NGHIÊN cứu điều CHẾ NANO sắt hóa TRỊ 0 BẰNG PHƯƠNG PHÁP hóa học

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA HÓA LÝ KỸ THUẬT

*******

BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO SẮT HÓA TRỊ 0
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Giáo viên hướng dẫn :

Ths. Vũ Văn Thủy

Sinh viên thực hiện

Lương Tuấn Anh

:

Nguyễn Trung Dũng
Lớp

:

CNHH 12A

Hà Nội, 2016


HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KHOA HÓA LÝ KỸ THUẬT

*******

BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO SẮT HÓA TRỊ 0
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Giáo viên hướng dẫn :

Ths. Vũ Văn Thủy

Sinh viên thực hiện :

Lương Tuấn Anh
Nguyễn Trung Dũng

Lớp

:

CNHH 12A

Hà Nội, 2016


MỤC LỤC
DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ 1
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ...................................................................... 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................ 3
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1

uy
N
hơ
n

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................. 3

pl

us

.g
oo
gl

e.
c

om
/+
D

ạy

Kè
m

Q

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO VÀ VẬT LIỆU NANO ............................. 3
1.1.1. Công nghệ nano [5] ............................................................................ 3
1.1.2. Vật liệu nano ....................................................................................... 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ NANO SẮT HÓA TRỊ 0 ...................................................... 10
1.2.1. Cấu trúc hạt sắt nano ........................................................................ 10
1.2.2. Diện tích bề mặt riêng ...................................................................... 11
1.2.3. Ứng dụng của nano sắt hóa trị 0 ...................................................... 11
1.3. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI HỮU CƠ MANG MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT
NHUỘM ............................................................................................................ 14
1.3.1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm .............................................. 14
1.3.2. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm .................................................... 15
1.3.3. Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm ......................... 15
1.3.4. Khái niệm chung về hợp chất màu azo ............................................. 16
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI HỮU CƠ ....................................... 19
1.4.1. Phương pháp hấp phụ [2,3]............................................................... 19
1.4.2. Phương pháp oxy hóa [2,3]............................................................... 20
1.4.3. Phương pháp oxi hoá nâng cao ......................................................... 20
1.4.4. Phương pháp khử bằng nano sắt hóa trị 0 (nZVI) ............................ 22

ed

by

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................... 24

C

ol

le

ct

2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 24
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................................................................ 24
2.3. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ............................................................................ 24
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................... 25
2.4.1. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................... 25
2.4.2. Phương pháp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ........................ 26
2.4.3. Phương pháp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) .................................. 28
2.4.4. Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt đa lớp (BET) ............................... 29
2.5. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ................................................................. 30
2.5.1. Phương pháp điều chế Fe0 nano ....................................................... 30
2.5.2. Quy trình điều chế ............................................................................ 30


2.6. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA NANO SẮT
0 ĐỐI VỚI METYL ĐỎ ....................................................................................... 31
2.6.1. Pha dung dịch metyl đỏ .................................................................... 31
2.6.2. Cơ chế phản ứng ............................................................................... 31
2.6.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ........................................................ 32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 34

ạy

Kè
m

Q

uy
N
hơ
n

3.1. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO SẮT HÓA TRỊ 0 ...... 34
3.1.1. Kết quả nghiên cứu phổ nhiễu xạ tia X của nano sắt hóa trị 0 ......... 34
3.1.2. Kết quả chụp ảnh SEM, TEM vật liệu nano sắt hóa trị 0 ................. 35
3.1.3. Kết quả xác định diện tích bề mặt .................................................... 36
3.2. Các điều kiện ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý của Fe0 ........................... 37
3.2.1. Ảnh hưởng của pH............................................................................ 37
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ .................................................... 38
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý ......................................................... 39
3.2.4. Ảnh hưởng của khối lượng Fe0. ........................................................ 41

om
/+
D

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 42

C

ol

le

ct

ed

by

pl

us

.g
oo
gl

e.
c

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 43


DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BET : Phương pháp đo hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt khí nitơ (Brunauer-EmmettTeller).
BOD: Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh học.
CNT: Carbon nanotube - Các ống nano cacbon.

uy
N
hơ
n

COD: Chemiscal Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học.
DO: Dissolved Oxygen – hàm lượng oxy hòa tan.
Fe0 : Sắt hoá trị không.

Q

nZVI : Nano Fe0 (nano Zero Valent Iron).

Kè
m

SEM : Scanning Electron Microscope - Hiển vi điện tử quét.

ạy

TEM : Transmission Electron Microscopy - Hiển vi điện tử truyền qua.

C

ol

le

ct

ed

by

pl

us

.g
oo
gl

e.
c

XRD : Nhiễu xạ tia X.

om
/+
D

UV : Ultraviolet – tia tử ngoại.


DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Bảng
Bảng 1.1. Danh sách những hợp chất hữu cơ và vô cơ có thể bị khử
bởi nZVI.

Trang
12

uy
N
hơ

n

Bảng 1.2. Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa mạnh trong môi 21
trường lỏng.

C

ol

le

ct

ed

by

pl

us

.g
oo
gl

e.
c

om
/+

D

ạy

Kè
m

Q

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của pH tới khả năng xử lý metyl đỏ của Fe0.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ tới khả năng xử lý của
Fe0.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý với lượng sắt là 0,02g.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý với lượng sắt là 0,03g.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của khối lượng Fe0 tới hiệu quả xử lý.

37
38
39
40
41


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình vẽ

Trang
5

Hình 1.2. Cấu trúc ống nano cacbon

6

Hình 1.3. Dây nano ZnO

7

uy
N
hơ
n

Hình 1.1. Màng mỏng nano đa lớp

Hình 1.4. Hạt nano ZnO

8

Hình 1.5. Các quá trình hình thành gốc hydroxyl

22

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy TEM

Kè
m

Q

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý của nhiễu xạ tia X.

26
27
28

Hình 2.4. Sơ đồ điều chế Fe0 nano

30

om
/+
D

ạy

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý phương pháp ảnh hiển vi điện tử quét

34

Hình 3.2. Ảnh nhiễu xạ TEM của Fe0

35

e.
c

Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ XRD của Fe0 nano

.g
oo

gl

Hình 3.3. Xác định diện tích bề mặt bằng phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt
đa lớp BET.

37

us

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý của Fe0 phụ thuộc vào độ pH

36

pl

Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ tới hiệu quả xử lý của Fe0 38
39

Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu quả xử lý với 0,03g Fe0

40

ed

by

Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý với 0,02g Fe0

C

ol

le

ct

Hình 3.8. Ảnh hưởng của khối lượng Fe0 tới hiệu quả xử lý metyl đỏ.

41


1

LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta với nền kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa là động lực
để phát triển kinh tế. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp nặng,
trong những năm gần đây các ngành thuộc các lĩnh vực công nghiệp nhẹ như
lương thực – thực phẩm, các ngành gia dụng, thủ công nghiệp, dệt may da giầy…

uy
N
hơ
n

đang ngày càng phát triển, phục vụ tốt cho nhu cầu người sử dụng. Tuy nhiên mặt
trái của nó là tạo ra một lượng lớn chất thải rắn, lỏng khí… Một trong những
ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn là ngành dệt nhuộm. Nhiều nhà

Q

máy chưa có hệ thống xử lý nước thải hoặc hệ thống xử lý chưa đạt chuẩn, ngoài

Kè
m

ra còn có hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ, các làng nghề truyền thống, với quy mô sản

ạy

xuất nhỏ nên lượng nước thải sau sản xuất hầu như không được xử lý, mà được

om
/+
D

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. Vì dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn

e.
c

sản xuất khác nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp

.g
oo
gl

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,

us

thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán… khiến

pl

cho lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm

by

bền màu...). Bên cạnh những lợi ích của chất tạo màu họ azo trong công nghiệp

ed

nhuộm, thì tác hại của nó là không nhỏ khi mà các chất này được thải ra môi

le

ct

trường. Chính các yếu tố này đã làm cho môi trường ngày càng kiệt quệ và mức

ol

ô nhiễm ngày càng cao, làm cho vấn đề xử lý môi trường trở thành vấn đề tiên

C

phong cho bất kỳ quốc gia, tổ chức nào trên thế giới.

Đứng trước hiện trạng ô nhiễm môi trường do nước thải của các ngành công
nghiệp hiện nay, việc ứng dụng các công trình xử lý nước thải vào các quy trình
sản xuất trong các nhà máy là điều cần thiết. Hiện nay đã có rất nhiều đề tài đi
vào lĩnh vực nghiên cứu và thiết kế các hệ thống xử lý nước thải cho các ngành


2
công nghiệp. Trong đó có nhiều đề tài đã được ứng dụng vào thực tế và đem lại
những kết quả khả quan.
Với mục đích điều chế và thử nghiệm khả năng xử lý chất thải hữu cơ mang
màu, đặc biệt là các hợp chất màu trong nước thải dệt nhuộm của nano sắt hoá trị
0, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học là: “Nghiên cứu điều chế nano

uy
N
hơ
n

sắt hóa trị 0 bằng phương pháp hóa học”.
Phương pháp xử lý các hợp chất hữu cơ bền, vòng thơm bằng sắt hóa trị 0
là phương pháp mới đã được ứng dụng ở một số nước trên thế giới. Đề tài thành

