Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm rhodamine b của bã mía chưa biến tính và bã mía biến tính bằng NaOH

ĐẠI HỌC ĐÀ NĂNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM
RHODAMINE B
CỦA BÃ MÍA CHƯA BIẾN TÍNH & BÃ MÍA BIẾN TÍNH
BẰNG NAOH
Sinh viên thực hiện

:Trần Thị Thu Vân

Lớp

: 14CHP

Chuyên ngành

: Hóa Phân tích – Môi trường

Khóa

: 2014 – 2018

Giảng viên hướng dẫn

: TS. Bùi Xuân Vững

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NĂNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC
NHUỘM RHODAMINE B
CỦA BÃ MÍA CHƯA BIẾN TÍNH & BÃ MÍA BIẾN
TÍNH BẰNG NAOH
Sinh viên thực hiện

: Trần Thị Thu Vân

Lớp

: 14CHP

Chuyên ngành

: Hóa Phân tích – Môi trường

Khóa

: 2014 – 2018

Giảng viên hướng dẫn

: TS. Bùi Xuân Vững


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ LÀM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : TRẦN THỊ THU VÂN
Lớp

: 14 CHP

1. Tên đề tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm rhodamine B từ bã mía
chưa biến tính và bã mía biến tính bằng NaOH ”
2. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ
- Nguyên liệu: Bã mía được lấy từ cơ sở bán nước mía phường Hòa Khánh Nam,
quận Liên Chiểu, Đà Nẵng.
- Hóa chất: Rhodamine B ( xuất xứ Trung Quốc), NaOH rắn (xuất xứ từ Trung
Quốc), dung dịch HCl đặc ( xuất xứ từ Trung Quốc).

- Dụng cụ: Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV Lambda A25 , máy đo pH Jenway,
máy khuấy, máy nghiền thông dụng, tủ sấy, cân phân tích , các loại pipet, buret,
bình tam giác, cốc, bình định mức...
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ từ bã mía chưa qua xử
lý đối với Rhodamine B trong môi trường nước.
- Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ từ bã mía đã qua xử lý
NaOH chế tạo từ bã mía đối với Rhodamine B trong môi trường nước.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp
phụ từ bã mía chưa qua xử lý và đã qua xử lí NaOH đối với Rhodamine B trong
môi trường nước.
4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Bùi Xuân Vững
5. Ngày giao đề tài: 1/8/2017
6. Ngày hoàn thành đề tài: 23/4/2018


Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS.Lê Tự Hải

TS. Bùi Xuân Vững


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm nghiên cứu và hoàn thành báo cáo khóa luận này,
chúng tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh
chị. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc chúng tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn
chân thành đến:

Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, ban chủ nhiệm khoa Hóa đã
tạo điều kiện cho chúng tôi được trải nghiệm thực tế, tiếp xúc gần hơn với công việc
của mình. Và đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa Hóa đã truyền đạt nhiều kiến
thức quý báu để chúng tôi làm hoàn thành tốt bài báo cáo này.
Xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Xuân Vững đã luôn theo sát, hướng dẫn, chỉ
bảo tận tình chúng tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Mặc dù đã nỗ lực để hoàn thành báo cáo này song vì kiến thức bản thân còn
hạn chế, quá trình làm việc thực tế khó tránh khỏi thiết sót. Chúng tôi rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn.
Sinh viên
TRẦN THỊ THU VÂN


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................ 3
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm .............................................................................. 1
1.1.1. Khái niệm thuốc nhuộm .............................................................................. 1
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm .......................................................................... 1
1.1.3. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm ........................................... 1
1.1.4. Phân loại thuốc nhuộm............................................................................... 2
1.2. Tổng quan về thuốc nhuộm Rhodamine B ....................................................... 3
1.2.1. Một vài nét về Rhodamine B ...................................................................... 3
1.2.2. Công thức cấu tạo và tính chất hóa lý của Rhodamine ............................. 4
1.2.3. Độc tính của thuốc nhuộm Rhodamine B .................................................. 5
1.2.4. Ứng dụng và tình hình sử dụng của thuốc nhuộm Rhodamine B ............... 6
1.3. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ................................................................. 7
1.3.1. Hiện tượng hấp phụ .................................................................................... 7
c. Hấp phụ trong môi trường nước....................................................................... 8
1.4. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang .............................................. 9

