Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ THANH TÚ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG
DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO
TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC

Thái Nguyên, 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ THANH TÚ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG
DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO
TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hoá phân tích
Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG

Thái Nguyên, 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 3
Chƣơng 1 TỔNG QUAN .............................................................................. 5
1.1. Nước thải dệt nhuộm . ............................................................................. 5
1.1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm . .............................................................. 5
1.1.2. Thuốc nhuộm azo. ........................................................................ 7
1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm........... 8
1.1.4. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm ............. 8
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ. ........................................................ 9
1.2.1. Hiện tượng hấp phụ. ..................................................................... 9
1.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước. ................................................. 10
1.2.3. Động học hấp phụ. ...................................................................... 11
1.2.4. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ .......... 12
1.3. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang. ................................... 15
1.3.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang .............................. 16
1.3.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang ............. 17
1.4. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ (VLHP) bã mía ....................................... 18
1.5. Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trường...... 19
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ ..................... 22

2.1. Hóa chất và thiết bị ................................................................................ 22
2.1.1. Hoá chất ..................................................................................... 22
2.1.2. Thiết bị ....................................................................................... 23
2.2. Chế tạo và khảo sát một số đặc trưng cấu trúc của các VLHP ............... 23
2.2.1. Chế tạo các VLHP từ bã mía....................................................... 23
2.2.2. Một số đặc trưng cấu trúc của các VLHP .................................... 24
2.3. Định lượng metyl đỏ .............................................................................. 28

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1




2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và các VLHP .................... 29
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các VLHP .......... 30
2.5.1. Ảnh hưởng của pH ...................................................................... 30
2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian ............................................................... 32
2.5.3. Ảnh hưởng của khối lượng các VLHP ........................................ 36
2.5.4. Ảnh hưởng của kích thước các VLHP......................................... 39
2.5.5. Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ ban đầu .................................. 40
2.5.6. So sánh khả năng hấp phụ của VLHP 2 với than hoạt tính .......... 44
2.6. Xử lý thử 3 mẫu nước thải chứa metyl đỏ .............................................. 45
KẾT LUẬN ................................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường nước hiện nay là một vấn đề được toàn xã hội
quan tâm. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết
các cơ sở sản xuất chỉ được xử lí sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi trường.
Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực
đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con
người, xiết chặt công tác quản lí môi trường thì việc tìm ra phương pháp
nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi
trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như:
dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm…Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là tác
nhân gây ô nhiễm các nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến con người và các
sinh vật sống. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước thải rất khó loại bỏ vì chúng
ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây oxy hoá. Trong số nhiều
phương pháp được nghiên cứu để tách loại các phẩm màu trong môi trường
nước, phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao. Ưu
điểm của phương pháp này là đi từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn
giản và không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại.
Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (như: bã mía, vỏ
lạc, lõi ngô, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi…) được sử dụng để loại bỏ các
chất gây độc hại trong môi trường nước. Bã mía (phụ phẩm của ngành công
nghiệp mía đường) đang được đánh giá là tiềm năng để chế tạo các vật liệu
hấp phụ (VLHP) để xử lí ô nhiễm môi trường.
Xuất phát từ những lí do trên, trong luận văn này chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước của các vật
liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thử nghiệm xử lý môi trường”.

Với mục đích đó, trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3




1. Chế tạo các VLHP từ bã mía.
2. Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
hấp phụ của các VLHP chế tạo từ bã mía đối với metyl đỏ trong môi
trường nước
3. Thử xử lí một số mẫu nước thải chứa metyl đỏ bằng các VLHP chế
tạo được.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4




CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm
Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành quan trọng và có từ lâu
đời vì nó gắn liền với nhu cầu cơ bản của loài người là may mặc. Sản lượng
dệt trên thế giới ngày càng tăng cùng với gia tăng về chất lượng sản phẩm, đa
dạng về mẫu mã, mầu sắc của sản phẩm. Chẳng hạn ở Ấn Độ, hàng năm sản

xuất khoảng 4000 triệu mét vải với lực lượng lao động của ngành xấp xỉ 95
vạn người trong 670 xí nghiệp. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may đang
trở thành một trong những ngành mũi nhọn trong các ngành công nghiệp, mục
tiêu của ngành là đến năm 2010 sản xuất 1 tỷ mét vải [3].
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là 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 theo mặt hàng khác nhau. Nhu cầu sử
dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 đến 65 lít và thải ra từ 10
đến 40 lít. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn
nước [3], [8].
1.1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần
nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật
liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu).
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay
con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của
các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy. Màu sắc
của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5




trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang
màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử  không cố định
như:  C  C  ,  C  N  ,  N  N  ,  NO2 … Nhóm trợ màu là những

nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như:  NH 2 , COOH , SO3 H , OH …
đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển
năng lượng của hệ điện tử [5].
- Khái quát về một số loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc,
phạm vi sử dụng. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
1. Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc
nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [8].
2. Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên,
thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc
nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [8].
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm
sáng tỏ hơn về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của luận văn.
● Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (  N  N  ) phân
tử thuốc nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo,
triazo, polyazo).
● Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát
Ar–SO3Na. Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc
nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92%
thuốc nhuộm azo.
● Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm,
bông cầm màu bằng tananh. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của
bazơ hữu cơ chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Trong các màu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6

thuốc nhuộm bazơ, các lớp hoá học được phân bố: azo (43%), metin (17%),
triazylmetan (11%), arycydin (7%), antriquinon (5%) và các loại khác.
● Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan
trong nước phân ly thành ion:

Ar–SO3Na → Ar–SO3– + Na+ , anion mang

màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tĩnh điện dương của vật liệu. Thuốc
nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit)
trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit azo,
10% là antraquinon, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác.
1.1.2. Thuốc nhuộm azo
Thuốc nhuộm azo chứa nhóm azo (  N  N  ) trong phân tử và các
nhóm trợ màu tuỳ theo đặc tính của nhóm trợ màu. Nếu nhóm trợ màu mang
tính bazơ có các nhóm đẩy electron mạnh như –NH2, –NR2… gọi là thuốc
nhuộm azo-bazơ. Nếu nhóm trợ màu có tính axit do các nhóm thế – OH, –
COOH, –SO3H gọi là thuốc nhuộm azo-axit. Đây là họ thuốc nhuộm quan
trọng nhất và có số lượng lớn nhất chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc
nhuộm tổng hợp [5], [6].
Phần lớn thuốc nhuộm được sử dụng là thuốc nhuộm azo. Đây là phẩm
nhuộm có màu sắc tươi sáng do sự hiện diện của một hoặc một vài nhóm azo
( N  N ) tạo hệ liên hợp với cấu trúc nhân thơm. Metyl đỏ là một monoazo

thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, dệt may và các ngành công nghiệp
khác. Metyl đỏ có thể gây các bệnh về mắt, da, đường hô hấp, đường tiêu hóa [9].
Công thức phân tử: C15H15N3O2
Công thức cấu tạo:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7




1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm.
Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều
trong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành
công nghiệp thực phẩm. Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá
thành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng
rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nước
ảnh hưởng tới con người và môi trường. Khi đi vào nguồn nước nhận như
sông, hồ…Với một nồng độ 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
bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thuỷ sinh vật. Như vậy nó 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 loại thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn 3000
thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, rất độc đến cực
độc. Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2%
thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh [10], [16].
Đối với con người có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi.
Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có
thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan). Các nhà sản xuất châu
Âu đã ngừng sản suất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy
trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao [10].
1.1.4. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm
Quá trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ướt và xử lý khô. Xử lý ướt
gồm: xử lý trước, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa. Công đoạn xử lý ướt sử
dụng nhiều nước, nói chung để xử lý hoàn tất 1kg hàng dệt cần 50  300lít

nước tùy chủng loại vật liệu và máy móc thiết bị. Hầu hết lượng nước này cỡ
88,4% sẽ thải ra ngoài, 11,6% lượng nước bay hơi trong quá trình gia công.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....