Q

công sẽ mở ra triển vọng ứng dụng vật liệu sắt hóa trị không vào xử lý các nguồn

Kè
m

nước bị nhiễm hợp chất vòng thơm một cách hiệu quả và kinh tế. Hơn nữa đây là

phương pháp mới, thân thiện với môi trường, phương pháp sử dụng sắt là một

om
/+
D

ạy

chất ít độc hại, nó biến đổi các hợp chất hữu cơ độc thành các hợp chất không độc,
ít độc hại hơn hoặc dễ thu hồi hơn trong môi trường. Như vậy phương pháp này
đã mở ra một hướng nghiên cứu mới ứng dụng sắt hóa trị 0 vào xử lý các nguồn

e.
c

nước nhiễm các hợp chất hữu cơ bền. Đây là nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn

.g
oo
gl

lớn, góp phần bảo vệ sức khỏe con người và bảo vệ môi trường.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

us

- Phát triển theo hướng nghiên cứu về công nghệ vật liệu của Bộ môn, Khoa.

pl

- Tạo môi trường nghiên cứu khoa học, phát triển năng lực cho sinh viên.

by

Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài

ed

- Điều chế nano sắt hóa trị 0 bằng cách khử Fe2+ (Fe3+) bởi NaBH4.

le

ct

- Đánh giá tính chất của sản phẩm thu được (thành phần, độ ổn định, kích thước

ol

hạt, diện tích bề mặt).

C

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình điều chế (tỷ lệ các tiền chất, môi
trường phản ứng, thời gian sấy).
- Thử nghiệm khả năng xử lý chất thải ô nhiễm của sản phẩm thu được (đối với
chất màu trong nước thải dệt nhuộm).


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về công nghệ nano và vật liệu nano
1.1.1. Công nghệ nano [5]
Nanomet (nm) là một đơn vị đo độ dài, 1nm = 10-9 m , tức là gần đạt tới
kích cỡ của một nguyên tử (nguyên tử Cezi có bán kính lớn nhất: r Cs = 0,262nm).

uy
N
hơ
n

Thuật ngữ Nano dùng để thể hiện rằng: đây là công nghệ liên quan đến các vật
thể, cấu trúc có kích thước khoảng từ 1 đến 100nm, gồm nhiều vấn đề như: nghiên
cứu, chế tạo, điều khiển chúng… Do có kích thước nhỏ, nằm ở ranh giới tác động

Q

của cơ học cổ điển và cơ học lượng tử, nên vật chất ở thang nanomet thể hiện

Kè
m

những tính chất hóa lý khác hẳn với vật chất ở kích cỡ lớn hơn như đã biết.

ạy

Theo hội đồng khoa học và công nghệ quốc gia Mỹ : “Công nghệ nano là

om
/+

D

khả năng thực hiện việc nghiên cứu, chế tạo ở cấp phân tử dựa trên sự thao tác
từng phân tử một để tạo ra các cấu trúc lớn, có tổ chức phân tử hoàn toàn mới.
Mục đích của việc đó là để khai thác các tính chất của cấu trúc và vật liệu nhờ

e.
c

kiểm soát chúng ở cấp nguyên tử, phân tử và để học cách chế tạo, sử dụng chúng

.g
oo
gl

một cách hiệu quả ”. Tức là công nghệ nano liên quan đến vấn đề chế tạo các sản
phẩm vi mô và vĩ mô với cấp độ chính xác cấp phân tử, nghĩa là ở thang nanomet.

us

Các cấu trúc nano ( kích thước khoảng 1-100nm) chứa một tập hợp các nguyên

pl

tử, thậm chí có thể chỉ một nguyên tử, một phân tử, vì vậy việc ứng dụng các quy

by

luật vật lý và thiết kế bắt buộc phải vận dụng các nguyên lý lượng tử ở kích thước

ed

này, vật liệu có những tính chất khác biệt, hoặc tính chất mạnh hơn so với chính

le

ct

tính chất của chúng ở kích thước lớn hơn. Hai nguyên nhân dẫn đến những tính

C

ol

chất khác biệt đó là hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước.
* Hiệu ứng kích thước
Các vật liệu thường được đặc trưng bằng một số đại lượng vật lý không đổi,
ví dụ độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy…Nhưng các đại lượng đặc
trưng này chỉ không đổi khi kích thước của vật đủ lớn và ở trên thang nano. Khi
giảm kích thước của vật xuống đến thang nano, tức là vật trở thành cấu trúc nano
thì các đại lượng đặc trưng nói trên không còn là bất biến nữa, ngược lại chúng sẽ


