Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình Ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24
BẰNG QUÁ TRÌNH ÔZÔN VỚI XÚC TÁC XỈ SẮT THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Mã số: 8850101

Người hướng dẫn khoa học: TS. Văn Hữu Tập
(Chữ kí của GVHD)

THÁI NGUYÊN – 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24
BẰNG QUÁ TRÌNH ÔZÔN VỚI XÚC TÁC XỈ SẮT THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN – 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Hoàng Trung Kiên, xin cam đoan luận văn này công trình nghiên cứu
“Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc
tác xỉ sắt thải ’’ là do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Văn
Hữu Tập, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác. Số liệu và kết
quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác.
Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được
trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách.
Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.

Tác giả

Hoàng Trung Kiên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.
Văn Hữu Tập (Khoa Tài nguyên & Môi trường – Trường Đại học Khoa học – Đại

học Thái Nguyên) đã định hướng cho tôi hướng nghiên cứu và là người hướng dẫn
khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô trong khoa Tài nguyên & Môi trường đã
tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại trường.
Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn
động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận luận văn này.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. ix
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu ........................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..........................................................................................3
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu .............................................................3
5. Những đóng góp mới của đề tài ..........................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................4
1.1. Ngành dệt nhuộm và các phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm ........4
1.1.1. Chất nhuộm và đặc điểm của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm ............4
1.1.2. Xỉ sắt. ......................................................................................................10
1.2. Các phương pháp xử lý chất nhuộm màu hiện nay .......................................11

1.2.1. Phương pháp hóa lí ................................................................................11
1.2.2. Phương pháp sinh học ............................................................................12
1.2.3. Phương pháp hóa học.............................................................................13
1.3. Tình hình nghiên cứu hiện nay ......................................................................17
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới .........................................................................17
1.3.2. Nghiên cứu trong nước ...........................................................................18
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ..........................................................................................................................21
2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................21
2.1.1. Chất nhuộm Reactive Red 24 .................................................................21
2.1.2. Xỉ sắt thải ................................................................................................22
2.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................22
2.3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................22
2.3.1. Các nội dung tiến hành thí nghiệm .........................................................25
2.3.2. Hóa chất sử dụng ....................................................................................29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




2.3.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ...............................................................29
2.3.4. Các phương pháp phân tích ....................................................................30
2.4. Phương pháp tiếp cận .....................................................................................33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................35
3.1. Cấu trúc thành phần của xỉ sắt (IS) ................................................................35
3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý màu của RR24 .................................36
3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ sắt đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng
ôzôn, Fenton với xúc tác xỉ sắt. ............................................................................43
3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Reactive Red 24 đến hiệu quả xử lý màu và COD của
ôzôn và Fenton với xúc tác xỉ sắt ..........................................................................47

KẾT LUẬN ...............................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................55
PHỤ LỤC ..................................................................................................................60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AOP

: Quá trình oxy hóa tiên tiến - Advanced Oxydation Processes

BOD

: Nhu cầu oxy hóa hóa sinh - Biochemical Oxygen Demand

COD

: Nhu cầu oxy hóa hóa học - Chemical Oxygen Demand.

EDS

: Quang phổ tán sắc năng lượng - Energy dispersive spectrometry

EDTA

: Ethylene diamine tetra axetic

IS

: Xỉ sắt - Iron Slag

MB

: Xanh metyl - Metylene blue

PAHs

: Hydrocacbon đa vòng thơm - Polycyclic aromatic hydrocarbons

RR24

: Reactive Red 24

RB

: Reactive blue

SEM

: Kính hiển vi điện tử - Scanning Electron Microscope

UV

: Phổ cực tím - Ultraviolet

XRD

: Nhiễu xạ tia X - X-ray diffraction

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng. .............7
Bảng 1.2. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa ......................................13
Bảng 1.3. Một số phản ứng tạo ra gốc hydroxyl của ôzôn .......................................14
Bảng 1.4. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng. ...............16
Bảng 1.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng. ..........................16
Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong phân tích ......................................29
Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu ....29
Bảng 3.1. Hằng số tốc độ phản ứng thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý
RR24..........................................................................................................................43
Bảng 3.2. Hằng số tốc độ phản ứng của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ IS đến hiệu
suất xử lý RR24 .........................................................................................................47
Bảng 3.3. Hằng số tốc độ phản ứng của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ IS đến hiệu
suất xử lý RR24 .........................................................................................................53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên




DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của chất nhuộm hoạt tính..............................................................8
Hình 1.2. Cấu trúc chất nhuộm thuộc nhóm ethylsulfonyl .........................................9

