụng cụ…………………………………………………………………………….…….16

4.2

Thiết bị…………………………………………………………………………….………16

4.3

Hóa chất và vật liệu……………………………………………………………………….17

4.4

Một số lưu ý khi sử dụng dụng cụ, thiết bị, hóa chất……………………………………..17

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm bằng than trấu


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS NGUYỄN VĂN SỨC

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ……………………………………………………………18
CHƯƠNG 5:

THỰC NGHIỆM…………………………………………………………..18

5.1

Xử lý tro trấu…………………………………………………………………………….18

5.2

Pha dung dịch thuốc nhuộm……………………………………………………………..18

5.3

Pha dung dịch KNO3..........................................................................................................18

5.4

Pha các dung dịch HCl, HNO3, NaOH……………………………………………….…..18

5.5

Khảo sát pH theo thế deta………………………………………………………………...18

5.6

Khảo sát sự ảnh hưởng của tro trấu đến pH………………………………………………18

5.7

Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự thể hiện màu thuốc nhuộm……………………….18

5.8

Khảo sát sự ảnh hưởng của tro trấu đến pH của dung dịch sau khi lắc với tro trấu………18

5.9

Lập đường chuẩn nước màu nhuộm………………..……………………………………..18

5.10 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lắc…………………………………………………………20
5.11 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng tro trấu…………………………………………….…….20
5.12 Khảo sát phương trình đẳng nhiệt hấp phụ……………………………………….……….20

CHƯƠNG 6
6.1

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT……………………………………..………….21

Kết quả chụp SEM, FT-IR, BET ……………………………………………...………….21

6.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đối với dung dịch thuốc nhuộm ………….…….……22
6.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tro trấu đến dung dịch thuốc nhuộm ……………………22
6.4 Kết quả khảo sát thế deta ……………………………………………………….……….…24
6.5

Đặc trưng cơ bản của tro trấu …………………………………………………………….24

6.6

Đường chuẩn dung dịch thuốc nhuộm……………………………………………….……24

6.7

Kết quả khảo sát thời gian tiếp xúc…………………………………………………….….25

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm bằng than trấu


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS NGUYỄN VĂN SỨC

6.8

Kết quả khảo sát hàm lượng………………………………………………………………26

6.9

Kết quả khảo sát phương trình đẳng nhiệt hấp phụ……………………………………….26

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................….29
I. Kết luận .....................................................................................................................................29
1. Tính khoa học………………………………………………………………………...…..29
2. Tính khả thi của đề tài……………………………………………………………….. ….29
3. Thiếu xót và hạn chế………………………………………………………………..……29
II. Kiến nghị ..............................................................................................................................….30

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................................31

PHỤ LỤC…………………………………………………………………………………….….32

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm bằng than trấu


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

PHẦN I
ĐẶT VẤN ĐỀ
CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu sơ lƣợc về nƣớc thải dệt nhuộm:

- Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá đất nước, chất thải công
nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại, đòi hỏi phải có
nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý.

- Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu
tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất. Theo phân tích của các chuyên gia, trung
bình, một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong đó, lượng nước được
sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là trong công đoạn nhuộm và
hoàn tất sản phẩm. Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong
nước thải, ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp .

- Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy,
thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ (AOX- Adsorbable

Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất
là 40°C) và pH của nước thải cao do lượng kiềm trong nước thải lớn. Trong số các chất ô
nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là
thuốc nhuộm azo không tan – loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm
60-70% thị phần. Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào
sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng 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. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ
màu cao, và nồng độ chất ô nhiễm lớn.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

1


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

- Các loại phẩm nhuộm chủ yếu được sử dụng trong dệt nhuộm bao gồm:


Phẩm nhuộm phân tán: Là phẩm nhuộm không tan trong nước nhưng ở dạng phân

tán trong dung dịch và có thể phan tán trên sợi, mạch phân tử thường nhỏ. Có thể có
nhiều họ khác nhau: anthraquinon, nitroanilamin…


Phẩm nhuộm trực tiếp: Dùng để nhuộm vải cotton trong môi trường kiềm, thường là

muối sunfonat của hợp chất hữu cơ: R-SO3Na. kém bền với ánh sáng khi giặt.