4
thay đổi theo kích thước và gọi là hiệu ứng kích thước. Ví dụ khi bề dày của các
lớp kim loại ở thang nano càng nhỏ thì độ dẫn điện sẽ càng giảm so với độ dẫn
điện cùng của kim loại đó, nhưng ở các vật có kích thước lớn. Sự giảm theo kích
thước này được giải thích bằng vai trò của tán xạ điện tử trên bề mặt càng tăng
khi bề dày lớp nano càng giảm.

uy
N
hơ
n

* Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước càng nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt
và tổng số nguyên tử của vật liệu càng tăng lên. Ví dụ: xét vật liệu tạo thành từ

Q

các hạt nano hình cầu. Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số

Kè
m

nguyên tử thì ns = 4n2/3 . Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên
tử là f = ns/n = 4/n1/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là bán kính

om
/+
D

ạy

của hạt nano. Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ số f tăng
lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với các nguyên tử
bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên

e.

c

quan đến các nguyên tử bề mặt (hiệu ứng bề mặt) tăng lên, tỉ số f tăng. Khi kích

.g
oo
gl

thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên đáng kể. Sự thay đổi về
tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự thay đổi

us

về kích thước vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục. Hiệu ứng bề mặt luôn

pl

có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn

by

và ngược lại. Ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, nhưng

ed

do hiệu ứng này nhỏ nên thường bị bỏ qua. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề

C

ol

le

ct

mặt của vật liệu nano tương đối dễ dàng.

1.1.2. Vật liệu nano
1.1.2.1. Khái niệm [9]
Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm

mỏng,...có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nanômét đến 100 nanômét.


5
1.1.2.2. Phân loại vật liệu nano [1]
Theo trạng thái của vật liệu, các nhà khoa học phân chia thành ba trạng thái
vật liệu: Rắn, lỏng, khí trong đó vật liệu nano được tập trung nghiên cứu chủ yếu
hiện nay là vật liệu rắn sau đó mới đến dạng lỏng và khí. Theo hình dáng vật liệu,
các nhà khoa học phân ra thành các loại sau:

uy
N
hơ
n

*Vật liệu nano một chiều:
Là vật liệu có một chiều có kích thước nano, ví dụ như các màng mỏng và
các bề mặt. Các vật liệu này đã được phát triển và sử dụng nhiều năm trong những

Q

lĩnh vực như chế tạo các linh kiện điện tử, hóa chất và kỹ thuật. Ở ngành công

Kè
m

nghiệp mạch silic tích hợp, rất nhiều linh kiện hoạt động dựa trên các màng mỏng
và độ dày của các màng đang giảm xuống tới cấp độ phân tử. Các màng một lớp

om
/+
D

ạy

(các lớp có độ dày một nguyên tử hoặc một phân tử) cũng thường được chế tạo
và sử dụng trong ngành hóa chất. Các nhà khoa học đã nắm rõ sự hình thành và
các tính chất của những lớp này từ cấp độ phân tử trở lên. Việc điều khiển thành

e.
c

phần cấu tạo, độ phẳng của các bề mặt và phát triển các màng cũng đạt được nhiều

.g
oo
gl

tiến bộ. Những tính chất của các bề mặt nano như diện tích bề mặt lớn hơn hoặc

độ phản ứng đặc trưng thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng như pin nhiên

C

ol

le

ct

ed

by

pl

us

liệu và các chất xúc tác.

Hình 1.1. Màng mỏng nano đa lớp


6
*Vật liệu nano hai chiều:
Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu có hai chiều có kích thước nano, ví dụ
như các ống và các dây nano. Chúng đã tạo ra nhiều ích lợi cho nhiều ngành khoa
học những năm gần đây. Đặc biệt, các tính chất cơ học và điện học mới lạ của
chúng là đối tượng nghiên cứu của rất nhiều công trình.

uy
N
hơ
n

- Các ống nano cacbon:
Các ống nano cácbon (CNT) lần đầu tiên được nhà vật lý người Nhật Bản,
Sumio Iijima, quan sát vào năm 1991. Có hai dạng ống CNT: ống đơn vách (một

Q

ống) hoặc đa vách (các ống đồng tâm). Đặc thù của hai loại là có đường kính vài

Kè
m

nm và dài từ vài micromet (1 micromet=10-6 m) tới vài cm. CNT giữ vai trò quan

ạy

trọng trong công nghệ nano do các tính chất vật lý và hóa học mới lạ của chúng.

om
/+
D

Chúng rất cứng về mặt cơ học (Các mô-đun theo tiêu chuẩn Young của chúng lớn
hơn 1 terapascal, khiến cho chúng cứng như kim cương), lại mềm dẻo (thể hiện ở
trục của chúng) và có thể dẫn điện rất tốt (số đường xoắn ốc của các dải graphene

e.
c

quyết định tính chất bán dẫn hay kim loại của ống CNT).