Hình 2.1. Cấu tạo chất nhuộm Reactive Red 24 .......................................................22
Hình 2.2. Máy tạo khí ôzôn Next 20P .......................................................................23
Hình 2.3. Mô hình thí nghiệm ôzôn (a) và Fenton (b) ..............................................24
Hình 2.4. Máy khuấy từ ............................................................................................25
Hình 3.1. Ảnh SEM của IS sử dụng làm chất xúc tác cho thí nghiệm .....................35
Hình 3.2. EDS của xỉ sắt ...........................................................................................35
Hình 3.3. Ảnh chụp XRD của xỉ sắt .........................................................................36
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu, COD của Fenton đối với chất
nhuộm RR24 .............................................................................................................37
Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu, COD của thí nghiệm O3 và
O3/IS đối với chất nhuộm RR24 ...............................................................................38
Hình 3.6. Ảnh hưởng của giá trị pH tới hiệu suất xử lý màu, COD của thí nghiệm
O3/H2O2, O3/H2O2/IS chất nhuộm RR24...................................................................39
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng IS tới hiệu suất khử màu và COD của Fenton
...................................................................................................................................44
Hình 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng IS tới hiệu suất khử màu và COD của ôzôn,
Fenton với xúc tác dị thể ...........................................................................................45
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 để hiệu suất xử lý màu và COD của ôzôn
...................................................................................................................................48
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 tới hiệu suất xử lý màu và COD của Fenton.
...................................................................................................................................49
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu và COD của thí
nghiệm O3/H2O2 ........................................................................................................50
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu, COD của thí
nghiệm O3/IS .............................................................................................................51
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu và COD thí nghiệm
O3/H2O2/IS. ...............................................................................................................52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu
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 gây ra.
Điển hình như các chế biến cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ
thực vật, y dược, luyện kim, mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển
mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam. Theo Tổng cục Hải quan,
năm 2017 kim ngạch xuất khẩu hàng dệt, may của Việt Nam đạt 31,7 tỷ USD, tăng
12,73% so với năm 2016. Trong đó, kim ngạch xuất khẩu hàng may mặc đạt 26,3 tỷ
USD, tăng 9,3%; kim ngạch xuất khẩu vải các loại đạt 0,46 tỷ USD, tăng 10%; kim
ngạch xuất khẩu xơ sợi các loại đạt 3,51 tỷ USD, tăng 20,21% và xuất khẩu nguyên
phụ liệu đạt 1,7 tỷ USD, tăng 14,3%[9]. Ngành dệt nhuộm thu hút nhiều lao động góp
phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát triển không có nền
công nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta nhưng cũng gây ra nhiều vấn đề về ô
nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm khó xử lý. Vì vậy, các chất nhuộm màu
gây ô nhiễm môi trường nước là một thực tế cần có giải pháp xử lý và là nhiệm vụ
rất cần thiết. Các hệ thống xử lý nước thải nhuộm hiện nay chủ yếu vẫn là công nghệ
sinh học. Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy xí nghiệp
dệt nhuộm ở nước ta hoạt động chưa thực sự hiệu quả mà đang có xu hướng thải ra
sông, suối, ao, hồ… Loại nước thải này có độ màu lớn, hàm lượng COD cao gây hại
đối với loài thủy sinh[3].
Có nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng đã triển khai nhằm xử lý các ô nhiễm
chất nhuộm reactive read 261, orange 39, xanh metylen, Reactive blue 182... bằng
các phương pháp hóa lý và sinh học. Tuy nhiên các phương pháp này tiêu tốn nhiều
thời gian mà vẫn chưa xử lý được triệt đồng thơi phát sinh một lượng lớn bùn thải
cần phải xử lý, đòi hỏi vốn đầu tư cao, hiệu quả kinh tế thấp[4]. Các phương pháp xử
lý sinh học thông thường là không hiệu quả trong việc xử lý màu của các chất nhuộm

màu có trong nước thải dêt nhuộm[15]. Vì vậy cần nghiên cứu các phương pháp tiên
tiến hiệu quả hơn: màng sinh học, oxy hóa...trong đó phương pháp oxy hóa với khả
năng oxy hóa không chọn lọc các hợp chất hữu cơ là phù hợp hon cả. Phương pháp


oxy hóa nâng cao sử dụng chủ yếu là O3, H2O2...có khả năng oxy hóa mạnh phá vỡ
cấu trúc phân tử hóa học của các chất mang màu tạo ra các chất mới không màu, ít
độc, có khối lượng phân tử nhỏ và cuối cùng là oxy hóa hoàn toàn hoặc tạo thuận lợi
cho quá trình xử lý tiếp theo bằng quá trình sinh học. Trong số các phương pháp này,
các quá trình oxy hóa tiên tiến (AOP) dựa trên sự phân hủy các chất hữu cơ có hiệu
quả cao và phương pháp này giúp phá hủy nhóm sắc tố phân tử của chất nhuộm và
khử màu của chúng và đồng thời làm giảm hàm lượng COD từ nước thải dệt. Các tác
nhân của quá trình này bao gồm UV, UV/H2O2, Fenton và ôzôn. Trong số các tác
nhân này, ôzôn và Fenton là những chất oxy hóa hiệu quả cao trong việc khử màu và
khử COD từ nước thải dệt nhuộm[16]. Tuy nhiên, nếu chỉ có ôzôn và Fenton thì tốc
độ phản ứng của quá trình diễn ra chậm với một số chất hữu cơ khó phân hủy sinh
học. Trong những nghiên cứu gần đây, chất xúc tác đã được sử dụng để tăng cường
quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy từ nước thải dựa trên quá trình ôzôn
hóa xúc tác và quá trình Fenton. Nhiều chất xúc tác kim loại cũng đã được sử dụng
và phân loại là: Chất xúc tác đồng thể, các chất xúc tác dị thể đã được sử dụng cho
quá trình oxy hóa để loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước thải. Một số vật liệu
cũng đã được sử dụng trong phản ứng Fenton dị thể trong xử lý các hợp chất hữu cơ
trong nước thải, như Fe2O3/Al2O3 và Fe2O3, hạt nano từ tính[17].
Xỉ sắt được tạo ra từ các quá trình luyện kim màu và kim loại màu chứa các
kim loại và gốc oxy, trong đó chủ yếu là thành phần của Fe cũng có thể trở thành một
loại chất xúc tác thể dị thể và chi phí thấp cho quá trình ôzôn hóa và Fenton để xử lý
chất nhuộm màu, các hợp chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm. Cho đến nay, Ở
Việt Nam, chưa có công trình nào sử dụng xỉ sắt như một chất xúc tác dị thể cho quá
trình ôzôn và Fenton để xử lý chất nhuộm màu hoạt tính. Do đó, xỉ sắt đã được sử
dụng làm chất xúc tác dị thể cho ôzôn và Fenton trong nghiên cứu này. Chính vì vậy,

