Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 bằng phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Huyền Thanh

NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ PHẨM MÀU
REACTIVE RED 261 BẰNG PHƢƠNG PHÁP
HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016
i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Huyền Thanh

NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ PHẨM MÀU
REACTIVE RED 261 BẰNG PHƢƠNG PHÁP
HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH
Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Đào Sỹ Đức
PGS. TS. Đỗ Quang Trung

Hà Nội - 2016
i


ỜI Ả

ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em đã hoàn thành luận văn của
mình với đề tài: “N

n cứu loại bỏ phẩm màu Reative Red 261 bằn p ƣơn

pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính”. Để hoàn thành bản luận văn này, ngoài sự
nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của
các thầy cô trong khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học
Quốc gia Hà Nội.
Với l ng iết n s u sắc, em xin g i lời cảm n ch n thành tới các thầy giáo,
TS. Đào Sỹ Đức và PGS.TS. Đỗ Quang Trung, những người đã giao đề tài và nhiệt
t nh giúp đỡ, truyền đạt cho em những iến thức qu

u trong qu tr nh thực hiện

luận văn.
Em xin ch n thành cảm n c c thầy, cô trong Bộ môn Công nghệ Hóa học đã
tạo điều iện, tận t nh ch

ảo và hướng ẫn em trong suốt thời gian làm thực

nghiệm tại Bộ môn.

Em xin cảm n c c ph ng th nghiệm trong Khoa Hóa học, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã tạo điều iện giúp đỡ em trong qu tr nh thực
hiện luận văn.
in ch n thành cảm n c c ạn học viên, sinh viên tham gia nghiên cứu tại
Bộ môn Công nghệ Hóa học đã giúp đỡ tôi trong qu tr nh t m tài liệu và làm thực
nghiệm.
.
Hà Nội, ngày 10 th ng 12 năm 2016
Học viên

Huyền T an

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠ SĨ
Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 bằn p ƣơn p áp ấp phụ
sử dụng than hoạt tính
Lê Huyền Thanh
Với tiêu đề “Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 bằng phương
pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính”, luận văn này tập trung vào khảo sát, nghiên
cứu, t m điều kiện tối ưu để hấp phụ phẩm màu Reactive Red 261 (RR261) bằng
than hoạt t nh đã qua s dụng nhằm đạt hiệu quả hấp phụ cao, tính toán các thông số
động học của quá trình hấp phụ. Các thông số động học là c sở quan trọng để
nghiên cứu, tính toán, thiết kế các thiết bị hấp phụ trong thực tế x l nước thải.
Luận văn được chia làm ba chư ng:
(i)

Chư ng 1: Tổng quan

(ii)

Chư ng 2: Thực nghiệm

(iii)

Chư ng 3: Các kết quả và thảo luận

Chư ng 1 tập trung nêu các thông tin chung về nước thải dệt nhuộm, ảnh
hưởng của nó đến môi trường sinh th i và đời sống con người. Chư ng này cũng
trình bày ngắn gọn về c c phư ng ph p thường được s dụng trong x l nước thải
dệt nhuộm. C sở khoa học của việc lựa chọn nội dung nghiên cứu trong Luận văn
cũng được tr nh ày trong Chư ng 1.
Chư ng 2 mô tả chi tiết về vật liệu, c c điều kiện thực nghiệm, c c phư ng
pháp nghiên cứu và ph n t ch được s dụng trong quá trình thực hiện Luận văn.
Các kết quả nghiên cứu được trình bày và thảo luận trong Chư ng 3. Các kết
quả thực nghiệm cho thấy các yếu tố pH, nhiệt độ, hàm lượng than có ảnh hưởng
mạnh đến hiệu quả x lí phẩm màu. C c điều kiện tối nhằm loại bỏ phẩm màu
RR261 đã được tối ưu ằng phần mềm Modde 5.0. Ở c c điều kiện tối ưu, gần như
toàn bộ phẩm màu RR261 trong mẫu nước đã được loại bỏ, các thông số động học
bao gồm hằng số tốc độ hấp phụ, năng lượng hoạt hóa và tải trọng hấp phụ cực đại
của than hoạt t nh đã được nghiên cứu và x c định.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ............................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iii

DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... vi
BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vii
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1. Đôi nét về nước thải ngành ệt nhuộm ................................................................. 2
1.1.1. Nguồn ph t sinh .................................................................................................. 3
1.1.2. Đặc điểm ............................................................................................................. 4
1.2. C c loại phẩm nhuộm hay ùng ............................................................................ 4
1.2.1. Phẩm nhuộm ph n t n ........................................................................................ 4
1.2.2. Phẩm nhuộm cation ............................................................................................ 5
1.2.3. Phẩm nhuộm azo và c c sản phẩm trung gian ................................................... 6
1.3. Ảnh hưởng của nước thải ngành công nghiệp ệt nhuộm đến môi trường
sinh th i và đời sống con người .................................................................................... 8
1.4. C c phư ng ph p x l nước thải ngành ệt nhuộm ............................................. 9
1.4.1. Phư ng ph p hóa học ......................................................................................... 9
1.4.2. Phư ng ph p sinh học ...................................................................................... 14
1.4.3. Phư ng ph p eo tụ .......................................................................................... 18
1.4.4. Phư ng ph p hấp phụ trong x l nước thải ệt nhuộm .................................. 19
1.5. Một số nghiên cứu x l nước thải ệt nhuộm ằng phư ng ph p hấp phụ ....... 26
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM................................................................................. 299
2.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 29
2.2. Mục đ ch nghiên cứu ........................................................................................... 29
2.3. Hóa chất, ụng cụ, thiết ị ................................................................................... 29
2.3.1. Hóa chất ............................................................................................................ 30
2.3.2. Dụng cụ và thiết ị ........................................................................................... 30
2.4. Phư ng ph p ph n t ch s ụng trong qu tr nh nghiên cứu .............................. 31
2.4.1. Phư ng ph p ph n t ch trắc quang ................................................................... 31
2.4.2. Phư ng ph p ph n t ch định t nh...................................................................... 31