.g
oo
gl

Tất cả những tính chất đó làm cho CNT có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong
các hợp chất được gia cố, các thiết bị cảm biến, các linh kiện điện tử nano và màn

us

hình. Hiện nay, CNT đã được tung ra thị trường nhưng với số lượng hạn chế. Có

pl

thể sử dụng một số kỹ thuật phát triển chúng như cắt bằng laze grafit có phụ gia

by

kim loại, phóng điện hồ quang cácbon và nhiệt phân hydrocácbon dùng xúc tác

ed

kim loại, tuy nhiên các nhà khoa học vẫn chưa đạt được việc sản xuất có chọn lọc

C

ol

le

ct

và đồng đều các CNT với các chiều và các tính chất vật lý đặc trưng.

Hình 1.2. Cấu trúc ống nano cacbon


7
- Các ống nano vô cơ:
Các ống nano vô cơ và những vật liệu dạng fullerene vô cơ có cấu tạo từ
các hợp chất có lớp ví dụ như molypđen đisulfua (MoS2) được phát hiện ngay sau
CNT. Chúng có những tính chất trơn tuyệt vời, chịu được tác động sóng va chạm,
có phản ứng xúc tác và có khả năng chứa hyđrô và lithi cao, điều này hứa hẹn

uy
N
hơ
n

mang lại rất nhiều ứng dụng. Các nhà khoa học đang khai thác ống nano oxit (ví
dụ như titan dioxit) để ứng dụng làm chất xúc tác, chất xúc tác quang học và tích
trữ năng lượng.

Q

- Các dây nano:

Kè
m

Các dây nano là những dây cực mảnh hoặc dãy các chấm tuyến tính được
hình thành qua quá trình tự lắp ráp. Chúng có thể được làm từ nhiều loại vật liệu.

om
/+
D

ạy

Các dây nano bán dẫn làm từ silic, gali nitrua và inđi photphua đã chứng tỏ có các
tính chất từ tính, điện tính và quang học khác thường ( ví dụ các dây nano silic
dioxit có thể uốn cong ánh sáng theo các góc rất nhỏ). Các dây nano có những

e.
c

ứng dụng tiềm năng trong việc lưu giữ dữ liệu mật độ cao dưới dạng các đầu đọc

.g
oo
gl

từ tính, các thiết bị nano điện tử, điện tử quang học…Việc phát triển những dây
nano này dựa trên những kỹ thuật phức tạp, trong đó có quá trình tự lắp ráp, quá

us

trình lắng đọng ở thể hơi bằng phương pháp hoá học lên trên các chất nền theo

C

ol

le

ct

ed

by

pl

mẫu và quá trình mạ điện hay cấy ghép bằng chùm phân tử.

Hình 1.3. Dây nano ZnO
*Vật liệu nano ba chiều:


8
Vật liệu nano ba chiều là vật liệu mà ba chiều có kích thước nano, ví dụ các
hạt nano, các đám nano… Các hạt nano có đường kính nhỏ, trong khoảng từ 1nm100 nm gồm hai loại: hạt nano do tự nhiên tạo ra và hạt nano nhân tạo
Các hạt nano do tự nhiên tạo ra có rất nhiều trong môi trường: kết quả của
hoạt động quang hóa, hoặc của núi lửa, hoặc do các loại thực vật và tảo tạo ra; kết

uy

N
hơ
n

quả của việc đốt lửa hoặc nấu nướng thực phẩm và của cả khí thải của các phương
tiện giao thông. Các hạt nano nhân tạo được tổng hợp chiếm thiểu số và được
quan tâm bởi những tính chất mới lạ của nó(ví dụ như phản ứng hóa học và tính

Q

chất quang học). Các hạt nano không phải là các sản phẩm thành phẩm, mà thông

Kè
m

thường giữ vai trò là thành phần hoặc chất phụ gia cho các sản phẩm hoàn chỉnh
khác. Các sản phẩm có chứa hạt nano đã xuất hiện trên thị trường như các sản

by

pl

us

.g
oo
gl

e.
c

om
/+
D

ạy

phẩm tiêu dùng, mỹ phẩm, thuốc…

Hình 1.4. Hạt nano ZnO

ed

Ngoài ra còn có vật liệu nanocomposite: trong đó chỉ có một phần của vật

le

ct

liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano một chiều, hai chiều, ba chiều

C

ol

đan xen lẫn nhau.
1.1.2.2. Phương pháp tổng hợp
Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên
xuống và phương pháp từ dưới lên. Phương pháp từ trên xuống là phương pháp
tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới

lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử.