tôi chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24
bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tìm các điều kiện thích hợp để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 trong
dung dịch ô nhiễm bằng ôzôn và sự kết hợp giữa ôzôn, Fenton với xúc tác xỉ sắt.


3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiểu khả năng xử lý màu của chất nhuộm màu dệt nhuộm Reactive Red
24 bằng phương pháp oxy hóa nâng cao trên cơ sở ôzôn.
Xác định được các giá trị tối ưu của các thông số: Thời gian xử lý, ảnh hưởng
tỉ lệ H2O2/O3 và giá trị pH ảnh hưởng đến quá trình ôzôn đến hiệu quả xử lý chất
nhuộm màu Reactive Red 24
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu
Hướng nghiên cứu về sử dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao để xử lý các
chất nhuộm màu trong nước thải dệt nhuộm là vấn đề đang được thế giới quan tâm.
Nghiên cứu này góp phần cung cấp một phương pháp xử lý chất nhuộm màu Reactive
Red 24 mới bằng cách sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh là ôzôn kết hợp với Fenton và
xỉ sắt thải trong quá trình luyện kim được sử dụng như một chất xúc tác.
5. Những đóng góp mới của đề tài
- Kết quả nghiên cứu của đề tài là nội dung báo cáo chính trong báo cáo luận
văn cao học của tác giả
- Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo có hàm lượng khoa học và có độ tin cậy
cao, từ đó làm nền tảng cho việc nghiên cứu phát triển cao hơn theo hướng này để
xây dựng các công nghệ xử lý hiện đại đạt hiệu quả và thân thiện với môi trường.
- Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo cho học tập, nghiên cứu và giảng dạy.
- Tính mới của kết quả đề tài: Đề tài này sử dụng xỉ sắt thải như tác nhân xúc
tác mới, chi phí thấp cho ôzôn và Fenton để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24.
Đồng thời, đánh giá được mức độ hiệu quả xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24
từ việc sử dụng ôzôn xúc tác xỉ sắt và Fenton, tại các điều kiện thí nghiệm và môi

trường khác nhau.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Ngành dệt nhuộm và các phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm
Trong những năm gần đây, ngành dệt nhuộm – may mặc được sự quan tâm
của nhà nước và đầu tư của nước ngoài, một số nhà máy lớn đã đầu tư trang bị kỹ
thuật, công nghiệp hiện đại. Nhiều loại máy móc, thiết bị hiện đại đã được đầu tư
chiều sâu, như các máy văng sấy Monforts, máy nhuộm liên tục Monforts; các máy
in lưới quay Stork, máy in lưới phẳng Buser; các máy nhuộm “khí động lực”
(AirThies). Tuy vậy ngành công nghiệp dệt nhuộm vẫn đang là nguồn gây ô nhiễm
môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như chất. Đối với các làng nghề hầu hết công
nghệ cũ kĩ, thủ công, vì vậy, các thành phần thải của quá trình sản xuất dệt nhuộm
đang gây ô nhiễm môi trường. Trong thành phần của nước thải quá trình dệt nhuộm
có các hợp chất hữu cơ được tạo ra từ các chất thải công nghiệp khác nhau, như dược
phẩm, hormone và hóa chất được sử dụng trong các công đoạn nhuộm màu, tẩy trắng:
Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, thuốc tẩy trắng, phenol, hydrocarbon thơm
đa vòng (PAHs), các hợp chất hữu cơ và hetercyclic [18]. Việc xử lý chất thải chứa
chất ô nhiễm hữu cơ, mang màu sắc từ các ngành dệt gây ra là một trong những vấn
đề cấp thiết và là vấn đề đáng quan tâm hiện nay. Màu sắc khó phân hủy của chất
nhuộm gây ra các vấn đề nghiêm trọng đối với tài nguyên nước, bao gồm sự phá hủy
tính chất thẩm mỹ của nước và giảm sự thâm nhập ánh sáng qua bề mặt nước và hoạt
động quang hợp của các sinh vật dưới nước [16].
1.1.1. Chất nhuộm và đặc điểm của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm
Chất nhuộm màu có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Đặc điểm
nổi bật của các loại chất nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi
những điều kiện tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với chất
nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý của chất nhuộm màu trong quá trình dệt nhuộm.
Màu sắc của chất nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: Cấu trúc chất 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 π linh động như >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-...
Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như –SO3H, -COOH, -OH,
NH2..., đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển


năng lượng của hệ điện tử. Phân loại theo cấu trúc hóa học: Đây là cách phân tử loại
dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó chất nhuộm được phân thành 20-30 họ
chất nhuộm khác nhau. Các họ chính là:
Chất nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), đây là họ chất
nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các
chất nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index.
Chất nhuộm antraquinon: Trong phân tử chất nhuộm chứa một hay nhiều
nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó. Họ chất nhuộm này chiếm đến 15% số
lượng chất nhuộm tổng hợp.
Chất nhuộm triaryl metan: Triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó
nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:
Họ chất nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng chất nhuộm.
Chất nhuộm taloxyanin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp
khép kín. Họ chất nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2%
tổng số lượng chất nhuộm.
Phân loại theo đặc tính áp dụng: Đây là cách phân loại các loại chất nhuộm
thương mại đã được thống nhất trên toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điển về chất
nhuộm (Color Index (CI)), trong đó mỗi chất nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học,
đặc điểm về màu sắc và phạm vi sử dụng. Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm
nhiều nhất đến chất nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo, đó là các chất nhuộm hoàn
nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp. Sau đó là các chất nhuộm cho xơ sợi tổng hợp,
len, tơ tằm như: chất nhuộm phân tán, chất nhuộm bazơ (cation), chất nhuộm axit.
Chất nhuộm hoàn nguyên khoảng 80% chất nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm
antraquinon, bao gồm:
Chất nhuộm hoàn nguyên không tan: Là hợp chất màu hữu cơ không tan trong

nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát R=C=O. Trong quá trình
nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong nước nhưng tan trong
kiềm tạo thành layco bazơ. Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch
kiềm thì nó lại trở về dạng layco axit và bị oxy không khí oxy hóa về dạng ban đầu.


Chất nhuộm hoàn nguyên tan: Là muối este sunfonat của hợp chất layco axit
của chất nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy phân trong
môi trường axit và bị oxy hóa về dạng không tan ban đầu.
Chất nhuộm lưu hóa: Chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm
mang màu chất nhuộm có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình khử.
Giống như chất nhuộm hoàn nguyên, chất nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật
liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: Hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxy hóa trở lại.chất
nhuộm phân tán: Đây là loại chất nhuộm hòa tan rất ít trong nước. Xét về mặt hóa
học có đến 59% chất nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc
antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác[11].
Chất nhuộm bazơ – cation: Các chất nhuộm bazơ là các muối clorua, oxalat
hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Các
chất nhuộm bazơ biến tính - phân tử được đặc trưng bởi một điện tích dương không
định vị - gọi là chất nhuộm cation dùng để nhuộm xơ acrylic. Trong các màu chất
nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bố: Azo (43%), metin (17%), triazylmetan
(11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) và 17% các loại khác[11].Chất nhuộm axit:
Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh, xét về cấu tạo hóa học có 79% chất nhuộm
axit azo, 10% là antraquinon, 5% triarylmetan và 6% các loại khác.
Chất nhuộm trực tiếp: Chất nhuộm trực tiếp hay còn gọi là chất nhuộm tự bắt
màu là những hợp chất hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật
liệu như: Xơ xenlulô, giấy, tơ tằm, da và xơ polyamit một cách trực tiếp nhờ các lực
hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Hầu hết chất nhuộm trực tiếp thuộc
về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của đioxazin và ftaloxyanin.

Bảng 1.1. Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng.
Tên nhóm
1

2

3

4

Benzo ánh

Sirius bền

Benzo cuprol

Benzamin

Durazol,fixazol Durazol cupro

Chlorazol

Chlorazol
Columbia

Solamin

Cupracon

Direct

Helion

Diazo

Sirius supra

Benzo cuper

Benzo para

Remastral

Dianin

Solamin –fau

Zambenzi

pontamine

Pomtamin fast

Naftogen

Lurantin

Pontamin cup

Khả năng tự bắt màu của chất nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố dưới
đây: Phân tử chất nhuộm luôn ở trạng thái chưa bão hoà hoá trị và có khả năng thực
hiện các liên kết Van der Waals và liên kết hydro với vật liệu. Phân tử chất nhuộm có
cấu tạo mạch thẳng. Phân tử chất nhuộm phải có cấu tạo phẳng.
Theo cấu tạo hoá học chất nhuộm trực tiếp được chia thành các nhóm sau đây:
Nhóm nhuộm trực tiếp azo, chất nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của đioxazin và chất
nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của ftaloxyanin.
Tính chất của chất nhuộm trực tiếp:
Nhiệt độ nhuộm và độ hấp phụ tối ưu: Chỉ tiêu này được xác định theo mức độ hấp
phụ tối đa của vải bông trong các dung dịch chất nhuộm có nồng độ khác nhau để
nhận được màu có nồng độ trung bình. Nhiệt độ nhuộm tối ưu của chất nhuộm trực
tiếp trong khoảng từ 750C đến 950C tuỳ thuộc vào mỗi màu và mỗi loại vật liệu. Độ
hấp phụ tối ưu được xác định khi nhuộm sợi bông đã làm bóng ở nhiệt độ tối ưu với
dung tỉ bằng 40 khi có mặt 15% muối ăn[10].
Độ bền màu và sự biến sắc: chất nhuộm trực tiếp có ưu điểm là có đủ gam màu từ
vàng đến đen, màu tương đối tươi, song nhiều chất nhuộm trực tiếp kém bền màu với
giặt và ánh sáng. Để nâng cao độ bền màu cho vật liệu nhuộm bằng chất nhuộm trực