iii


2.4.3. Ph n t ch định lượng ........................................................................................ 32
2.4.4.

c định nồng độ phẩm nhuộm ....................................................................... 32

2.4.5. pH ..................................................................................................................... 33
2.4.6. Phổ hồng ngoại ................................................................................................. 33
2.4.7. Ảnh hiển vi điện t quét ................................................................................... 33
2.4.8. Phư ng ph p x c định iện t ch ề mặt riêng .................................................. 33
2.4.9. S ụng phần mềm Mo e 5.0 để tối ưu hóa thực nghiệm ............................. 34
2.5. Qui tr nh th nghiệm ............................................................................................ 35
2.5.1. Loại ỏ phẩm màu RR261................................................................................ 35
2.5.2. Phư ng ph p x c định thông số động học của phản ứng ph n hủy màu
phẩm nhuộm ............................................................................................................... 35
2.5.3. c định ung lượng hấp phụ của than hoạt t nh ............................................. 36
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 38
3.1. c định c c t nh chất ề mặt của vật liệu hấp phụ ............................................ 38
3.2. c định ước sóng hấp thụ cực đại của phẩm nhuộm RR261 .......................... 40
3.3. y ựng đường chuẩn iểu iễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang ABS
vào nồng độ phẩm nhuộm .......................................................................................... 41
3.4. Khảo s t ảnh hưởng của pH ............................................................................... 42
3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng than hoạt t nh ........................................................... 44
3.6. Khảo s t ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................ 45
3.7. Khảo s t ảnh hưởng của nồng độ phẩm đầu........................................................ 47
3.8. Tối ưu c c thông số ằng phần mềm Mo e 5.0 ................................................ 49
3.9. Khảo s t động học của qu tr nh hấp phụ ........................................................... 53
3.9.1. c định tốc độ hấp phụ phẩm RR261 và năng lượng hoạt hóa ...................... 53

3.9.2. c định năng lượng hoạt hóa E ...................................................................... 55
3.9.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và ung lượng hấp phụ của than hoạt t nh............ 56
3.10. Đ nh gi hả năng t i sinh của than hoạt t nh................................................... 60
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 63
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ...................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 65
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 70

iv


DANH M ỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm ............ 3
Bảng 2.1.Một số đặc trưng cơ bản của phẩm nhuộm RR261 .................................... 29
Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu ...................................... 31
Bảng 3.1. Tương quan giữa nồng độ RR261 với độ hấp thụ quang........................... 41
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng than hoạt tính .................... 44
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................. 46
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phẩm ban đầu ........................ 48
Bảng 3.5. Các thông số được lựa chọn ...................................................................... 49
Bảng 3.6. Bảng giá trị tối ưu ...................................................................................... 51
Bảng 3.7. Hiệu suất xử lý RR261 theo thời gian ........................................................ 52
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát động học ......................................................................... 53
Bảng 3.9. Bảng giá trị động học ................................................................................ 55
Bảng 3.10. Kết quả xác định năng lượng hoạt hóa .................................................... 55
Bảng 3.11. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ................................. 57
Bảng 3.12. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ............................... 58
Bảng 3.13. Kết quả các hằng số động học dạng đẳng nhiệt ..................................... 58
Bảng 3.14. Kết quả giải hấp bằng nhiệt ..................................................................... 61

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .................................................. 23
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf .............................................................. 23
Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freunchlich .............................................. 24
Hình 1.4. Sự phụ thuộc của lgq vào lgCf ............................................................. 24
Hình 2.1. Công thức cấu tạo của phẩm nhuộm RR261 ........................................ 29
Hình 3.1. Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ BET của N2 trên than hoạt tính ...... 38
Hình 3.2. Hình ảnh chụp SEM của than hoạt tính ............................................... 39
Hình 3.3. Phổ IR của than hoạt tính..................................................................... 39
Hình 3.4. Phổ UV-Vis của phẩm nhuộm RR261 .................................................. 40
Hình 3.5. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang ABS vào nồng độ phẩm nhuộm ......... 42
Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH................................................................................ 43
Hình 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng than hoạt tính ............... 45
Hình 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................ 46
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ phẩm ban đầu tới hiệu quả hấp thụ ............. 48
Hình 3.10. Mối tương quan về hiệu suất giữa dự báo và thực nghiệm ................ 51
Hình 3.11. Sự thay đổi của phổ UV-Vis tại điều kiện tối ưu ............................... 52
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của ln(Co/Ct) vào thời gian t ....................................... 54
Hình 3.13. Sự phụ thuộc của (1/Ct -1/Co) vào thời gian t ................................... 54
Hình 3.14. Đồ thị xác định năng lượng hoạt hóa E ............................................. 56
Hình 3.15. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (dạng tuyến tính) .................. 57
Hình 3.16. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (dạng tuyến tính) ................. 58
Hình 3.17. Hình ảnh SEM của than hoạt tính sau khi hấp phụ ........................... 59
Hình 3.18. Phổ IR của than hoạt tính sau khi đã hấp phụ ................................... 60
Hình 3.19. Đồ thị đánh giá khả năng tái sử dụng của than hoạt tính..................61