Phẩm nhuộm axit: Đa số những hợp chất sulfo chứa một hay nhiều nhóm SO3H và

một vài dẫn xuất chứa nhóm COOH dùng nhuộm trực tiếp các loại tơ sợi chứa nhóm
bazo như : len , tơ , poliamide..


Phẩm nhuộm hoạt tính: Có công thức tổng quát: S – F – T = X. Trong đó F: Phân tử

mang màu; S: nhóm tan trong nước (SO3Na, COONa) ; T: gốc mang phản ứng(có thể là
nhóm Clo hay vinyl ); X: nhóm có khả năng phản ứng.


Phẩm nhuộm hoàn nguyên: Bao gồm các họ màu khác nhau như: indigo, dẫn xuất

anthraquinon, phẩm sulfua dung để chỉ sợi bông visco, sợi tổng hợp.

- Thành phần nước thải dệt nhuộm rất đa dạng, bao gồm:
 Phẩm nhuộm.
 Chất hoạt động bề mặt.
 Chất điện ly.
 Chất ngậm.
 Chất tạo môi trường.
 Tinh bột, chất ôxi hóa
 Các loại hóa chất đặc trưng hòa tan dưới dạng ion và các kim loại nặng
 Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao,độ màu cao, độ pH lớn, chứa
nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy.

- Thành phần và tính chất của nước thải thay đỏi liên tục trong ngày. Nhất là tại các nhà máy
sản xuất theo quy trình gián đoạn, các công nghệ như giặt, nấu tẩy, nhuộm đều thực hiện trên
cùng một máy. Do vậy tùy theo giai đoạn nước thải cũng biến đổi , dẫn đến độ màu , hàm
lượng chất hữu cơ, đọ pH , hàm lượng cặn không ổn định.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

2


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

1.2 Sự cần thiết của đề tài:

- Vì có nhiều thành phần độc hại nên nước thải dệt nhuộm là nguồn gây ra ô nhiễm đến môi
trường và sức khỏe con người, trong đó: độ màu, pH , TS , COD, nhiệt độ vượt quá tiêu chuẩn
cho phép. Hàm lượng chất bề mặt đôi khi quá cao , khi thải vào nguồn nước sông , kênh rạch
tạo một màng nổi trên bề mặt, ngăn cản sự khuếch tán oxi vào môi trường nước gây nguy hại
cho hoạt động cảu thủy sinh vật. Mặt khác, một số hóa chất chứa kim loại như crôm, nhân
thơm, các phần chứa độc tố không những có thể hủy diệt sinh vật mà còn gây hại trực tiếp đến
sức khỏe của người dân sống ở khu vực lân cận.

- Điều quan trọng là độ màu quá cao, việc xả thải liên tục vào nguồn nước đã làm cho độ màu
tăng dần, dẫn đến hiện trạng nguồn nước bị nhiễm màu. Các thuốc nhuộm thừa có khả năng
hấp phụ ánh sáng ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước, gây ảnh hưởng nghiêm
trọng đến chất lường nguồn nước và đời sống thủy sinh vật.

- Chính vì vậy việc tìm hiểu thành phần của nước thải dệt nhuộm cùng với việc nghiên cứu xử

lý là rất cần thiết.
1.3 Mục đích đề tài:
Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm bằng tro trấu.
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tìm kiếm thông tin liên quan đến đề tài
- Tham khảo ý kiến từ chuyên gia
- Tiến hành thí nghiệm, khảo sát thực nghiệm
- Chọn lọc ,xử lý thông tin
- Thống kê và xử lý số liệu
- Kết luận và kiến nghị.
1.5 Đối tƣợng nghiên cứu:

- Dung dịch nước màu nhuộm bazơ, Malachite Green
- Tro trấu chưa qua xử lý hóa chất, được sấy ở 80°C trong 5 h

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

3


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

1.6 Phạm vi nghiên cứu:
-

Tổng quan về nước màu nhuộm Malachite Green

-

Tổng quan về tro trấu

-

Tìm hiểu các phương pháp hấp phụ

-

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của tro trấu đối với nước màu
dệt nhuộm

1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu:

- Phương pháp lý thuyết: Thu thập và nghiên cứu tài liệu, định hướng các bước thực hiện.
Thừa kế và vận dụng các phương pháp đã công bố.