1.4.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang ........................................... 9
1.4.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang ....................... 10
1.5. Giới thiệu về VLHP bã mía ............................................................................ 11
1.5.1 Tổng quan bã mía tại việt nam .................................................................. 11
1.5.2. Thành phần có trong bã mía ..................................................................... 12
1.5.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trường trên thế giới
và tại Việt Nam..................................................................................................... 13
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 15
2.1. Hóa chất và thiết bị ........................................................................................ 15
2.1.1. Hoá chất ................................................................................................... 15
2.1.2. Thiết bị ...................................................................................................... 15
2.1.3. Pha hóa chất ............................................................................................. 15


2.2. Chuẩn bị các VLHP và khảo sát một số đặc trưng đặc trưng của các VLHP . 16
2.2.1 Chuẩn bị các VLHP từ bã mía chưa qua xử lý và xử lý bằng NaOH ....... 16
2.2.2. Một số đặc trưng cấu trúc của các VLHP ............................................... 17
2.3. Dựng đường chuẩn xác đinh nồng độ thuốc nhuộm Rhodamine B ............... 17
2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ củ a VLHP từ bã mía
chưa qua xử lý và qua xử lý bằng NaOH .............................................................. 18
2.4.1. Ảnh hưởng của pH.................................................................................... 18
2.4.2. Ảnh hưởng của thời gian .......................................................................... 18
2.4.3. Ảnh hưởng của khối lượng ...................................................................... 19
2.4.4. Ảnh hưởng của kích thước các VLHP đến hiệu suất hấp phụ ................. 19
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 20
3.1 Khảo sát đặc trưng cấu trúc của các VLHP..................................................... 20
3.1.1. Kết quả đo ảnh SEM ................................................................................. 20
3.1.2. Phổ hồng ngoại (IR) ................................................................................ 21
3.2. Dựng đường chuẩn xác đinh nồng độ thuốc nhuộm Rhodamine B ............... 22
3.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ c ủ a VLHP từ bã mía

chưa qua xử lý và qua xử lý bằng NaOH .............................................................. 23
3.3.1. Ảnh hưởng của pH.................................................................................... 23
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian .......................................................................... 25
3.3.3. Ảnh hưởng của khối lượng ....................................................................... 26
3.3.4 Ảnh hưởng của kích thước các VLHP đến hiệu suất hấp phụ .................. 28
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 30
KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT ........................................................................................ 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 32


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.2: Thành phần hoá học của bã mía [7] ........................................................ 12
Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ RhodaminB ................ 22
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP ....................... 24
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất (%) hấp phụ của VLHP1........... 25
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khối lượng các VLHP đến hiệu suất hấp phụ ................. 27
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của kích thước các VLHP đến hiệu suất hấp phụ của chúng
................................................................................................................................... 28


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 : Công thức cấu tạo Rhodamine B ............................................................... 4
Hình 1.2 : Tinh thể Rhodamine B............................................................................... 5
Hình 3.1 : Ảnh SEM của VLPH từ bã mía chưa qua xử lý ...................................... 20
Hình 3.2 : Ảnh SEM của VLPH từ bã mía đã xử lý bằng NaOH ............................. 20
Hình 3.3 : Phổ hồng ngoại của VLHP từ bã mía chưa qua xử lý ............................. 21
Hình 3.4 : Phổ hồng ngoại của VLHP từ bã mía đã qua xử lý bằng NaOH. ........... 21
Hình 3.5 : Đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B ........................................ 23
Hình 3.6 : Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH của VLHP1, VLHP2 ......... 24
Hình 3.7 Sơ đồ sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của VLHP1 và VLHP2 ................. 26

Hình 3.8 : Sơ đồ ảnh hưởng của khối lượng VLHP1, VLHP2 đến hiệu suất hấp phụ
................................................................................................................................... 27
Hình 3.9 : Biểu đồ ảnh hưởng của kích thước các VLHP đến hiệu suất hấp phụ của
chúng ......................................................................................................................... 29