vi

BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
K hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ABS

Absorbance

Độ hấp thụ quang

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

BET

Brunauner Emmett Teller

X c định iện t ch ề mặt riêng

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

IR

Infrared spectroscopy

Phổ hồng ngoại

SEM

Scanning Electron Microscope

Hiển vi điện t quét

RR261

Reactive Red 261

Phẩm nhuộm Reactive Re 261

TOC

Total Organic Carbon

Tổng hàm lượng chất rắn

UV-Vis

Ultraviolet - Visible

Phổ t ngoại hả iến

vii


LỜI MỞ ĐẦU
Dệt may là một trong số những ngành công nghiệp mũi nhọn của Việt Nam.
Đ y là ngành có gi trị kim ngạch xuất khẩu cao. Theo thống kê năm 2015, với 273
tỷ USD kim ngạch xuất khẩu, dệt may Việt Nam tiếp tục duy trì t lệ đóng góp 15%
tổng kim ngạch xuất khẩu cả nước, s dụng trên 2,5 triệu lao động công nghiệp.
Việt Nam là nước có qui mô dệt may xuất khẩu đứng thứ tư trên thế giới sau Trung
Quốc, Ấn Độ và Bangladesh, cung ứng trên 4% tổng hàng hóa dệt may tiêu thụ trên
toàn thế giới. Thu nhập trung

nh năm của công nhân dệt may cả nước đã đạt trên

50 triệu VNĐ/người/năm (thu nhập cao gấp 8-10 lần nông dân trồng lúa trong điều
kiện được mùa), được tham gia bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế…
Đi đôi với sự tăng trưởng nhanh, ph t triển mạnh th một trong những vấn đề
của ngành ệt may hiện nay là lượng nước thải chưa qua x l hoặc chưa được x l
triệt để đang trở thành một trở ngại lớn. Lượng nước thải này đang trở thành một
trong những nguồn ô nhiễm ch nh. Công nghiệp ệt thải vào môi trường nhiều loại
hóa chất, trong đó đ ng quan t m là c c loại phẩm nhuộm, đặc iệt là c c loại phẩm
màu azo và c c sản phẩm ph n hủy từ chúng, đ y đều là những hợp chất độc,
thường có ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường, sinh th i và sức hỏe con người.
Việc nghiên cứu x l , loại ỏ c c loại phẩm màu hữu c nói chung, phẩm màu azo
nói riêng ra hỏi c c nguồn thải ệt nhuộm có

nghĩa cực ỳ quan trọng, hông ch

với c c đ n vị sản xuất mà với toàn xã hội. C c phư ng ph p x l nước thải ệt
nhuộm rất phong phú, mỗi phư ng ph p có những ưu, nhược điểm riêng. Với mục
tiêu t m hiểu ỹ h n về hả năng hấp phụ phẩm màu hữu c của than hoạt t nh,
Luận văn Nghiên cứu lại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 bằng phương pháp hấp
phụ sử dụng than hoạt tính tập trung hảo s t c c điều iện ảnh hưởng, tối ưu hóa
c c thông số ảnh hưởng tới qu tr nh hấp phụ, và x c định c c thông số động học
đăng trưng của qu tr nh hấp phụ phẩm màu trên than hoạt t nh.

1


TỔNG QUAN

HƢƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. Đô nét về nƣớc t ả n àn dệt n uộm
1.1.1. Nguồn phát sinh
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ c c công đoạn
hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất [1]. Các chất gây ô nhiễm chính trong
nước thải dệt nhuộm gồm:
- Các tạp chất tách ra từ vải sợi như ầu, mỡ, các hợp chất chứa nit , pectin,
các chất bụi bẩn dính vào sợi (65% khối lượng x sợi);
- Các hóa chất s dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh bột, H2SO4,
CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3..., hay các loại phẩm nhuộm,
các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu. Lượng hóa chất s dụng đối với từng loại
vải, từng loại màu thường khác nhau và chủ yếu đi vào nước thải từng công đoạn
tư ng ứng. Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm nói chung phụ thuộc rất nhiều
vào loại và liều lượng hóa chất s dụng, c cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng,
nhuộm, in hoa…), m y móc, thiết bị s dụng… Theo thành phần các chất thải trong
nước thải, có thể nhận thấy rằng nước thải công nghiệp dệt nhuộm có ảnh hưởng