- Phương pháp thực nghiệm: tiến hành lấy mẫu nước thải dệt nhuộm ( vì quy mô nhỏ nên sử
dụng thuốc nhuộm pha trực tiếp tại phòng thí nghiệm ), tro trấu không qua xử lý hóa chất,
khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm của tro trấu.

- Phương pháp mô phỏng bằng đồ thị, và xử lý số liệu trong excel.
- Phương pháp chuyên gia: Là công cụ đắc lực khi gặp những vấn đề khó khăn trong nghiên
cứu. Có thể tham khảo ý kiến chuyên gia như gặp mặt trực tiếp trao đổi về vấn đề cần nghiên
cứu.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

4

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về vật liệu hấp phụ (Than trấu):

- Nước ta với ngành nghề truyền thống là chuyên canh cây lúa nước, sản lượng xuất khẩu gạo
đứng thứ 2 trên thế giới.

- Sản xuất đạt khoảng 34 – 35 triệu tấn/ năm, tương đương 16 – 17 triệu tấn vỏ trấu.Như vậy
hằng năm lượng vỏ trấu thải ra là rất lớn cần có phương án sử dụng hợp lý tránh lãng phí và gây
ô nhiễm môi trường.
Trạng thái tự nhiên của vỏ trấu

Hình 2.1: cấu trúc của hạt lúa

- Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trong vỏ trấu
chứa khoảng

 32.24% cellulose
 21.34 % hemicellulose
 21,44% lignin, pectin
 1.82 % các chất khoáng
 8.11 % nước
 15.05 % chất hữu cơ dễ bay hơi.
Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

5


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

- Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật
không thể sử dụng trực tiếp được. Mặt khác liên kết hydro được thực hiện giữa các nhóm định
chức của tro và thuốc nhuộm như : hydroxyl, nhóm amin, nhóm amít và nhóm carboxyl. Khi
phân tử thuốc nhuộm tiếp cận với tro ở khoảng cách cần thiết thì lực liên kết hydro sẽ phát sinh
do tương tác của các nhóm định chức với nhau. Năng lượng của một mối liên kết hydro không
lớn nhưng tổng năng lượng của nhiều liên kết hydro của cả phân tử thuốc nhuộm với vật liệu thì
đáng kể. Acid galacturonic trong peptin là những vị trí liên kết mạnh với các cation.

- Ngoài ra, Cellulose trong bề mặt tro xốp, giữa xơ sợi cellulose và màu còn các lực liên kết hóa
học khác như liên kết cầu hydro được tạo thành nhờ sự kết hợp bằng nguyên tử hydro với các
nguyên tử có độ âm điện cao hơn, ví dụ lực liên kết cầu hydro giữa các nhóm –NH, OH … của
thuốc nhuộm trực tiếp với các nhóm OH trong xơ sợi cellulose

- Do đó bằng liên kết này vỏ trấu trở thành vật liệu tốt được sử dụng để hấp phụ màu
- Sau khi đốt, than trấu có chứa trên 90% là silic oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong rất
nhiều lĩnh vực.
Bảng : các thành phần trong than trấu
Thành phần cấu thành %
SiO2

94.04

Al2O3

0.249

Fe2O3

0.136

CaO

0.622

MgO

0.442

Na2O

0.023

K2O

2.49

LOI

3.52

(LOI: Loss of Ignition)

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

6


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

Ứng dụng của than trấu trong thực tế:

- Được sử dụng làm phân bón do trấu chứa nhiều kali dùng để cải tạo đất rất tốt, 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.