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt

Tên đầy đủ

VLHP

Vật liệu hấp phụ

VLHP1

Vật liệu hấp phụ từ bã mía chưa xử lý

VLHP2

Vật liệu hấp phụ từ bã mía đã qua xử lý
bằng NaOH


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là chủ
đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới. Một trong những vấn đề đặt
ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô

nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra. Điển hình như các ngành công
nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược,
luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và
chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam.
Ở nước ta hầu hết các cơ sở sản xuất dệt nhuộm chỉ xử lí nước thải sơ bộ
thậm chí có thể thải trực tiếp ra môi trường. Dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước
không chỉ gây ảnh hưởng đến bề mặt nước mặt mà các nguồn nước ngầm cũng bị ô
nhiễm vô cùng nghiêm trọng. Vì vậy bên cạnh việc nâng cao ý thức bảo vệ môi
trường của con người và xiết chặt công tác quản lí thì việc tìm ra phương pháp xử lí
nước thải dệt nhuộm để loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại
ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức quan trọng.
Nguồn phát sinh ra nước thải ngành dệt nhuộm ở rất nhiều công đoạn khác
nhau, thay đổi theo từng loại sản phẩm. Nhưng đặt trưng chính của loại nước thải
này là có pH, nhiệt độ, COD cao và độ màu tương đối cao. Do vậy việc xử lí nước
thải dệt nhuộm thường gặp nhiều khó khăn do thuốc nhuộm Rhodamine B có tính
chất rất bền, cấu tạo phức tạp dẫn nên chi phí để xử lí nước thải thường rất cao. Do
đó việc nghiên cứu xử lí ô nhiễm thuốc nhuộm trong nước nước thải bằng các vật
liệu hấp phụ (VLHP) có giá thành thấp, thân thiện với môi trường như bã mía là
việc cần thiết. Bã mía ( phụ phẩm của ngành công nghiệp mía đường) đang được
đánh giá là tiềm năng để chế tạo các VLHP để sử lí ô nhiễm môi trường.
Rhodamin B là một trong những loại thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, thường được sử dụng trực tiếp để nhuộm màu
vải, sợi bông hay nhuộm giấy, nhuộm tre nứa, mành trúc da và chế mực viết. Đặc
biệt trong quá trình chế biến thực phẩm để tạo cho thực phẩm có màu sắc đẹp, bắt
mắt người ta đã sử dụng phẩm màu này. Rhodamin B khi vào cơ thể gây ảnh hưởng
đến gan, thận hoặc tồn dư trong người lâu ngày gây độc hại đến cơ thể con người,


đặt biệt có thể gây ung thư. Nồng độ Rhodamin B trong nước quá cao sẽ cản trở sự
hấp thụ của oxi vào nước từ không khí do đó làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của

các động thực vật, gây ra hiện tượng xáo trộn hoạt động của vi sinh vật và ảnh
hưởng đến quá trình làm sạch của nước.
Xuất phát từ những lí do trên, trong luận văn này chúng tôi thực hiện đề tài: “
Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm rhodamine B từ bã mía chưa biến
tính và biến tính bằng NaOH ”. Nghiên cứu nhằm tìm kiếm giải pháp xử lí thuốc
nhuộm Rhodamine B với chi phí thấp khả nghi và thân thiện với môi trường.
Với mục đích đó, trong đề tài chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau:
- Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ từ bã mía chưa qua xử lý
đối với Rhodamine B trong môi trường nước.
- Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ từ bã mía đã qua xử lý
NaOH chế tạo từ bã mía đối với Rhodamine B trong môi trường nước.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp
phụ từ bã mía chưa qua xử lý và đã qua xử lí NaOH đối với Rhodamine B trong
môi trường nước.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm
1.1.1. Khái niệm thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng
hợp) rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, 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) [5].
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm
Gồm 3 phần:
- Phần thứ nhất: Viết cả chữ chỉ tên phân lớp kĩ thuật của thuốc nhuộm.
- Phần thứ hai: Viết cả chữ, thường là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc
nhuộm.
- Phần thứ ba: Được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của
thuốc nhuộm.