trực tiếp và gián tiếp đến sinh hoạt của người sản xuất.
- Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải từ c c c sở dệt nhuộm là sự dao
động rất lớn cả về lưu lượng và tải lượng các chất ô nhiễm, thay đổi theo mùa, theo
mặt hàng sản xuất và chất lượng sản phẩm. Bảng 1.1 thể hiện thành phần và đặc
tính của nước thải dệt nhuộm qua một số công đoạn [1].
Với những đặc điểm và t nh chất trên, nước thải ệt nhuộm hông ch làm ô
nhiễm nước mặt ở những ao, hồ, sông, nước ngầm trong hu vực mà c n có thể
làm gia tăng

ng chảy mặt của nguồn nước tiếp nhận .

2


TỔNG QUAN

Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm
qua các công đoạn
STT

Công đoạn

Chất ô nhiễm trong nước thải
Tinh ột, glucoz , cac onyl
metyl, xenluloz , poli

1

2

3

4

Hồ sợi, giũ hồ vinylancol, nhựa, chất éo và s p
Nấu, tẩy

6

7

BOD cao (chiếm 34-50%
tổng sản lượng BOD)

NaOH, chất s p, ầu, mỡ, sođa,

Độ iềm cao, màu tối,

silicat natri, x , sợi vụn

chiếm 30% tổng BOD

H2O2, hợp chất chứa clo, NaOH,

Độ iềm cao, BOD

Tẩy trắng

AO , axit…

chiếm 5% tổng BOD

Làm bóng

NaOH, tạp chất
C c loại phẩm nhuộm, CH3COOH

5

Đặc t nh của nước thải

Nhuộm

In

Hoàn thiện

(axit axetic) và c c muối im loại

Độ iềm cao, BOD
thấp (<1% tổng BOD)
Độ màu rất cao, BOD
cao (chiếm 6% tổng
BOD), TS cao

Chất màu, tinh ột, ầu, đất sét,

Độ màu rất cao, BOD

muối im loại, axit…

cao và ầu mỡ

Vệt tinh ầu, mỡ động vật, muối

Kiềm nhẹ, BOD
thấp lượng nhỏ.

1.1.2. Đặc đ ểm
Ở Việt Nam, ngành dệt nhuộm hiện có khoảng 60 công ty nhà nước có quy mô
lớn, hàng trăm công ty tư nh n với quy mô khác nhau, không kể đến các làng nghề
và con số đó c n tiếp tục tăng lên. Sự phát triển nhanh và mạnh của c c c sở sản
xuất các mặt hàng dệt may, cùng với đặc thù của một ngành sản xuất phức tạp, s
dụng nhiều hóa chất, nước, nguyên liệu là nguyên nhân khiến lượng nước thải trong
sản xuất dệt nhuộm thường rất lớn. Ước t nh, lượng nước thải của các nhà máy dệt
nhuộm thải vào môi trường khoảng 30 triệu m3/năm, với tải trọng COD cao, khoảng

3


TỔNG QUAN

15000 tấn/năm [29]. Về thành phần, ngoài những hợp chất có khả năng ph n hủy
sinh học, điều đặc biệt đ ng quan t m là c c thành phần không hoặc khó phân hủy
sinh học như polyvinylaxetat, các chất tẩy trắng và đặc biệt là các loại thuốc nhuộm.
Trong quá trình dệt nhuộm, lượng nước và hóa chất được s dụng là khá lớn
cho từng công đoạn h c nhau. Để sản xuất 1m vải cần dùng từ 12-60 lit nước và
thải ra từ 10-40 lit nước thải [4]. Nước thải dệt nhuộm được quan tâm nhiều o độc
tính và màu sắc của thuốc nhuộm, chúng mang c c đặc điểm sau:
- Lượng nước thải thường lớn (khoảng 50 – 300 m3 nước cho 1 tấn hàng dệt),

chủ yếu từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy.
- Nước thải chứa hỗn hợp phức tạp các chất ư thừa (phẩm nhuộm, chất hoạt
động bề mặt, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất oxi hóa) ưới dạng các ion,
các kim loại nặng, các tạp chất tách ra từ x sợi.
- Nước thải tẩy giặt có pH ao động từ 9 – 12, hàm lượng chất hữu c cao
(COD có thể lên tới 1000 – 3000 mg/L). Độ màu của nước thải khá lớn ở những
giai đoạn tẩy an đầu, có thể lên tới 10000 Pt – Co, hàm lượng cặn l l ng đạt giá
trị 2000 mg/L.
- Nước thải nhuộm thường đa ạng và không ổn định. Hiệu quả hấp phụ
thuốc nhuộm của vải ch đạt 60 – 70%, phần phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên
thủy hoặc bị phân hủy ở một dạng khác nên nước có độ màu rất cao, COD thay đổi
trong khoảng 80 - 18000 mg/L. Các phẩm nhuộm hoàn nguyên, hoạt t nh thường
thải trực tiếp vào môi trường, lượng phẩm nhuộm ư thừa lớn dẫn đến gia tăng
chất hữu c và độ màu.
- Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc rất lớn vào loại và
lượng hóa chất s dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in
hoa…), vào t lệ s dụng sợi tổng hợp, vào loại hình công nghệ sản xuất (gián
đoạn, liên tục hay bán liên tục), vào đặc tính máy móc, thiết bị s dụng…
1.2. ác loạ p ẩm n uộm ay dùn
1.2.1. P ẩm n uộm p ân tán
Phẩm nhuộm ph n t n có thể nhuộm tất cả c c x sợi tổng hợp và xenlulo