- Tinh chế làm giàu silicat
- Sản xuất aerogel cách nhiệt từ silicat được tinh chế từ tro trấu.
2.2 Tổng quan về chất cần hấp phụ (Thuốc nhuộm baz Malachite Green):
Sơ lược về Malachite Green.

- 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

- Cấu tạo trong phân tử thuốc nhuộm bazơ có nhóm mang màu thường là nhóm azo-N=N- và
nhóm trợ màu thường là nhóm NH2, NR2 … ngoài ra còn có gốc NH4+, Cl-, SO42- … vì vậy
chúng dễ tan trong nước

- Khi tan trong nước dễ bị kết tủa dưới tác dụng của bicacbonat, nhưng trong nước mềm (ít ion
Ca2+ và Mg2+) hoặc khi có mặt của axít axetic hoặc các axít khác thì thuốc nhuộm bị hòa tan
tạo thành dung dịch đa phân tử không bị thủy phân. Muối hòa tan đến nồng độ tối đa có thể đun

nóng tới 60 - 75oC.

- Malachite green có tên khoa học là Triphenylmethane, đuợc gọi là basic green 4 hay victoria
green B, Malachite green là một hóa chất thường ở dạng bột mịn,tinh thể có màu xanh lục thẫm,
tan trong nước, có màu xanh được dùng để nhuộm tơ, vải, giấy và da.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

7


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

- Malachite green có công thức hoá học là : C23H25N2Cl
- Cấu tạo phân tử:

- Khi đi vào cơ thể sinh vật Malachite green bị phân huỷ thành chất chuyển hoá (metabolite) là
Leucomalachite Green (LMG)

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

8


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

Các Ứng Dụng Của Malachite green.
Trong công nghiệp.

- Trong ngành công nghiệp Malachite green hay dùng để nhuộm các nguyên vật liệu như da,
tơ, vải, sợi và giấy.Ngoài ra MG cũng được dùng trong phòng thí nghiệm để làm dung dịch
nhuộm vi khuẩn,và bào tử của nó, làm chỉ thị màu pH; chuyển màu ở pH = 1: vàng (axit),
xanh lục (kiềm)
Trong thuỷ sản.

- Chất Malachite green (MG) đã được giới nuôi trồng thủy sản trên thế giới sử dụng 1 cách
rộng rãi từ lâu và được dùng rất phổ biến trên thế giới để xử lý nước và để sát nấm ( loại
saprolegnia ssp) cũng như để sát ký sinh trùng nhóm nguyên sinh vật ( protozoa ) và bệnh
nấm ký sinh trên trứng cá, cá và các loại sò hến (loài nhuyễn thể) như phòng trị các bệnh nấm
thủy mi, bệnh trùng quả dưa … . Đó là một loại thuốc trừ nấm rất công hiệu và thường được
dùng để tẩy trùng trong các hồ gây cá giống và trong các mô hình nuôi trồng thủy sản.

-

Vì là một hóa chất có hiệu quả trong việc điều trị bệnh cá và lại rẻ tiền nên Malachite green
được các hộ nuôi thủy sản sử dụng nhiều dẫn đến việc hóa chất này đã bị phát hiện còn tồn
lưu bên trong cơ thể của một số loài thủy sản.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

9


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

Tác Hại Của Malachite Green.

- Chất Leucomalachite green (LMG) là chất phát sinh trong quá trình chuyển hóa của MG và
thường còn tồn dư trong cá một thời gian lâu, ngay cả khi không còn thấy MG nữa.

- Thí nghiệm cho thấy MG và LMG làm hại gan, làm biến đổi tuyến giáp trạng , gây ra tình
trạng mất máu , làm đột biến thay đổi gene (mutagenic) và gây cancer ( carcinogenic) trên
loài chuột thí nghiệm . Qua việc thẩm định các kết quả trên , giới khoa học đưa ra kết luận
rằng MG và LMG là 2 chất nguy hại có tiềm năng gây ung thư cho người.