9
a) Phương pháp từ trên xuống
Nguyên tắc: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với
tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản,
rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước
khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở

uy
N
hơ
n

dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt
trong một cái cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay
(còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ

Q

bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt

Kè
m

nano). Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo

ạy

ra sự biến dạng cực lớn(có thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu, đó là các

om
/+
D

phương pháp SPD điển hình. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng
trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi
là biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu

e.
c

được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày

.g
oo
gl

nm). Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để
tạo ra các cấu trúc nano.

us

b) Phương pháp từ dưới lên

pl

Nguyên tắc: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phương

by

pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của

ed

sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được

le

ct

chế tạo từ phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật

C

ol

lý, phương pháp hóa học hoặc kết hợp cả hai.
* Phương pháp vật lý:
Là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Nguyên
tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt
(đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phương pháp chuyển pha: vật liệu được
nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử
lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh), (phương pháp


10
nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng
nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.

*Phương pháp hóa học:
Là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phương pháp hóa học có đặc
điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ

uy
N
hơ
n

thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương
pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp
kết tủa, sol-gel,...) và từ pha khí (nhiệt phân,...). Phương pháp này có thể tạo các

Q

hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...

Kè
m

* Phương pháp kết hợp:

Là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa

om
/+
D

ạy

học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí,... Phương pháp này có thể tạo các hạt
nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...[6]

e.
c

1.2. Tổng quan về nano sắt hóa trị 0

.g
oo
gl

Hạt sắt nano là những hạt sắt có kích thước siêu mịn (0-100 nm). Vì kích
thước của nano so sánh được với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-

us

450 nm), protein (5-50 nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài) nên sắt nano

pl

có nhiều khả năng mà vật liệu sắt ở kích thước thông thường không thể làm được

by

nhờ khả năng hấp phụ, khả năng thẩm thấu qua bề mặt, hoạt tính xúc tác của hạt

ed

nano mạnh hơn nhiều so với các hạt có kích thước lớn. Do kích thước rất nhỏ (1-

le

ct

100nm) trong khi đó kích thước của một số vi sinh vật điển hình khoảng 1000nm

ol

vì vậy các hạt sắt nano dễ dàng xâm nhập vào các nguồn nước ngầm với mật độ

C

cao và số lượng hạt lớn được giữ lại trong bùn nước để tạo ra vùng xử lý tại chỗ.
1.2.1. Cấu trúc hạt sắt nano
Cấu trúc lõi - vỏ, cấu trúc điển hình này giúp sắt nano đóng vai trò quan
trọng trong việc xử lý môi trường. Lõi bao gồm chủ yếu sắt kim loại hóa trị 0


11
trong khi vỏ là hỗn hợp hóa trị Fe(II) và Fe(III) oxit, được tạo thành như là kết
quả của quá trình oxi hóa.[7]
1.2.2. Diện tích bề mặt riêng
Cùng với kích thước vật liệu, cấu trúc lõi-vỏ, kết cấu và diện tích bề mặt

uy
N
hơ
n

riêng cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất vật lý và tính chất
hóa học của vật liệu nano. Các nghiên cứu đã chỉ ra diện tích bề mặt của vật liệu
nano lớn hơn 1-2 bậc so với vật liệu micro. Diện tích bề mặt lớn như vậy cho phép

om
/+
D

ạy

1.2.3. Ứng dụng của nano sắt hóa trị 0

Kè
m

thể phản ứng với chất ô nhiễm ở tốc độ cao hơn.

Q

phản ứng xảy ra ở nhiều điểm, đây là 1 trong số những lí do làm hạt sắt nano có

1.2.4.1. Trong xử lý môi trường

Do có đặc tính cho electron và khử nhiều chất ô nhiễm với tốc độ cao,

e.
c

Fe0 nano được sử dụng để xử lý nhiều chất ô nhiễm trong môi trường. Fe 0 nano

.g
oo
gl

có thể đi vào trong đất bị ô nhiễm, trầm tích và tầng ngậm nước. Các chất ô nhiễm
mà Fe0 nano có thể xử lý bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng

us

và các chất vô cơ khác. Wei-Xian Zhang là một trong những nhà khoa học đi đầu

pl

trong lĩnh vực nghiên cứu tổng hợp nano sắt và ứng dụng để xử lý các hợp chất

by

clo hữu cơ như: TCE, PCBs, CCl4.... Ông cũng đã thành công trong việc xử lý các

ed

dẫn xuất clo của etylen bằng nano sắt và xử lý các hợp chất clo hữu cơ bằng nano

le

ct

sắt phủ kim loại. Nano sắt được các nhà khoa học gọi là “thần dược vạn năng”