4


TỔNG QUAN

axetat ằng phư ng ph p nhuộm trực tiếp. Giữa c c loại sợi h c nhau ch cần
thay đổi nhiệt độ nhuộm, v vậy, phẩm nhuộm ph n t n là một trong những nhóm
phẩm nhuộm ch nh. Ngày nay, phẩm nhuộm ph n t n được ùng chủ yếu để

nhuộm sợi polieste, nhóm quan trọng nhất của x sợi tổng hợp. Phẩm nhuộm
ph n t n hông có c c nhóm chức ion nên hông tan trong nước ở nhiệt độ
thường và ch tan t ở nhiệt độ cao h n. Chúng có thể

m tốt trên c c loại sợi có

đặc t nh ề mặt ị nước.
Phần lớn c c phẩm nhuộm ph n t n là c c

ẫn xuất monoazo và

anthraquinon hông chứa c c nhóm chức ion và có hối lượng ph n t thấp. Các
nhóm thế ph n cực trong ph n t thuốc nhuộm làm chúng có hả năng tan yếu
trong nước. Có hàng ngh n cấu trúc thuốc nhuộm ph n t n azo, màu sắc của c c
hợp chất azo đ n giản, t điển hình.
Phẩm nhuộm ph n t n anthraquinon thường là c c hợp chất 1-hiđroxy,
hoặc 1-amino. Chúng có ãy màu từ đỏ tư i tới xanh. Phẩm nhuộm ph n t n
anthraquinon đ n giản có độ hấp thụ ph n t thấp, h c với c c hợp chất azo, nên
c c thuốc nhuộm này có hiệu suất lên màu thấp h n. Các phẩm nhuộm
anthraquinon đang ần được thay thế.
1.2.2. P ẩm n uộm cation
Nhiều phẩm nhuộm tổng hợp đầu tiên có chứa c c nhóm amin az tự o có
hả năng phản ứng với c c axit, v vậy, an đầu chúng được gọi là phẩm nhuộm
az . Ph n t của c c loại phẩm nhuộm này luôn chứa c c cation hữu c nên
chúng được gọi là phẩm nhuộm cation. Chúng thường ph t màu tư i s ng và có
cường độ màu cao, một số thậm ch c n ph t huỳnh quang. C c phẩm nhuộm
cation sẽ nhuộm x sợi có nhiều miền anion ằng qu tr nh trao đổi ion. Đ y
thường là qu tr nh nhuộm trực tiếp đ n giản. Ngày nay, phẩm nhuộm cation được
s

ụng chủ yếu để nhuộm x sợi acrylic anion và x sợi mođacrylic. C c nhóm

cation ở phẩm nhuộm phản ứng với c c nhóm sunfonat và sunfat ở cuối polime.
C c phẩm nhuộm cation thuộc c c lớp hóa học h đa ạng. Nhiều phẩm
nhuộm az

cũ là đi và triphenyl metan

5

ị v ng, azin

ị v ng, oxazin hoặc


TỔNG QUAN

polimetin hay c c hợp chất amino azo.
1.2.3. P ẩm n uộm azo và các sản p ẩm trun gian
Việc hiểu ản chất hóa học của phẩm nhuộm azo là c sở để đề xuất và đưa
ra c c iện ph p ph n hủy và loại ỏ chúng. C c ết quả nghiên cứu cho thấy rằng
phẩm nhuộm azo có thể được ph n hủy ằng c c phư ng ph p hóa học, vật l và
sinh học. Phư ng ph p hóa học có nhược điểm là giá thành cao và phạm vi ứng
ụng hạn chế. Phư ng ph p vật l thường sinh ra lượng chất thải rắn lớn, hó x
l . Phư ng ph p sinh học đã được chứng minh là có hiệu quả x l tốt, nếu được
thiết ế hợp l sẽ có gi thành vận hành tốt. Sự ết hợp của cả a phư ng ph p trên
cũng mang lại hiệu quả cao.
Phẩm nhuộm azo có chứa t nhất một liên ết đôi nit – nit (-N=N-), tuy
nhiên cấu trúc của chúng rất đa ạng. Monoazo ch chứa một liên ết đôi N=N,
điazo và triazo lần lượt chứa 2, 3 liên ết N=N. Nhóm azo thường liên ết với v ng

enzen, naphtalen hoặc v ng th m ị thể. C c nhóm chức đ nh trên c c v ng th m
thường là nhóm mang màu, tạo ra c c sắc màu và cường độ màu h c nhau. Sự
phản xạ, hấp thụ nh s ng và tia UV sẽ quyết định màu sắc của hợp chất. Hợp chất
azo thường được tổng hợp ằng c ch điazo hóa hai v ng th m, sau đó gắn thêm
một số nhóm chức lên c c v ng th m. Nhóm chức amin và hiđroxy thường được
ùng để ết nối màu với sợi [41]. Phẩm nhuộm azo được s