- Một nghiên cứu khác về độc tính của Malachite green và Leucomalachite green được tiến
hành trong thời gian 2 năm của Trung tâm Nghiên cứu Độc tố Quốc gia Hoa Kỳ cho thấy có
biểu hiện gây ung thư của Leucomalachite green trên chuột nhắt cái. Ngoài ra,
Leucomalachite green còn là chất gây đột biến trong cơ thể của các loài động vật.

- Theo Thạc sĩ Từ Thanh Dung- Khoa Thủy sản -Trường Đại học Cần Thơ, thì Malachite
green là một hóa chất có thể gây bệnh ung thư, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người nên đã bị
cấm sử dụng và được kiểm tra nghiêm ngặt về dư lượng có trong thực phẩm ở nhiều nước
trên thế giới.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

10


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ
3.1 Cơ sở lý thuyết về phƣơng pháp hấp phụ:

- Trong hoá học hấp phụ là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chât lỏng bị hút trên bề mặt một
chất rắn xốp. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbent), chất rắn xốp dùng để hút
khí hay hơi gọi là chất hấp phụ (adsorbate) và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá
trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.

- Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng gọi là nhiệt hấp phụ. Bề mặt càng lớn tức độ
xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn.
Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
Hấp phụ vật lý:

- Là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí và không hình thành liên kết hóa
học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu như liên kết Van Đơ Van, lực tương tác tĩnh điện
hoặc lực phân tán London.

- Khi chất bị hấp phụ và chất hấp phụ tương tác với nhau bằng lực Van der Waals thì nhiệt hấp
phụ có giá trị thấp và chất bị hấp phụ dễ bị giải hấp phụ.
Hấp phụ hoá học:

- Là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học.
- Hấp phụ hóa học thường xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm. Nhiệt hấp phụ hóa học
khoảng 80-400 kJ/mol, tương đương với lực liên kết hoá học. Hấp phụ hóa học thường kèm theo
sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn được gọi là hấp phụ hoạt hoá. Hấp phụ hóa học là giai đoạn
đầu của phản ứng xúc tác dị thể.

- Chất hấp phụ là chất có bề mặt thực hiện hấp phụ. Chất hấp phụ thường ở dạng rắn.
- Chất bị hấp phụ là chất bị hút, dính lên bề mặt của chất hấp phụ.
- Lực liên kết trong quá trình hấp phụ có thể là lực hút tĩnh điện, lực định hướng, lực tán xạ, trong

trường hợp lực đủ mạnh có thể gây ra liên kết hóa học hay tạo phức, trao đổi ion. Theo thuyết
Langmuir nguyên nhân của sự hấp phụ là:

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

11


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC



GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

Sự có mặt những phần tử hóa trị không bão hòa trên bè mặt chất hấp phụ. Khi
hấpphụ do tác dụng lực hóa trị mà sinh ra liên kết hóa học.



Khoảng cách tác dụng của lực hóa trị rất ngắn không quá đường kính phân tử do
đó chỉ hấp phụ một lớp.



Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra những điểm đặc biệt gọi là tâm hấp phụ chứ không
xảy ra trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ. Hoạt tính chất hấp phụ phụ thuộc vào số
lượng tâm hấp phụ.

3.2 Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ:
Trong hấp phụ chúng ta chú ý đến các đặc điểm sau:

- Khả năng hấp phụ của một chất hấp phụ cho biết khối lượng chất hấp phụ cần thiết phải sử dụng
hay thời gian hoạt động của sản phẩm thu được cho một chu kỳ hoạt động.

- Tốc độ hấp phụ cho phép định lượng quy mô, độ lớn của thiết bị để đạt tới chất lượng của
sản phẩm như mong muốn.

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ:


Bản chất của chất hấp phụ.



Nhiệt độ môi trường.



Áp suất.



Nồng độ chất hấp phụ, chất bị hấp phụ.



Thời gian tiếp xúc của các pha.