Để chỉ cường độ màu người ta dùng 2 chữ cái đi liền với nhau như BB,
RR...hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B,4G [5].
1.1.3. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm
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 trúc thuốc nhuộm
bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Theo quan điểm của Butlervo và
Alektsev năm 1876 O.Witt thì hợp chất hữu cơ mang màu là do phân tử của chúng
có chứa những nhóm mang màu, đó là những nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị.
Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không
cố định. Những nhóm mang màu quan trọng là: >C=C<( nhóm etylen); >C=N-(
nhóm azometyl); -N=N-( nhóm azo);-NO2( nhóm nitro);-N=O( nhóm nitrozo);
=C=O (nhóm cacbonyl).
Ngoài những nhóm mang màu thì nhóm trợ màu giúp cho màu sắc sâu hơn.
Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: ̶ NH2 ,̶ COOH, 1


SO3H, OH… đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch
chuyển năng lượng của hệ điện tử [5].
1.1.4. Phân 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:
-

Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm

antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [8].
Phân loại theo đặc tính áp 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, 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 đề tài.
Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo( –N=N–) phân tử thuốc
nhuộm có một nhóm azo( monoazo) hay nhiều nhóm azo( điazo, triazo, polyazo)
[5], [6].
+ 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. 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. Ưu điểm của thuốc nhuộm azo là sử dụng đơn giản và giá
rẻ. Tuy nhiên hiện nay phẩm nhuộm azo bị cấm sử dụng ở hầu hết các nước trên thế
giới vì khả năng gây ung thư mạnh [5], [6].
Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm
tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một
số vật liệu như các sợi xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một các trực tiếp nhờ
các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm.
Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo (92%), một số ít là dẫn xuất
2

dioazin và flatoxianim, tất cả được sản xuất dưới dạng muối natri của axit sunforic
hoặc cacbonyl hữu cơ, một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni và
kali nên được viết dưới dạng tổng quát là:
Ar–SO3–Na (Ar: gốc hữu cơ mang màu thuốc nhuộm)
Khi hoà tan vào nước thuốc nhuộm phân ly như sau:
Ar–SO3–Na → Ar-SO3- + Na+
Ar–SO3-: là ion mang màu có điện tích âm.
Thuốc nhuộm trực tiếp chỉ có hiệu suất bắt màu cao 90% khi nhuộm màu nhạt
ở nồng độ thấp, còn đối với những màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải ra tương
đối lớn.
Do có khả năng tự bắt màu, đơn giản trong sử dụng và rẻ tiền nên thuốc
nhuộm trực tiếp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ngành
dệt vải, sợi bông, hàng dệt kim từ bông.
Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan trong
nước phân ly thành ion:
Ar–SO3–Na → Ar–SO3- + Na+
Ar–SO3- : là ion mang màu có điện tích âm.
Ar–SO3- tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm
axit có khả năng tự nhuộm màu tơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi
trường axit. Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là
antraquion, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác [5], [6].
1.2. Tổng quan về thuốc nhuộm Rhodamine B
1.2.1. Một vài nét về Rhodamine B
Rhodamine là một trong những thuốc nhuộm, được sử dụng chủ yếu để nhuộm
len, lụa và làm laser công suất màu. Ngoài ra, Rhodamine còn được dùng để nhuộm
tế bào trong công nghệ sinh học.
Nhìn chung, các thuốc nhuộm Rhodamine khá độc, tan nhiều trong nước,
methanol, ethanol. Các thuốc nhuộm Rhodamine có màu sắc tươi sáng, hấp dẫn nên
người ta còn dùng để nhuộm màu thực phẩm, nhuộm vải sợi… điều này không đảm
bảo an toàn cho người tiêu dùng [16].

3


1.2.2. Công thức cấu tạo và tính chất hóa lý của Rhodamine
Rhodamine là một hợp chất hóa học, là một thành phần của phẩm màu công
nghiệp.
Công thức phân tử: C28H31N2O3Cl.
Khối lượng phân tử: 479,02 g/mol (Rhodamine B, 1996).
Công thức cấu tạo của Rhodamine B.