ụng trong công

nghiệp hiện nay rất đa ạng về chủng loại. Hàng năm, lượng phẩm nhuộm hữu c
được tổng hợp vào hoảng trên 450000 tấn, trong đó hoảng 50000 tấn ị mất m t
trong

ng thải [22].
Nhóm azo có hoạt t nh với sợi, 80-90% phẩm nhuộm hoạt t nh có chứa liên

ết azo. Phẩm nhuộm hoạt t nh là c c hợp chất màu có chứa một vài nhóm chức có
thể tạo liên ết cộng hóa trị với c c nhóm chức của sợi. Một nguyên t cac on
hoặc photpho của phẩm nhuộm sẽ liên ết với nhóm amin, thiol, hiđroxyl của len
[36]. Phần lớn phẩm nhuộm azo hoạt t nh được s

ụng trong công nghệ nhuộm

sợi và là thành phần ô nhiễm quan trọng của nước thải ệt nhuộm. Khoảng 20-50%
phẩm nhuộm hoạt t nh ị tổn thất ở ể nhuộm và ở công đoạn giặt. Phẩm nhuộm

6


TỔNG QUAN

hoạt t nh có thể liên ết tốt với sợi o chúng có c c nhóm chức có hả năng tạo
liên ết cộng hóa trị với c c nhóm chức của sợi, tuy nhiên, do tính tan tốt nên
chúng cũng ị tổn thất khi giặt sợi. Phẩm nhuộm azo hoạt t nh thường có thành
phần và cấu trúc ch nh như sau:

Trong đó:
S: nhóm tạo hả năng h a tan của thuốc
nhuộm C: nhóm mang màu (chromogen)
B: gốc mang nhóm phản ứng
R: nhóm phản ứng
L: nhóm liên ết với c c nhóm chức của sợi
Nhóm ắc cầu có nhiệm vụ ết nối nhóm hoạt t nh với màu. Nhóm ắc
cầu phải ền, tan trong nước và có độ linh động nhất định. C c nhóm amin và
an ylamin thường được s

ụng vào mục đ ch này. Nhóm hoạt t nh liên ết với

sợi ằng phản ứng thế hoặc phản ứng cộng. Mono, đi, hay triclorotriazinyl là
những ví ụ về nhóm hoạt t nh. C c hợp chất màu azo mới liên tục được tổng
hợp vì vậy vấn đề x l phẩm nhuộm azo hoạt t nh trong nước thải ngày càng
trở nên phức tạp.
Độc tính của phẩm nhuộm azo
Từ thế ỷ trước, người ta đã ph t hiện ra hiện tượng gia tăng số người
mắc ệnh ung thư àng quang trong số c c công nh n xưởng nhuộm. Từ đó đến
nay đã có rất nhiều công tr nh nghiên cứu về độc t nh của phẩm nhuộm azo.
Nguyên nh n là o c c sản phẩm ph n hủy trung gian của phẩm nhuộm azo.
Phẩm nhuộm azo có thể ị ph n hủy thành c c amin, và thường là c c amin có
chứa v ng enzen hay naphtalen. Đ y là c c hợp chất có hả năng g y ung thư.
Bản th n c c phẩm nhuộm azo hông độc nhưng c c sản phẩm ph n hủy của

chúng có độc t nh cao [22]. Phần lớn phẩm nhuộm có hả năng g y ung thư đã

7


TỔNG QUAN

ị cấm s

ụng, tuy nhiên việc iểm tra độc t nh của tất cả c c loại phẩm

nhuộm là hông thể. Ngoài ra, c c phụ gia s

ụng trong qu tr nh nhuộm cũng

có hả năng g y độc. Nước thải ệt nhuộm có chứa im loại nặng tạo phức
trong một số loại thuốc nhuộm.
Tìm hiểu cấu trúc của thuốc nhuộm và hả năng ph n hủy của chúng là
c sở rất quan trọng để t m hiểu độc t nh o c c sản phẩm ph n hủy g y ra. Một
số nhận định về độc t nh của thuốc nhuộm azo đã được đề xuất ựa trên c c ết
quả nghiên cứu đã được công ố [14]:
- Phẩm nhuộm azo ch độc khi bị kh và phá vỡ liên kết azo tạo ra các amin
th m;
- Phẩm nhuộm azo có cấu trúc chứa amin th m tự do và có thể bị oxi hóa
trong qu tr nh trao đổi chất và có khả năng g y độc;
- Độc tính của phẩm nhuộm azo có thể xuất hiện nếu liên kết azo bị oxi hóa
tạo ra muối điazonium rất hoạt động.
1.3. Ản