Trong quá trình hấp phụ, khả năng hấp phụ của một chất rắn tăng lên khi nồng độ chất hấp phụ
lớn lên (nhiệt độ không đổi). Ta xét hệ hai cấu tử, gọi khả năng hấp phụ của một chất là qe , nồng

độ chất hấp phụ là C , ta có phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa là qe và C:
qe = f (C) (2.1)
Nếu gọi C0 và Ce là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái ban đầu và trạng thái cân bằng; V là thể
tích dung dịch, m là khối lượng chất hấp phụ, thí nghiệm ở trạng thái tĩnh ta có thể xác định :

qe 

(C 0  C e )
V
m

(2.2)

Với đơn vị của q là: mg/g – mg chất hấp phụ/g chất bị hấp phụ
đơn vị của C là: mg/l – mg chất bị hấp phụ/l dung dịch

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

12


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

THUYẾT HÓA HỌC LANGMUIR
Xuất phát từ kinh nghiệm, hấp phụ Langmuir được định nghĩa như sau:
abCe
x


m 1  bC e

(2.3)

Trong đó:

- x/m: Khối lượng chất bị hấp phụ trên 1 đơn vị khối lượng chất hấp phụ (mg/g)
- a,b : Hằng số kinh nghiệm.
- Ce: Nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/l)
- Đẳng nhiêt Langmuir dựa trên một số giả thuyết sau (1918):
- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng.
- Trên bề mặt chất rắn chia ra từng vùng nhỏ, các tâm hoạt động mỗi vùng chỉ tiếp nhận một phần tử
chất hấp phụ. Trong trạng thái bị hấp phụ các phân tử trên bề mặt chất rắn không tương tác với
nhau.

- Quá trình hấp phụ là động, tức là quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ có tốc độ bằng nhau khi đạt
trạng thái cân bằng. Tốc độ hấp phụ tỉ lệ với các vùng chưa bị chiếm chỗ (tâm hấp phụ), tốc độ
nhả hấp phụ tỉ lệ thuận với các tâm đã bị hấp phụ chiếm chỗ.
Tốc độ hấp phụ (ra ) và nhả hấp phụ (rd ) có thể tính bằng:

ra  (n  ni )  k a  Ce
rd  ni  k d
Trong đó: n: là tổng số tâm
ni: là số tâm đã bị chiếm chỗ
Khi đa ̣t cân bằ ng ra = rd
Đặt

ka
k C
 kl  ni  n  l e

kd
1  kl  Ce
Vì mỗi tâm chỉ chứa 1 phân tử bi ̣hấ p phu ̣ nên n đươ ̣c coi là nồ ng đô ̣ chấ t hấp phụ tối đa và ni là

nồng độ chất bị hấp phụ trong trạng thái cân bằng với Ce của chất hấp phụ. Như vâ ̣y ta có :

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

13


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

qe  qm

Biể u thức trên đươ ̣c viế t la ̣i thành

Hay :

kl  Ce
1  kl  Ce

(2.4)

1
1
1
1




qe qm qm  kl Ce

Ce
1
1


 Ce
qe
k l  qm qm

Trong đó:


qe: nồng độ chất bị hấp phụ trong trạng thái cân bằng với Ce



qm: nồng độ chất bị hấp phụ tối đa



kL: hằng số hấp phụ



Ce: Nồng độ cân bằng của chất hấp bị hấp phụ

Biể u thức trên đươ ̣c go ̣i là phương trinh langmiur đươ ̣c xây dựng cho hê ̣ hấ p phu ̣ khí rắ n mô tả mố i
quan hê ̣ giữa q (dung lươṇ g hấ p phu ̣) và C( nồ ng đô ̣ chấ t bi ̣hấ p phu ̣ còn la ̣i)
b là phương triǹ h langmuir biể u diễn mố i quan hê ̣ giữa Ce và Ce/q và biể u thức này có dạng
phương trình:

y =ax + b (2.5)

Hê ̣ số a và b xác đinh
̣ đươ ̣c nhờ thực nghiê ̣m. Đồng nhất các hê ̣ số của 2 phương trình 2.4 và 2.5 ta
đươ ̣c:

1
1
 a  qm 
qm
a

(2.6)

1
1
a
 b  kl 

kl  qm
b  qm b

(2.7)

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

14


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

PHƢƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT FREUNDLICH:

- Đường hấp phụ đẳng nhiệt theo phương trình Freundlich là một đường cong hấp phụ đẳng nhiệt
dựa trên giả thiết bề mặt chất hấp phụ là không đồng nhất, nhiệt hấp phụ vi phân không thay đổi
khi độ che phủ thay đổi và có sự tương tác lẫn nhau giữa các phân tử bị hấp phụ.