(Nguồn: UV- Việt Nam)
Hình 1.1: Công thức cấu tạo Rhodamine B
[9-(2-carboxyphenyl)-6-diethylamino-3-xanthenylidene]-diethylammonium
chloride.
Tên gọi khác của Rhodamine B:
- R.60, Tetraethyl rhodamine;
- D & C Red No.19
- Rhodamine B chloride
- C.I. Basic Violet 10
- C.I. 45170.
Tính chất hóa lý của Rhodamine B:
- Rhodamine B là những tinh thể màu tối, có ánh xanh, ở dạng bột có màu tím
đỏ.

4


Hình 1.2 : Tinh thể Rhodamine B
(Nguồn: Alibaba.com)
Điểm nóng chảy: 210 0C, 483 K, 410 0F; nhiệt độ nóng chảy khoảng 2100C đến

2110C. Rhodamine B là một thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại tan tốt trong methanol,
ethanol, nước (khoảng 50 g/l).
Độ tan trong 100 gam dung môi:
+Dung môi H2O: 0,78g (200C).
+ Dung môi ethanol: 1,47g(Rhodamine B, 1996).
Dung dịch Rhodamine B trong H2O và trong ethanol có màu đỏ, ánh xanh,
phát quang mạnh, đặc biệt trong các dung dịch loãng. Dung dịch Rhodamine
B/Ethanol loãng, phát quang trong vùng bước sóng 550nm đến 650nm. Rhodamine
B khi tan trong nước có màu hồng và hấp thụ mạnh ở 2 bước sóng 517nm và 552
nm. pH từ 1,5 – 2,5 [16].
1.2.3. Độc tính của thuốc nhuộm Rhodamine B
Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính. Qua tiếp xúc gây dị ứng hoặc làm mẩn
ngứa da, mắt…Qua đường hô hấp gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực. Qua đường
tiêu hóa gây nôn mửa, có hại cho gan và thận. Nếu tích tụ dần trong cơ thể gây
nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như có thể gây ung
thư.
Thực nghiệm trên chuột cho thấy Rhodamine B gây ung thư với liều lượng
89,5 mg/kg qua đường ống hoặc tiêm vào tĩnh mạch. Khi Rhodamine B đi vào cơ
5


thể có thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có phần độc hại hơn loại thường,
gây ung thư và phát triển khối u dạ dày. Tại đây Rhodamine B và các dẫn xuất của
nó tác động mạnh mẽ đến quá trính sinh hóa của tế bào ung thư gan vì gan là cơ
quan đầu tiên lọc chất này. Một số thực nghiệm cho thấy Rhodamine B tác động
phá vỡ cấu trúc AND và nhiễm sắc thể khi đưa vào nuôi cấy tế bào [16].
1.2.4. Ứng dụng và tình hình sử dụng của thuốc nhuộm Rhodamine B
Rhodamine B đang được thử nghiệm để sử dụng như một bio market (chỉ thị
sinh học) trong vacxin bệnh dại cho động vật hoang dã như gấu trúc, để xác định
động vật hoang dã đã có thuốc phòng ngừa bằng cách cho Rhodamine B vào râu và

răng của động vật.
Rhodamine B thường được sử dụng như một thuốc nhuộm tracer trong nước để
xác định tốc độ và hướng của dòng chảy vận chuyển. Được sử dụng rộng rãi trong các
ứng dụng công nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, đến tế bào dòng chảy,
quang phổ huỳnh quang.
Ngoài ra Rhodamine B còn được sử dụng để tạo màu và nhuộm màu trong
công nghiệp sợi, nhuộm màu trong phòng thí nghiệm để xét nghiệm tế bào do tính
bền màu. Rhodamine B được sử dụng trong sinh học như là một thuốc nhuộm
huỳnh quang.Tận dụng đặc tính phát quang của Rhodamine B, người ta dùng chúng
để giúp kiểm soát lượng thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây ớt, cây lấy dầu.
Rhodamin B được trộn với Quinacridone Magenta (PR122) tạo ra màu nước màu
hồng tươi.
Một số loại phẩm màu sử dụng tai Indonesia được cho vào các loại thực phẩm
như: thức ăn snack, tôm, kẹo bông, siro... Nghiên cứu cũng chỉ ra các đồ uống có
chứa phẩm màu công nghiệp, đặc biệt Rhodamine B với hàm lượng từ 7,841 –
3226,55 ppm.
Tại Việt Nam, kết quả kiểm tra của Viện Kiểm nghiệm thực phẩm Quốc gia
năm 2012 có trên 50% mẫu hạt dưa, ớt bột từ các tỉnh gửi về chứa phẩm màu công
nghiệp dương tính với Rhodamine B.
Theo Ủy ban an toàn thực phẩm châu Âu, nhiều thuốc nhuộm màu thuộc
nhóm azo có khả năng gây ung thư. Năm 2005, Ủy ban châu Âu đã quy định rất rõ
6