ƣởn của nƣớc t ả n àn côn n

ệp dệt n uộm đến mô trƣờn

s n t á và đờ sốn con n ƣờ
Thành phần của nước thải ệt nhuộm h phức tạp ao gồm nhiều loại hóa
chất, đặc iệt là c c loại phẩm màu đều ền trong môi trường, hó ph n hủy sinh
học, làm giảm hả năng truyền nh s ng vào nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến
c c loài sinh vật thủy sinh [8].
Như đã tr nh ày ở trên, trong qu tr nh ệt nhuộm, ch xấp x 60-70%
lượng phẩm nhuộm s

ụng được hấp phụ lên vải, phần c n lại được đưa vào c c

nguồn nước thải, điều này làm cho nước thải ệt nhuộm trở nên tối màu, và ch nh
điều này g y ra những ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường, sinh th i, và đời sống
của nhiều loại thủy sinh trong nước o qu tr nh quang hợp ị ngăn cản, hàm
lượng oxy h a tan trong nước giảm mạnh. Một l

o h c làm giảm lượng oxy

h a tan trong nước là o sự có mặt của hàm lượng lớn c c chất hữu c trong nước
thải (COD của nước thải cao). Bên cạnh đó, c c thành phần độc hại trong nước
thải ệt nhuộm có hả năng t ch tụ trong c thể sinh vật và g y ệnh. C c công ố

8


TỔNG QUAN

hoa học đã cho thấy nhiều loại phẩm màu s

ụng trong qu tr nh ệt nhuộm là

c c hợp chất có thể g y ung thư, hoặc có tiềm năng g y ung thư trên người
[13,26]. Với những ảnh hưởng nghiêm trọng của nước thải ệt nhuộm nói chung,
của phẩm màu hữu c nói riêng có thể nhận thấy việc nghiên cứu, t m ra những
giải ph p phù hợp để loại ỏ phẩm màu hỏi c c nguồn thải trước hi chúng được
đưa vào c c nguồn tiếp nhận là công việc mang t nh cấp thiết, quyết định tới sự
ph t triển ền vững của ngành công nghiệp ệt may, đồng thời là yếu tố chi phối
sự tồn tại của nhiều c sở sản xuất c c mặt hàng ệt may trong ối cảnh Luật Môi
trường đang và sẽ được thực thi nghiêm túc tại Việt Nam.
1.4. ác p ƣơn p áp xử lí nƣớc t ả n àn dệt n uộm
1.4.1. P ƣơn p áp óa ọc
1.4.1.1. Phương pháp trung hòa, điều chỉnh pH
Giá trị pH của các dòng nước thải từ c c công đoạn nhuộm, tẩy, làm bóng có
thể ao động trong khoảng rộng, mặt khác các quá trình x lý hóa lý và sinh học đ i
hỏi một giá trị pH nhất định để đạt được hiệu suất x lý tối ưu [5] . Do đó trước khi
đưa sang thiết bị x l , nước thải cần được điều ch nh pH tới giá trị thích hợp.
Trung hòa có thể thực hiện bằng cách trộn lẫn các dòng thải có môi trường khác
nhau như H2SO4, HCl, NaOH… Người ta cũng có thể trung h a nước tải bằng một
số biện ph p h c như: bổ sung các tác nhân hóa học, lọc nước axit qua vật liệu lọc
có tác dụng trung hòa, hấp thụ các khí thải chứa các oxit axit hoặc axit bay h i.
Việc điều ch nh giá trị pH thường được tiến hành trong bể điều hòa.
Trong phư ng ph p trung h a, lượng t c nh n đưa vào thực hiện quá trình
thường lấy ư hoảng 10% lượng tính toán.
1.4.1.2. Phương pháp oxy hóa
Nguyên tắc của phư ng ph p này ựa trên hoạt động của gốc tự o OH. Gốc
này có độ hoạt động cao, thế oxy ho 2,8 V, ch đứng sau Flo (thế oxy ho là
3,03V), phản ứng hông chọn lọc, tốc độ phản ứng rất nhanh.
Các tác nhân oxy hóa thường dùng:

Ozon: Ozon là một t c nh n oxy ho rất mạnh, mỗi hi tan vào nước ozon

9


TỔNG QUAN

có thể phản ứng với hầu hết c c chất hữu c có mặt trong đó. Ozon là t c nh n
h trùng mạnh, có hả năng oxi hóa để loại ỏ màu và mùi hó chịu, loại ỏ c c
chất hữu c tổng hợp và trợ giúp qu tr nh eo tụ. Ozon làm tăng hả năng ph n
hủy sinh học của nước thải ệt nhuộm ằng c ch chuyển hóa c c hợp chất hữu c
hó ph n hủy sinh học thành c c hợp chất đ n giản h n. Kết quả nghiên cứu cho
thấy ozon có thể h màu của hầu hết c c loại phẩm nhuộm, trừ phẩm nhuộm
ph n t n hó tan trong nước [10]. Hiệu suất loại ỏ màu đạt 99% nếu ozon ho
trong thời gian 40-60 phút [11]. Hiệu quả x l màu phụ thuộc vào COD của
nước thải ệt nhuộm, hi COD an đầu là 169 và 203 mg/L th tư ng ứng có
hoảng 99% và 95% màu được loại ỏ. Hiệu quả x l màu cũng tăng cùng với
sự tăng của nhiệt độ từ 25-50 C, hi COD an đầu là 160 và 203 mg/L thì hiệu
quả x l tư ng ứng đạt 67% và 39%. Môi trường iềm, nhiệt độ cao là điều iện
thuận lợi cho qu tr nh loại ỏ c c chất hữu c

ằng ozon [10].