C

ol

trong xử lý môi trường.
Ngoài dạng tự do, sản phẩn hạt nano sắt từ Fe3O4, hay các dạng khác như

CoFe2O4 … với đặc tính dễ bảo quản hơn cũng có khả năng dung để xử lý nước
nhiễm bẩn.
Người ta đã tổng kết danh sách (bảng 1.1) những hợp chất vô cơ và hữu cơ
có thể bị khử khi dùng sắt hóa trị 0. Những hợp chất này trong đất và nước sẽ làm


12
ô nhiễm nước sinh hoạt, lương thực, thực phẩm như những tác nhân gây ra những
bệnh ung thư hiểm nghèo.
Hợp chất hữu cơ
Acsen
Cadmi
Cobal
Đồng
Chì

Kè
m

Mangan

Q

uy

N
hơ
n

Clo

ạy

Nickel

om
/+
D

Selenium
Uranium

e.
c

Kẽm

Nitrate

Phostphate
Sulphate

pl

us

.g
oo
gl

Tetrachlorometan
Trichlorometan
Dichlorometan
Hexachloroetan
Trichloroetan
1,1,2 - Trichloetan
1,1 - Dichloetan
1,2 - Dibromoetan
Tetrachloeten
Trichloroeten
Cis - 1,2 - dichloroeten
Trans - 1,2 - dichloroeten
1,1 - dichloroeten
Vinylchlorua
1,2,3 - trichloropropan
1,2 - dichloropropan
Benzen

Hợp chất vô cơ

by

Bảng 1.1. Danh sách những hợp chất hữu cơ và vô cơ có thể bị khử bởi nZVI

ct

ed

1.2.4.2. Ứng dụng trong y dược
Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh

C

ol

le

*Phân tách và chọn lọc tế bào, DNA:

học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc
cho các mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong
những phương pháp thường được sử dụng. Quá trình phân tách được chia làm hai
giai đoạn: đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu; và tách các thực thể được
đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường. Việc đánh dấu được thực hiện thông
qua các hạt nanô từ tính. Hạt nanô thường dùng là hạt ô xít sắt. Các hạt này được


13
bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học như là dextran, polyvinyl
alcohol (PVA)... Hóa chất bao phủ không những có thể tạo liên kết với một vị trí
nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạt nanô phân tán tốt
trong dung môi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ. Giống như trong hệ miễn dịch,
vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân tử

uy

N
hơ
n

khác như các hoóc-môn, a-xít folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các
kháng nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các hạt
từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn

Q

dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi

Kè
m

khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi. Đối với các tế bào lớn, kích
thước của các hạt từ tính đôi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích thước vài trăm

om
/+
D

ạy

nanô mét. Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài.
Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh
*Dẫn truyền thuốc:

e.
c

dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài.

.g
oo
gl

Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính
không đặc hiệu. Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung

us

nên các tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì thế

pl

việc dùng các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể

by

(thông thường dùng điều trị các khối u ung thư) đã được nghiên cứu từ những năm

ed

1970, những ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính. Có hai

ct

lợi ích cơ bản là: (i) thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm

ol

le

giảm tác dụng phụ của thuốc; và (ii) giảm lượng thuốc điều trị. Hạt nanô từ tính

C

có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị. Lúc này hạt nanô có
tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng từ
và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt đi vào mạch máu, người ta
dùng một gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí
nào đó trên cơ thể. Một khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì quá
trình nhả thuốc có thể diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các


14
tính chất sinh lý học do các tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuyếch
tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ.
*Đốt nhiệt từ:
Phương pháp đốt các tế bào ung thư bằng từ trường ngoài mà không ảnh
hưởng đến các tế bào bình thường là một trong những ứng dụng quan trọng khác

uy
N
hơ
n

của hạt nanô từ tính. guyên tắc hoạt động là các hạt nano từ tính có kích thước từ
20-100 nm được phân tán trong các mô mong muốn sau đó tác dụng một từ trường

xoay chiều với tần số 1,2 MHz bên ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để làm cho

Q

các hạt nanô hưởng ứng mà tạo ra nhiệt nung nóng những vùng xung quanh. Nhiệt

om
/+
D

ạy

trong khi các tế bào thường vẫn an toàn.

Kè
m

độ khoảng 42 °C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư

1.2.4.3. Ứng dụng trong điện tử

Công nghệ nano cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử. Những

e.
c

bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường, một số sản

.g
oo

gl

phẩm như bàn phím, chuột cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn.
Pin nano trong tương lai sẽ có cấu tạo theo kiểu ống nano whiskers, khiến

us

các cực của pin có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều lần, từ đó giúp nó lưu trữ

pl

được nhiều điện năng hơn trong khi kích thước của pin sẽ ngày càng được thu

ed

by

nhỏ.