tiếp người ta dùng các chế phẩm cầm màu sử dụng phổ biến trong ngành dệt gồm có:
Muối copratin II, muối copratin TS, Sapamin, Sapamin A, Sapamin CH, Sapamin
BCH, Sapamin MS, Sapamin KW.
Phạm vi sử dụng: Do có khả năng tự bắt màu, công nghệ nhuộm đơn giản và
rẻ nên chất nhuộm trực tiếp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Để
nhuộm trong ngành dệt (vải, sợi, bông, hàng dệt kim từ bông, lụa visco, lụa tơ tằm,
sợi polyamit, sợi đay), để nhuộm giấy, nhuộm các sản phẩm từ tre nứa, mành trúc, để
nhuộm da và chế mực viết.
Chất nhuộm màu hoạt tính
Chất nhuộm hoạt tính là chất nhuộm mà có khả năng phản ứng hóa học với
một xơ sợi để tạo thành liên kết cộng hóa trị (covalent bond) giữa chất nhuộm và xơ

sợi. Liên kết hóa trị này được hình thành giữa các phân tử chất nhuộm và nhóm -OH
(hydroxyl) của sợi cellulose hay giữa các phân tử chất nhuộm và các nhóm –NH2
(amin) của sợi polyamide hoặc len.

Hình 1.1. Cấu trúc của chất nhuộm hoạt tính
Chất nhuộm hoạt tính được tổng hợp thành công lần đầu tiên từ những năm
1950, đạt được bởi Rattee và Ste phens thuộc công ty Imperial Chemical Industries .
Tổng hợp thành công trên cơ sở liên kết được các nhóm chlorotriazines như là chất
nền và các nhóm mang màu.
Trichlorotriazines là chất nhuộm hoạt tính tiêu biểu bao gồm một nhóm mang
màu, với một nhóm chức amin được gắn vào vòng triazin, thay thế cho một nguyên
tử clorua:
(NCCl) 3 + nhuộm-NH2 → N3C3Cl2 (NHdye) + HCl
Các dichlorotriazine có thể phản ứng liên kết với các sợi cellulose bằng cách thay thế
một trong hai nhóm clorua:


N3C3Cl2 (NHdye) + HO-cellulose → N3C3Cl (NHdye) (O-cellulose) + HCl
Quá trình gắn màu được thực hiện trong bể nhuộm có môi trường kiềm .
Chất nhuộm hoạt tính sau đó ra được tổng hợp với nhiều đặc điểm ưu thế hơn
về mặt thương mại và kỹ thuật là thêm vào phân tử các nhóm vinylsulfonyl. Cũng
giống như nhóm chlorotriazines, nhóm chức này liên kết thuận lợi hơn với nhóm
hydroxyl của cellulose. Các phiên bản phổ biến nhất của công nghệ này là Remazol.
Các chất nhuộm đầu tiên thuộc nhóm ethylsulfonyl.

Hình 1.2. Cấu trúc chất nhuộm thuộc nhóm ethylsulfonyl
Một số loại chất nhuộm hoạt tính:
- Chất nhuộm nhóm clotriazin: Nhóm này thường là gốc màu azo, antraquinon
và gốc phtaloxyamin. Cầu nối giữa gốc S-R và T-X thường là nhóm –NH–, chỉ khi
dùng phtaloxyanin làm gốc mang màu thì mới dùng cầu nối là nhóm –SO2- hoặc

nhóm –NH-(CH2)2-NH- và một vài nhóm khác.
- Chất nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của primiđin: Những chất nhuộm thuộc
nhóm này thường là dẫn xuất của đi- và triclopirimiđin.
- Chất nhuộm hoạt tính vinysunfon: chất nhuộm hoạt tính vinysunfon thực hiện
Phản ứng kết hợp với xơ sợi. Nhóm phản ứng của chất nhuộm là este của axit sunfuric
và hyđroxyletylsunfon có dạng tổng quát như sau: S-R-SO2-CH2-CH2-O-SO3Na.
Dạng này chưa hoạt động, sau khi hấp phụ vào xơ, trong môi trường kiềm yếu, chất
nhuộm sẽ chuyển về dạng vinylsunfon, làm cho độ phân cực của nguyên tử cacbon
tăng lên nó trở nên hoạt động. Dạng hoạt động mới tạo thành sẽ tham gia vào phản
ứng kết hợp với các nhóm định chức của xơ ở dạng đã ion hoá để tạo thành liên kết
ete giữa chất nhuộm và xơ.


- Chất nhuộm hoạt tính có nhóm phản ứng là 2,3 – đicloquinoxalin: Nhóm chất
nhuộm này có khả năng phản ứng tương tự như chất nhuộm điclotriazin, ái lực của
chất nhuộm với xơ tương tự như chất nhuộm triazin.
- Chất nhuộm hoạt tính chức vòng etylenimin: Loại chất nhuộm này có cấu tạo
hoá học gần giống chất nhuộm remazol. Trong quá trình nhuộm trong phân tử chất
nhuộm xuất hiện vòng etylenimin kém bền, dễ tham gia phản ứng với nhóm chức của
xơ.
- Chất nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của 2-clobenthiazol: Nhóm phản ứng của
chất nhuộm loại này là 2-clobenthiazol có công thức chung như sau:

N

Cl

S
Trong mạch dị vòng này, ngoài nguyên tử cacbon và nitơ còn có nguyên tử
lưu huỳnh.