các chất nhuộm màu nhóm azo không được dùng trong mĩ phẩm, thực phẩm nên
không có giới hạn chấp nhận đối với thuốc nhộm này . Do độc hại của rhodamine B
nên ở các nước thuộc khối EU và hầu hết các nước trên thế giới cấm sử dụng
rhodamine B cho sản xuất và chế biến thực phẩm [16].
1.3. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.3.1. Hiện tượng hấp phụ

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí-rắn, lỏng-rắn,
khí- lỏng, lỏng-lỏng). Trong đó:
Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ; chất được
tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ
và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hai
loại hấp phụ là hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học [1], [3], [4].
a. Hấp phụ vật lý
Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls
giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm
ứng, định hướng, khuếch tán), liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý
có tính thuận nghịch cao.
Đặc điểm: Phân tử bị hấp phụ không chỉ tương tác với một nguyên tử mà với
nhiều nguyên tử trên bề mặt. Do vậy, phân tử hấp phụ có thể hình thành một hoặc
nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ.
Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là một quá
trình thuận nghịch tức là có cân bằng động giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ. Nhiệt
lượng tỏa ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc
vào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất
hấp phụ và bị hấp phụ [1], [3], [4].
b. Hấp phụ hóa học
Định nghĩa: Hấp phụ hóa học được gây ra bởi các liên kết hóa học (liên kết
cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí…). Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi
electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.Cấu trúc electron phân tử các chất
7


tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa
học.Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol.
Đặc điểm: Chất bị hấp phụ chỉ hình thành một lớp đơn phân tử hấp phụ, giữa

chúng hình thành hợp chất bề mặt.
Hấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ, do đó mang tính đặc thù rõ rệt. Đây không phải là một quá trình
thuận nghịch. Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ
là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt.Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy
ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy
ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ
hóa học tăng lên [1], [3], [4].
c. Hấp phụ trong môi trường nước
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn
rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp
phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào
có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương tác
phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc
kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường
nước.
So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có
tốc độ chậm hơn nhiều.Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước
và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan
chậm.
Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ
(các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH
khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ.
Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp
phụ trên VLHP đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu
8

cơ có độ tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự
đoán khả năng hấp phụ chúng trên vật liệu hấp phụ..
Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hoà, ít bị phân
cực. Do đó quá trình hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với chất hữu cơ chủ yếu theo
cơ chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên vật liệu hấp phụ phụ
thuộc vào: pH của dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ [1], [3],
[4].
1.4. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang
Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích được sử dụng phổ biến nhất
trong các phương pháp phân tích hóa lý. Bằng phương pháp này có thể định lượng
nhanh chóng với độ nhạy và độ chính xác cao. Thực tế phương pháp này có khả
năng sử dụng vô hạn để xác định hầu hết các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần
hoàn (trừ các khí trơ), các hợp chất vô cơ cũng như các hợp chất hữu cơ. Các công
trình khoa học đăng trên các tạp chí thì phương pháp trắc quang chiếm khoảng 40%
tổng số các công trình được công bố.
Phương pháp phân tích trắc quang được phát triển mạnh vì nó đơn giản, đáng
tin cậy và được sử dụng nhiều trong kiểm tra sản xuất hoá học, luyện kim và trong
nghiên cứu hoá địa, hoá sinh, môi trường và nhiều lĩnh vực khác [2].
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập vài nét của phương pháp trắc quang nhằm làm sáng
tỏ hơn những vấn đề sẽ trình bày trong phần thực nghiệm.
1.4.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang
Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trắc quang là muốn xác định
một cấu tử X nào đó, chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo
sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X.
Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer- Lambert-Beer.
Biểu thức của định luật:
𝐴 = 𝑙𝑔