- Freundlich cũng nhận thấy rằng, trong một khoảng nồng độ nhất định thì dung lượng hấp phụ
tăng theo quy luật hàm mũ.

Biểu thức phương trình:

Hoặc :

1
X
 K .C n
m

log(

X

1
)  log K  log C
m
n

Trong đó :
X = lượng chất bị hấp phụ (mg).
m = khối lượng chất bị hấp phụ(g).
C = nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch sau khi quá trình hấp phụ, xảy ra hoàn
toàn (mg/l).
K, n = hằng số.

- Tuy là một phương trình theo kinh nghiệm nhưng phương trình Freundlich được sử dụng
có hiệu quả để mô tả các số liệu cân bằng hấp phụ trong môi trường nước, đặc biệt là hệ
than hoạt tính và chất hữu cơ.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

15


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

CHƢƠNG 4: THIẾT BỊ, DUNG CỤ, HÓA CHẤT
4.1 Dụng cụ:
 Cốc thủy tinh các loại: 100, 500ml ( Đức).
 Bình định mức 50ml ( Đức).
 Ống đong 50 ml của hãng Schott (Đức).

 Pipet 2, 5, 10 ml của hãng Schott (Đức)..
 Bình tia, đũa thủy tinh, bình đựng hóa chất
 Bình arlen 100 ml của hãng schott (Đức)
 Giấy lọc hộp xanh kích cỡ Þ =11cm của Trung Quốc
 Curvet đo trên máy quang phổ UV-VIS
 Bóp cao su

4.2 Thiết bị:
 Cân kỹ thuâ ̣t có độ nhạy 2 chữ số.
 Máy lắc IKA®KS260 Basic.
 Máy đo pH WTW pH720 của hãng Inolab (Đức).
 Tủ sấy Medcenter Eirichturgen GmbH của hãng Ecocell.
 Máy xay chuyên dụng hiệu National của Nhật Bản
 Máy quang phổ UV- VIS (Ultra Violet-visible )

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

16


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

4.3 Hóa chất và vật liệu :
 Dung dịch thuốc nhuộm machite green
 Tro trấu được lấy từ vườn cây giống ở huyện Củ Chi Tp HCM
 Dung dịch kalinitrat (KNO3) 0.1 M của Trung Quốc
 Dung dịch axit clohydric (HCl) 36-38% của Trung Quốc
 Dung dịch bazơ natri hydroxit (NaOH )

 Dung dịch axit nitric (HNO3)
 Nước cất được chưng cất 1 lần
4.4. Một số lƣu ý khi sử dụng thiết bi ,dụng cụ và hóa chất
- Trước khi thí nghiệm, các loại cốc lọ thuỷ tinh, đũa thuỷ tinh, pipet…đều phải được
rửa sạch, sau đó tráng lại bằng nước cất rồi đem sấy khô rồi mới được sử dụng.
- Khi tiến hành thí nghiệm do túc xúc nhiều với hóa chất độc hại, cần phải trang bị
dụng cụ bảo hộ đầy đủ: áo blous, găng tay cao su, khẩu trang.
- Khi sử dụng các thiết bị trong phòng phải cẩn trọng và bảo quản tốt, tuân theo quy
định và hướng dẫn sử dụng của người giáo viên quản lý.
- Mỗi một thí nghiệm sẽ được tiến hành lặp lại ít nhất 3 lần để có được kết quả khách
quan nhất.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

17


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

PHẦN II
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM
5.1 Xử lý than trấu:
Than trấu không được xử lý hóa chất.
Đem than trấu sấy khô ở nhiệt độ 80oC trong vòng 5 giờ.
Để nguội và đem đi sàng các cỡ hạt (<0,45mm), (<0,2mm), (<0,15mm), và chọn kích cỡ hạt
<0,2mm làm các thí nghiệm tiếp theo.