1.1.2. Xỉ sắt.
Xỉ sắt là chất thải được sinh ra trong quá trình luyện thép từ các tạp chất khi
đưa vào lò luyện như: Các chất lẫn trong nguyên, nhiên vật liệu (đất, cát...) của quặng
sắt; nguyên liệu kim loại bị oxi hóa tạo thành các oxít; tường lò bị ăn mòn trong điều
kiện nhiệt độ cao và tro của nhiên liệu đốt lò. Thành phần hóa học của xỉ thép bao
gồm nhiều loại oxít khác nhau như: CaO, MgO, MnO, FeO, Nio, SiO2, P2O5. Ngoài
ra còn có các hợp chất khác như: CaS, FeS, CaS2... Như vậy, thành phần của xỉ thép
phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào, các chất được sử dụng trong quá trình luyện thép
và công nghệ luyện thép.
Hiện nay ở nước ta, có hơn 30 nhà máy luyện thép đang hoạt động và nhiều
nhà máy khác đang trong giai đoạn xây dựng hoặc lập dự án. Sản lượng thép ở Việt
Nam năm 2017 khoảng 21,062 triệu tấn/năm [7]. Lượng xỉ thải ra từ các nhà máy
thông thường chiếm từ 11% - 12% khối lượng phôi đầu vào [30]. Như vậy, mỗi năm,


lượng xỉ thải ra từ các nhà máy luyện thép trên cả nước sẽ lên đến 1 - 1,5 triệu tấn.
Lượng xỉ này tương ứng với thể tích khoảng 300.000 - 500.000m3. Tuy nhiên, ở Việt
Nam, xỉ thép đang được xem là chất thải công nghiệp thuần túy và nó phải được xử
lý như một dạng chất thải. Điều này sẽ gây ra các ảnh hưởng tiêu cực khác nhau, bao
gồm việc chiếm đất và tốn chi phí cho việc chôn cất xỉ thép, đồng thời tác động xấu
đến môi trường đất xung quanh khu vực xử lý xỉ thép [25].
1.2. Các phương pháp xử lý chất nhuộm màu hiện nay
1.2.1. Phương pháp hóa lí
Các phương pháp hóa lí được sử dụng phổ biến để xử lý màu của chất nhuộm
màu dệt nhuộm bao gồm: Màng lọc, trao đổi ion, hấp phụ với cacbon, chiếu xạ và
đông - keo tụ. Các phương pháp này đã được áp dụng thành công để thu hồi các phân
tử có khối lượng lớn và chất nhuộm không hòa tan (ví dụ: Chất nhuộm phân tán), hóa
chất phụ trợ (polyvinyl alcohol) và nước [19][20]. Tuy nhiên, không loại bỏ được các
phân tử có khối lượng thấp và chất nhuộm hòa tan, nhưng đạt được hiệu quả bằng
cách lọc nano và thẩm thấu ngược [21][22]. Liên quan đến trao đổi ion, Mock và

Hamodua [23] báo cáo rằng một hệ thống trao đổi ion sẽ làm giảm màu trong một
mẫu nước thải khi được pha loãng. Tuy nhiên, bởi vì các chất màu nhanh chóng làm
mất khả năng hấp phụ và khó khăn trong phục hồi vật liệu hấp phụ nên công nghệ
này dường như không hiệu quả [38] Robinson và cộng sự cũng ghi nhận rằng trao đổi
ion không thể được sử dụng để xử lý chất nhuộm chủ yếu là do chi phí bất lợi và thiếu
hiệu quả đặc biệt với chất nhuộm phân tán."Quá trình đông keo tụ là một phương
pháp linh hoạt được sử dụng hoặc một mình hoặc kết hợp với xử lý sinh học để loại
bỏ chất rắn lơ lửng và hữu cơ cũng như loại bỏ màu trong nước thải công nghiệp dệt
nhuộm [25]. Các hợp chất được sử dụng rộng rãi cho quá trình đông keo tụ như nhôm,
sulphate màu, sulphatevà clorua sắt [26]. Hấp phụ là một trong các phương pháp hiệu
quả và vật liệu hấp phụ chính được sử dụng trong loại bỏ chất nhuộm là than hoạt
tính. Than hoạt tính thường được sử dụng để loại bỏ chất nhuộm tổng hợp. Nhược
điểm chính của hấp phụ bằng than hoạt tính là phương pháp tái sinh chi phí cao. Hơn
nữa, màu của nước thải từ chất nhuộm mới hiện nay là rất khó xử lý bằng các kỹ thuật
vật lý như hấp phụ và hóa chất đông tụ, đặc biệt là đối với các chất nhuộm hòa tan