Ozon/UV: Với nhiều đối tượng nước thải, trong đó có nước thải ệt nhuộm,
sự oxy ho

ằng ozon nhiều hi hông thể oxy ho hoàn toàn c c hợp chất hữu c

có mặt trong đó. Nhiều sản phẩm trung gian thậm ch c n có độc t nh như c c chất
hữu c

an đầu hoặc thậm ch c n cao h n. Trong những trường hợp như vậy sự

ết hợp giữa ozon và tia UV là sự thay thế phù hợp [36].
Khi s

ụng ết hợp ozon/UV, c c photon UV tấn công c c ph n t ozon

tạo thành c c gốc tự o OH, hiệu quả x l cao h n so với trường hợp s

ụng

ozon và UV riêng rẽ. Môi trường iềm (pH 9) là điều iện thuận lợi cho việc x l
nước thải ằng ozon/UV. Về phư ng iện x l COD của nước thải ệt nhuộm,
phư ng ph p ozon/UV cho hiệu quả cao h n.
H2O2/UV: Sự oxy ho nước thải ệt nhuộm ằng H2O2 hông có hiệu quả cả
ở môi trường axit lẫn iềm. Khi có mặt của tia UV, H2O2 sẽ được quang ph n tạo
ra 2 gốc OH. C c gốc tự o sinh ra sẽ phản ứng với c c chất hữu c có mặt trong
nước thải. Hiệu quả x l trong môi trường axit (pH 3-4) cao h n so với môi
trường iềm, điều này được giải th ch là o ở trong môi trường iềm, c c gốc tự o
sinh ra lại ị phân huỷ thành oxy phân t và nước, không sinh ra gốc hiđroxyl.

10


TỔNG QUAN

Hiệu quả x l đạt cao nhất ở nồng độ H2O2 nhất định. Khi nồng độ H2O2
qu cao sẽ có phản ứng giữa c c ph n t hiđropeoxit với c c gốc tự o làm giảm số
lượng gốc tự o. Mặt h c, nếu nồng độ qu thấp th số lượng gốc tự o sinh ra

cũng sẽ t đi, phản ứng iễn ra chậm, ém hiệu quả. Phản ứng

y chuyền của gốc

tự o cần thời gian để c c hợp chất ph n hủy triệt để, ở môi trường axit, sự ết hợp
của H2O2 /UV trong 2 giờ x l được 99% màu [30]. Hiệu suất x l của phư ng
ph p này phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ an đầu của phẩm nhuộm và nồng độ
chất rắn l l ng. C c hợp chất l l ng trong nước có hả năng hấp thụ tia UV, o
đó làm giảm hiệu suất ph n hủy hiđropeoxit thành gốc hiđroxyl. Nồng độ thuốc
nhuộm an đầu càng cao th nồng độ gốc sinh ra càng thấp.
O3/H2O2: Việc thêm cả H2O2 và O3 vào nước thải thúc đẩy việc ph n huỷ
ozon và tạo thành c c gốc tự o hiđroxyl. Tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào môi
trường, trong môi trường iềm yếu, ozon được ph n huỷ mạnh ởi H2O2. Ở pH h i
iềm th hiệu quả x l cao h n so với môi trường axit. Khi pH tăng, một lượng nhỏ
của H2O2 sẽ ị ph n ly thành HO2-, ion này ph n huỷ ozon mạnh h n OH-. Và như
vậy, sự ph n huỷ ozon sẽ tăng lên cùng với sự tăng của gi trị pH, pH > 10 là môi
trường phù hợp cho phư ng ph p này [10]. Qu tr nh ức chế sự ph t triển của vi
sinh vật ởi c c t c nh n H2O2/O3 phụ thuộc vào tỷ lệ hối lượng H2O2 và O3. Tuỳ
thuộc vào chủng loại phẩm nhuộm, tỷ lệ này ao động trong hoảng 0,3 - 0,6. Khi
ết hợp s

ụng 2 cm3 H2O2 và 100-200 mg/dm3 O3 th có hoảng 20% c c vi sinh

vật sẽ ị ức chế sự ph t triển [10].
O3/H2O2 /UV: Thêm H2O2 vào O3/UV sẽ thúc đẩy sự ph n huỷ ozon, làm
tăng số lượng c c gốc tự o hiđroxyl được sinh ra. Sự ết hợp của a t c nh n O 3/
H2O2/UV có hả năng x l màu của hầu hết c c loại nước thải ệt nhuộm. Khi ết
hợp s

ụng qu tr nh ozon ho và H2O2/UV th có hoảng 18-27% COD được x

l . Gi trị này tăng lên 15-62% trong trường hợp nước được qua x l vi sinh. Với
nước thải nhuộm polyeste, axetat th có tới 99% COD được x l [12].
2+

H2O2/Fe : Những phư ng ph p oxy ho ở trên nh n chung có hiệu quả x

11