C

ol

le

ct

1.3. Tổng quan về chất thải hữu cơ mang màu trong nước thải dệt nhuộm

1.3.1. 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.


15
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. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong
ngành công nghiệp dệt nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nước. Xét hai yếu tố là lượng
nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải thì ngành dệt nhuộm

uy
N
hơ
n

được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp.[3]
1.3.2. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm

Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung đều chứa các loại hợp chất tạo

Q

màu hữu cơ, do đó có các chỉ số pH, DO, BOD, COD… rất cao, vượt quá tiêu

Kè

m

chuẩn cho phép được thải ra môi trường sinh thái. Để đạt tiêu chuẩn cho phép thải

ạy

ra môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô
phẩm công nghiệp.[3]

om
/+
D

nhiễm môi trường có mặt trong nước thải sau khi sản xuất hoặc chế biến các sản

e.
c

1.3.3. Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm

.g
oo
gl

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,

us

muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước

pl

thải cao do lượng kiềm lớn. Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất,

by

đặc biệt là thuốc nhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện

ed

nay, chiếm tới 60 - 70 % thị phần. Thông thường, các chất màu có trong thuốc

le

ct

nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một

ol

lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn

C

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.[3]

16
1.3.4. Khái niệm chung về hợp chất màu azo
1.3.4.1. 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

uy
N
hơ
n

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

Q

chuyển động, là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới màu sắc của hợp chất azo. Khi

Kè
m

hệ thống chuyển vị và phân chia sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ thường xuyên ánh

1.3.4.2. Tính chất

om
/+
D

ạy

sáng ở vùng khả kiến.[5,6]

e.
c

Hợp chất màu azo bền hơn tất cả các phẩm màu thực phẩm tự nhiên. Đặc

.g
oo
gl

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

us

vậy, các hợp chất màu azo được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp

pl

thực phẩm, in, nhuộm...). Tuy nhiên, hợp chất màu azo không tan được trong dầu

by

hoặc chất béo, chỉ khi hợp chất màu azo kết hợp với một phân tử chất béo hòa tan

ed

hoặc khi chúng bị phân tán thành những phân tử nguyên chất thì dầu mới có thể

C

ol

le

ct

được tạo màu.

1.3.4.3. Độc tính đối 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 gây ra ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và


17
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

uy
N
hơ
n

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. Đối

Q

với con người, thuốc nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, đường

Kè
m

iêu 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

om
/+
D

ạy

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

e.
c

nhuộm màu cao.

.g
oo
gl

1.3.4.4. Một số hợp chất azo thường gặp
* Hợp chất metyl da cam

us

- Tên quốc tế : Natri para-dimetylaminoazobenzensunfonat.

pl

- Công thức phân tử : C14H14O3N3SNa.

by

- Khối lượng phân tử : 299 đvc.

C

ol

le

ct

ed

- Công thức cấu tạo:

- Thuốc nhuộm metyl da cam thuộc loại thuốc nhuộm axít, là một chất bột tinh
thể màu da cam, độc, không tan trong dung môi hữu cơ, khó tan trong nước nguội,
nhưng dễ tan trong nước nóng, d = 1,28 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy trên 300oC. Nó
là hợp chất màu azo do có chứa nhóm mang màu -N=N-, có tính chất lưỡng tính
với hằng số axit Ka = 4.10-4.
- Cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch 505±5 nm.


18
- Khoảng pH chuyển từ màu đỏ sang vàng: 3,0 - 4,4; pKa = 3,8.
- Hệ số hấp thụ mol  = 26.900.
- Do có cấu tạo mạch cacbon khá phức tạp và cồng kềnh, liên kết -N=N- và vòng
benzen khá bền vững nên metyl da cam rất khó bị phân huỷ.
- Trong môi trường kiềm và trung tính, metyl da cam có màu vàng là màu

Q

uy
N
hơ
n

của anion:

Kè
m

- Trong môi trường axit, phân tử metyl da cam kết hợp với proton H+

by

pl

us

.g
oo
gl

e.
c

- Cân bằng sau đây được thiết lập:

om
/+
D

ạy

chuyển thành cation màu đỏ:

ed

Màu đỏ

le

ct

- Metyl da cam thường được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật,

ol

các loại sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi

C

trường axit, ngoài ra cũng có thể nhuộm xơ sợi xenlulozơ với sự có mặt của urê.
- Cơ chế nhuộm màu được mô tả như sau:
Anion có màu vàng da cam

Metyl da cam

* Hợp chất metyl đỏ
- Tên quốc tế : axit para-dimetylaminoazobenzoic.

Cation có màu đỏ