cao [27]. Mặt khác, các phương pháp như đông - keo tụ và hấp phụ cacbon chỉ có thể
chuyển các chất gây ô nhiễm sang một trong những giai đoạn xử lý khác để lại vấn
đề màu sắc trong nước thải dệt nhuộm cơ bản chưa được giải quyết. Do đó, nhiều ý
kiến đã yêu cầu phát triển kỹ thuật xử lý nước phải dẫn đến hoàn tất việc phá hủy các
phân tử chất nhuộm [28].
1.2.2. Phương pháp sinh học
Cơ sở của phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các
hợp chất hữu cơ trong nước thải. Phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao trong xử lý
nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH, nhiệt độ, chủng vi sinh
thích hợp và không chứa các chất độc làm ức chế vi sinh. Xử lý sinh học hiếu khí
không đạt hiệu quả trong việc làm giảm màu sắc gây ra bởi các chất màu hữu cơ.
Chất nhuộm nói chung tồn tại khả năng chống phân hủy sinh học và tạo môi trường
không thuận lợi cho sự thích nghi của các vi sinh vật. Môi trường thích nghi cho vi

sinh vật là một vấn đề với nước thải dệt nhuộm do sự thay đổi sản phẩm liên tục và
hoạt động nhuộm hàng loạt. "Tùy thuộc vào quá trình nhuộm, hóa chất như: Kim loại,
muối, chất hoạt động bề mặt, chất trợ, sunfua và formaldehyde có thể được thêm vào
để cải thiện sự hấp phụ chất nhuộm vào các xơ sợi”[29]. Những hóa chất này có chứa
độc tố tự nhiên và làm giảm hiệu quả xử lý sinh học trong việc loại bỏ màu nước thải
dệt nhuộm. Việc xử lý và xử lý an toàn chất thải hữu cơ độc hại được chấp nhận với
môi trường và với chi phí hợp lý. Quá trình sinh học không cho kết quả mong muốn,
đặc biệt là áp dụng cho việc xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm, bởi vì nhiều chất
hữu cơ được sản xuất bởi các hóa chất có tính chất ức chế, độc hại, có khả năng chịu
xử lý sinh học. Do đó xử lý sinh học trong việc loại bỏ các chất nhuộm từ sản xuất
dệt nhuộm đòi hỏi sự tham gia của các phương pháp hóa lý khác [30]. "Các phương
pháp vật lý và hóa học có hiệu quả hơn để loại bỏ màu, nhưng sử dụng nhiều năng
lượng và hóa chất hơn so với quá trình sinh học” [31]. Vì vậy, xu hướng trong những
năm gần đây là việc sử dụng các công nghệ thay thế, đặc biệt là quá trình oxy hóa
tiên tiến cho việc loại bỏ các màu chất nhuộm không phân huỷ sinh học hữu cơ [32]


1.2.3. Phương pháp hóa học
Trong xử lý nước thải dệt nhuộm, các phương pháp xử lý hóa học được cho là
hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp khác trong việc phá vỡ, cấu trúc thẳng và
không bão hòa của các phân tử chất nhuộm [33]. Khả năng oxy hóa của các tác nhân
oxy hóa được thể hiện qua thế oxy hóa và được sắp xếp theo thứ tự trong bảng dưới
đây:
Bảng 1.2. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa
Tác nhân oxy hóa

Thế oxy hóa (V)

Iod

0,54

Brom

1,09

Clo

1,36

Hypoiodic acid

1,45

Hypocloric axit

1,49

Chlorine dioxyde

1,57

Hydrobromic axit

1,59

Permanganat

1,68

Hydrogen peroxyt

1,78

ôzôn

2,07

Gốc hydroxyl

2,80
“Nguồn: Zhou, H. and Smith, D.H., 2001”

Clo (Cl2): Clo là chất oxy hoá hoá học tốt được sử dụng để khử Fe2+ trong
nước ngầm hoặc nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý. Vì clo là chất oxy hoá
tương đối mạnh, rẻ tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý
nước và nước thải cho đến ngày nay. Tuy được đánh giá cao về hiệu quả xử lý màu
nhưng khi sử dụng ở nồng độ cao để khử màu sẽ để lại dư lượng clo lớn trong nước
thải. Nó có thể khử màu nhanh chất nhuộm axit và chất nhuộm hoạt tính. Với chất
nhuộm phân tán và chất nhuộm trực tiếp thì ngay ở nồng độ clo cao cũng không thu
được hiệu quả đáng kể. Nhìn chung, clo không được ưa thích trong xử lý màu nước
thải vì sinh ra các hợp chất cơ clo gây ung thư và độc hại với môi trường.


Kali permanganat (KMnO4): Kali permanganat là chất oxy hoá được sử
dụng rộng rãi trong xử lý nước. Đó là chất oxy hoá mạnh hơn clo, có thể làm việc
trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền. Nhược điểm đáng kể của Kali pecmanganat
khi sử dụng trong xử lý nước là tạo ra mangan dioxyt trong quá trình oxy hoá, chất
này kết tủa và do vậy phải tách ra bằng cách lọc hoặc lắng, làm phát sinh thêm chi
phí.