𝐼0
𝐼

= 𝜀𝐿𝐶

(1.1)

Trong đó:
Io, I lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏi dung dịch.
9


L là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua.
C là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
ε là hệ số hấp thụ quang phân tử, nó phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ
ánh sáng và bước sóng của ánh sáng tới ( ε = f (λ)).
A = f (λ, L,C)

(1.2)

Như vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lượng: bước sóng, bề
dày dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng.
Do đó nếu đo A tại một bước sóng λ nhất định với cuvet có bề dày L xác định
thì đường biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đường thẳng. Tuy nhiên,
do những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của
ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ
thị trên không có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Do vậy biểu thức
1.1 có dạng: A = k.ε.L.(Cx )b

(1.3)

Trong

Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
k: hằng số thực nghiệm.
b: hằng số có giá trị 0 < b £ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx. Khi Cx
nhỏ thì b = 1, khi Cx lớn thì b < 1.
Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có
bề dày xác định thì ε = const và L = const. Đặt K = k.ε.L ta có:
𝐴

λ

= 𝐾. 𝐶 𝑏

(1.4)

Phương trình (1.3) là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo phổ hấp thụ
quang phân tử UV-Vis (phương pháp trắc quang). Trong phân tích người ta chỉ sử
dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ
thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm [2],
[4].
1.4.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang
Có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng một chất bằng phương pháp
trắc quang. Từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như: phương pháp
dãy chuẩn nhìn màu, phương pháp chuẩn độ so sánh màu, phương pháp cân bằng
10


màu bằng mắt… các phương pháp này đơn giản, không cần máy móc đo phổ nhưng
chỉ xác định được nồng độ gần đúng của chất cần định lượng, nó thích hợp cho việc
kiểm tra ngưỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay không. Các phương
pháp phải sử dụng máy quang phổ như: phương pháp đường chuẩn, phương pháp

dãy tiêu chuẩn, phương pháp chuẩn độ trắc quang, phương pháp cân bằng, phương
pháp thêm, phương pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và đối tượng phân tích
cụ thể mà ta chọn phương pháp thích hợp. Trong đề tài này chúng tôi sử dụng
phương pháp đường chuẩn để định lượng Rodamine B.
Phương pháp đường chuẩn: Từ phương trình cơ sở A = k.(Cx)b về nguyên tắc,
để xây dựng một đường chuẩn phục vụ cho việc định lượng một chất trước hết phải
pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng
nồng độ tuyến tính (b = 1). Tiến hành đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch
chuẩn đó. Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo được dựng đồ thị A = f(C).
Sau khi có đường chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện
giống như khi xây dựng đường chuẩn. Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều
kiện đo như khi xây dựng đường chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng
bước sóng) được các giá trị Ax. Áp các giá trị Ax đo được vào đường chuẩn sẽ tìm
được các giá trị nồng độ Cx tương ứng [2].
1.5. Giới thiệu về VLHP bã mía
1.5.1 Tổng quan bã mía tại việt nam
Theo thống kê trên thế giới, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía
và sản lượng đạt 1324,6 triệu tấn. Còn ở Việt Nam nước ta nằm trong vùng khí hậu
nhiệt đới, rất thuận lợi cho nhành mía đường phát triển, niên vụ 2009- 2010, diện
tích mía nguyên liệu vào khoảng 290 000 ha trong đó diện tích tập trung của các
nhà máy đường là 221 816 ha với sản lượng đạt 16 triệu tấn.
Phát triển sản xuất mía đường là một định hướng đúng đắn. Tuy nhiên các nhà
máy sản xuất đường cũng thải ra một lượng không nhỏ bã mía. Theo tính toán của
các nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sinh ra một lượng
phế thải khổng lồ: 2,5 triệu tấn bã mía. Trước đây 80% lượng bã mía này đuợc sử
dụng để đốt lò hơi trong các nhà máy sản xuất đuờng, sinh ra 50000 tấn tro. Tuy là
11