5.2. Pha dung dịch thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm Malachite Green ở dạng tinh thể được pha thành dung dịch thuốc nhuộm nồng
độ 1mg/ml làm dung dịch gốc cho các thí nghiệm sau.
Cân xác định khối lượng thuốc nhuộm là 0,2g cho vào bình đựng hóa chất, rồi cho vào
200ml nước cất, lắc đều , kĩ cho thuốc nhuộm tan hoàn toàn, rồi đậy nắp bảo quản.
5.3 Pha dung dịch Kali nitrate KNO3:
Kali nitrate ở dạng bột được pha thành dung dịch có nồng độ 0,1M , dựa vào công thức tính
toán sau :
m = n × M và n = Cm × V , ta có:
m = M × Cm × V
Với MKNO3 = 101 và Cm = 0,1M
Vậy để pha 400ml dung dịch KNO3 0,1M th2 cần khoảng m = 4,04g KNO3 bột
5.4 Các dung dịch HCl, HNO3, NaOH:
Được pha loãng nồng độ thích hợp để chỉnh pH dung dịch thuốc nhuộm 1N, 0.5N, 0.1N

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

18


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS. TS: NGUYỄN VĂN SỨC

5.5 Khảo sát sự ảnh hƣởng tro trấu đến pH:
Lấy 50ml nước cất co vào erlen 100ml, xác định pH = 5.07
Cho 0.5g than trấu vào erlen , đem đi lắc 2 giờ. Sau đó, đem đo lại pH.

5.6 Khảo sát sự ảnh hƣởng của pH đối với màu dung dịch thuốc nhuộm:
Lấy 7 erlen , cho vào mỗi erlen 50ml dung dịch thuốc nhuộm có cùng nồng độ 0.02mg/ml,

chỉnh pH ở mỗi erlen tăng dần từ 1 đến 7. Sau đó đem đo độ hấp thu màu
5.7 Khảo sát ảnh hƣởng của tro trấu đến pH của dung dịch sau khi lắc:
Lấy 7 erlen , cho vào mỗi erlen 50ml dung dịch thuốc nhuộm có cùng nồng độ 0.02mg/ml,
chỉnh pH mỗi erlen từ 1 đến 7, cho 0.4g than trấu vào , rồi đem lắc trong 2 giờ
Lắc xong, đem lọc dung dịch rồi đo lại pH.

5.8 Khảo sát pH theo thế zeta (pHzpc):
pHzpc (pH of zero point of charge) là pH mà tại đó chất hấp phụ có bề mặt tích điện bằng 0.
Bề mặt chất hấp phụ tích điện dương khi pH < pHzpc và tích điện âm khi
pH > pHzpc.
Mỗi chất hấp phụ có một pHzpc riêng tạo thành đặc trưng của nó.
Để xác định pHzpc ta tiến hành các bước thí nghiệm sau:
-

Chất hấp phụ - tro trấu, được đem sấy khô ở nhiệt độ 120oC trong 1 giờ, rồi đựng
trong bình kín bảo quản .

-

Chuẩn bị 6 erlen 100ml có nút nhám, cho vào mỗi erlen 50ml dung dịch KNO3 0,1M
. Điều chỉnh pH các erlen theo các giá trị pH = 2,4,6,8,10,12.

-

Sau đó, cho than trấu vào erlen chứa dung dịch KNO3 0,1M.

-

Chú ý đậy nắp erlen ngay sau khi cho than trấu vào

-

Rồi đem đi lắc, sau 48 giờ đem lọc và đo lại pH của dung dịch .

Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu dệt nhuộm bằng than trấu

19