Hydrogen peroxyt (H2O2): Hydrogen peroxyt là chất oxy hoá mạnh hơn clo
và Kalipermanganat, được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải để phân huỷ các
chất hữu cơ và khử màu nước thải. Ưu điểm của hydrogen peroxyt là không sinh ra
chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử dụng. Tuy vậy, khả năng oxy hoá của
hydrogen peroxyt không đủ mạnh để khoáng hoá hoàn toàn chất ô nhiễm hữu cơ như
yêu cầu đòi hỏi.
Ôzôn (O3): ôzôn là một dạng thù hình của oxy, trong phân tử ôzôn chứa ba
nguyên tử oxy thay vì hai nguyên tử oxy như khí oxy thông thường. Trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ôzôn là một chất khí có màu xanh nhạt. Ôzôn hóa lỏng
màu xanh thẫm ở -112°C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193°C. Ôzôn có tính oxy
hóa mạnh rất mạnh và mạnh hơn rất nhiều lần so với ôxy, do nó không bền, dễ dàng
bị phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử. Ôzôn đóng vai trò rất quan trọng
trong các phản ứng oxy hóa nâng cao. Trong các phản ứng oxy hóa nâng cao, ôzôn
có thể kết hợp với H2O2, ánh sáng tử ngoại (ánh sáng năng lượng cao) hoặc cả hai để
tạo nên các gốc hydroxyl (*HO) hoạt động.
Bảng 1.3. Một số phản ứng tạo ra gốc hydroxyl của ôzôn
H2O2và O3

H2O2+ 2O3

-------> 2*HO + 3O2

O3 và năng lượng

O3 + H2O------> 2*HO

photon UV

(om= 253,7 nm)

H2O2/O3 và năng

H2O2+O3 + H2O ----------> 4*HO + O2

lượng photon UV

(om= 253,7 nm)

Còn gọi là Peroxon

Quá trình UV/O3

UV/H2O2+ O3


Một trong những ứng dụng của ôzôn trong vai trò là phản ứng oxy hóa nâng
cao có thể kể đến là xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước thải.
Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trước hết là hợp chất hữu cơ và những chất
tồn tại dai dẳng và khó bị phân hủy bởi các chủng vi sinh vật hiện diện trong nước.
Các hợp chất hữu cơ này có thể là các axit humic, axit fulvit, mỡ, da động vật,…
Ôzôn là chất oxy hoá mạnh nhất trong số các chất oxy hoá thông dụng kể trên, được
sử dụng để khử trùng, phân huỷ các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải ngành
giấy hoặc dệt nhuộm [35], khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh hoạt.
Ưu điểm của ôzôn là tự phân huỷ, không để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm trong
nước sau khi phản ứng [36]. Ôzôn có thể oxy hóa chất nhuộm trong nước thải mà
không sinh ra các hợp chất hữu cơ thứ cấp độc hại. pH < 5, ôzôn tồn tại ở dạng O3 và
oxy hóa chọn lọc nối đôi trong chất nhuộm. pH > 8, ôzôn phân hủy tạo gốc tự do
*OH phản ứng không chọn lọc với các chất hữu cơ [27]. Ôzôn có hiệu quả nhất trong
loại bỏ chất nhuộm hoạt tính.Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là ở giá
thành cao và thời gian tồn tại của ôzôn ngắn, chi phí cho thiết bị tạo ôzôn cao.

Các quá trình oxy hóa nâng cao
Quá trình oxy hóa nâng cao được đặc trưng bởi sản xuất của các gốc *OH
được tạo ra ngay trong quá trình xư lý gốc hydroxyl (*HO) là một tác nhân oxy hóa
maṇh nhất trong số các tác nhân oxy hóa được biết tới từ trước đến nay, có khả năng
phản ứng nhanh mạnh, có thể phân hủy được hầu hết các hợp chất hữu cơ [37]. Thế
oxy hóa của gốc hydroxyl *HO là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa
thường găp.
Thế oxy hóa của tác nhân càng lớn thì khả năng oxy hóa của tác nhân đó càng
cao.
Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện. Mặt khác, các gốc này không
tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong
quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưng liên tục
được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng.


Phân loại: Theo cơ quan bảo vê ̣môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính
của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có
thể phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm:
- Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng
Bảng 1.4. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng.
Tác nhân phản ứng
H2O2và Fe2+

Phản ứng đặc trưng
H2O2+Fe2+

Tên quá trình

Fe3++OH- +*HO

Fenton

H2O2và O3

H2O2+ 2O3

2*HO + 3O2

Peroxon

O3 và các chất xúc tác

3O3+H2O

2*HO+4O2

Catazon

H2O và NL điêṇ hóa

H2 O

H2O và NL siêu âm
H2O và năng lượng cao

H2O*
H2 O

*HO + *H

Oxy hóa điêṇ hóa

HO+*H (20-40 kHz)
*HO +*H ( 1-10 Mev)

Siêu âm
Bức xa ṇ ăng
lượng cao

Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình
không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng.
- Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng: Các quá trình oxy
hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ năng lượng bức xạ tia cực
tím UV, bao gồm các quá trình.
Bảng 1.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng.
Tác nhân phản
ứng
H2O2và năng lượng
photon UV

Phản ứng đặc trưng
H2 O2

2*HO ( = 220 nm)

O3 và năng lượng
photon UV

O3 + H 2 O

H2O2/O3 và năng
lượng photon UV

H2O2+O3 + H2O
4*HO + O2(
= 253,7 nm)

H2O2/Fe3+ và năng
lượng photon UV
TiO2 và năng lượng
photon UV

Fe3++H2O
Fe2+ + H2O2

2*HO( = 253,7 nm)

*HO +Fe2++ H+
Fe3++ OH- +*HO

TiO2
e- + h+(> 387,5 nm)
h++ H2O
*HO + H+

Tên quá trình
UV/H2O2
UV/O3
UV/H2O2 + O3
Quang Fenton