phế thải nhưng trong tro bùn lại có nhiều chất hữu cơ. Các chất này sau sẽ là nguyên

nhân gây ô nhiễm môi trường và ô nhiễm nguồn nước rất nặng. Bã mía cũng có thể
được dùng làm bột giấy, ép thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm furfural
là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp. Trong tương lai khi mà rừng ngày càng
giảm, nguồn nguyên liệu làm bột giấy từ cây rừng giảm đi thì bã mía là nguyên liệu
quan trọng để thay thế [9].
1.5.2. Thành phần có trong bã mía
Bã mía chiếm khoảng 25 – 30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía trung
bình chứa 49% là nước, 48% là xơ (trong đó 45 – 55% xenlulozơ). 2,5% chất hòa
tan (đường) [7]. Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần
hoá học có trong bã mía có thể biến đổi. Hàm lượng phần trăm các thành phần hoá
học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng 1.2.
Bảng 1.1: Thành phần hoá học của bã mía [7]
Thành phần

% khối lượng

Xenlulozo

40 ÷ 50

Hemixenlulozo

20 ÷25

Lignin

18 ÷23

Chất hoà tan khác (tro, sáp, protein…)

5 ÷3

Xenlulozơ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt

xích α -glucozơ

[C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4-glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ
rất lớn, khoảng từ 10000 – 150000u.
Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống như
xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ thường bao gồm
nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl.
Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan [7].
Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ.

12


1.5.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trường trên thế
giới và tại Việt Nam
a. Trên thế giới
Với thành phần chính là xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến
tính để trở thành vật liệu hấp phụ tốt. Trên thế giới đã có một số nhà khoa học
nghiên cứu biến tính bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trường
Nhóm nghiên cứu ở viện hóa học, viện khoa học và công nghệ Ấn Độ đã khảo
sát và chế tạo VLHP từ bã mía qua xử lý bằng axit xitric để tách loại Cr (VI) trong
dung dịch nước. Kết quả thu được cho thấy bã mía biến tính bằng axit xitric có thể
hấp phụ gần như hoàn toàn Cr (VI) với hiệu suất hấp phụ là 98% ở pH=2, tốc độ lắc
50 vòng/phút và nồng độ 2000ppm [12].
Một số nhà nghiên cứu ở Brazil đã chế tạo các vật liệu hấp phụ từ bã mía qua
xử lý bằng anhydrit succinic để hấp phụ các ion: Cu2+, Cd2+, Pb2+ trong dung dịch

nước. Dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cu2+, Cd2+, Pb2+ lần lượt là 62mg/g,
106mg/g và 122mg/g.
Nhóm nghiên cứu ở trường đại học Putra (Malaysia) đã tiến hành nghiên cứu
và đề xuất qui trình xử lý bã mía thành vật liệu hấp phụ để tách loại màu trong dung
dịch keo bằng phương pháp hấp phụ. Nghiên cứu này cho thấy đây là một phương
pháp có hiệu quả để loại bỏ màu trong nước thải và có những điểm vượt trội so với
những phương pháp khác vì quá trình xử lý không để lại cặn và hoàn toàn loại bỏ
được màu ra khỏi nước thải thậm chí cả dung dịch loãng [13].
Các tác giả [14] đã tiến hành nghiên cứu và so sánh khả năng tách loại các
thuốc nhuộm axit trong dung dịch nước của các loại vật liệu hấp phụ như: than bã
mía, than vỏ lạc, than lá chè… Kết quả thu được cho thấy các vật liệu hấp phụ đều
có khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm axit với hiệu suất khá cao. Đối với Rodamine
B còn có thể sử dụng các vật liệu hấp phụ chế tạo từ các phụ phẩm nông công
nghiệp khác có thành phần hóa học chủ yếu giống như bã mía để tách loại ra khỏi
dung dịch nước. Nhóm nghiên cứu ở trường đại học Karpagam (Ấn Độ) đã nghiên
cứu chế tạo than hoạt tính từ hạt na, các kết quả thu được cho thấy đây có thể là
một lựa chọn hấp dẫn cho quá trình tách loại phẩm nhuộm trong dung dịch loãng.
13