Nghiên cứu biến tính bã mía bằng axit maleic làm chất hấp phụ methylene xanh và ion cadimi cd2+ trong dung dịch nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

VÕ THỊ HỒNG LIÊN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BÃ MÍA BẰNG AXIT MALEIC LÀM
CHẤT HẤP PHỤ METHYLENE XANH VÀ ION CADIMI CD2+
TRONG DUNG DỊCH NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HOÁ HỌC

ĐÀ NẴNG, NĂM 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

VÕ THỊ HỒNG LIÊN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BÃ MÍA BẰNG AXIT MALEIC LÀM
CHẤT HẤP PHỤ METHYLENE XANH VÀ ION CADIMI CD2+
TRONG DUNG DỊCH NƢỚC

Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ
Mã số: 8 44 01 14
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÓA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. BÙI XUÂN VỮNG

ĐÀ NẴNG, NĂM 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kì công trình nào khác.
Tác giả

Võ Thị Hồng Liên


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm khoá luận tốt nghiệp, với lòng biết ơn sâu sắc
em xin đƣợc gởi đến thầy giáo - TS Bùi Xuân Vững lời cảm ơn chân thành
nhất. Vì với sự giúp đỡ, hƣớng dẫn tận tình của thầy từ khi mới hình thành ý
tƣởng cho đến lúc hoàn thành luận văn.
Em cũng xin đƣợc cảm ơn các thầy, cô giáo giảng dạy bộ môn và các
thầy, cô giáo công tác tại phòng thí nghiệm khoa Hoá – trƣờng Đại học Sƣ
phạm Đà Nẵng đã truyền đạt kiến thức, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em
trong 2 năm học tập và nghiên cứu tại trƣờng.
Cuối cùng, em xin đƣợc cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh động
viên, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN ........................................................ Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................0
DANH MỤC CÁC BẢNG ..........................................................................................1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................2
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu...........................................................................................2
3.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................2
5. Bố cục luận văn .......................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................4
1.1. SƠ LƢỢC VỀ THUỐC NHUỘM .......................................................................4
1.1.1. Định nghĩa và phân loại thuốc nhuộm ..................................................4
1.1.2. Tình trạng ô nhiễm do nƣớc thải dệt nhuộm ở nƣớc ta .........................5
1.1.3. Tình trạng ô nhiễm nƣớc do kim loại nặng ở nƣớc ta ...........................6
1.1.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp .......................6
1.1.5. Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm và kim loại
nặng ............................................................................................................................7
1.2. TỔNG QUAN VỀ METYLEN XANH VÀ ION KIM LOẠI NẶNG Cd(II) .....8
1.2.1. Metylen xanh .........................................................................................8
1.2.2. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cd(II) ...........................................9
1.3. GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ .................................................10
1.3.1. Hiện tƣợng hấp phụ .............................................................................10
1.3.2. Dung lƣợng hấp phụ cân bằng ............................................................13

1.3.3. Hiệu suất hấp phụ ................................................................................13
1.4. GIỚI THIỆU VỀ VLHP BÃ MÍA .....................................................................18
1.4.1. Tổng quan bã mía tại Việt Nam ..........................................................18
1.4.2. Thành phần trong bã mía.....................................................................19
1.4.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trƣờng
trên thế giới và tại Việt Nam ....................................................................................19
1.4.4. Một số nghiên cứu khả năng hấp phụ của metylen xanh và ion cadimi
Cd(II) các VLHP khác..............................................................................................21
1.5. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU ..........23
1.5.1.Phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR..........................................................23
1.5.2. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ...........................................24
1.5.3. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS .........................................25
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................26
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HOÁ CHẤT ................................................26
2.1.1. Nguyên liệu .........................................................................................26
2.1.2. Dụng cụ và hóa chất ............................................................................26
2.2. CHUẨN BỊ CÁC DUNG DỊCH ........................................................................27
2.2.1. Dung dịch metylen xanh (MB) ...........................................................27
2.2.2. Dung dịch Cd(II) .................................................................................27
2.3. CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ .....................................................................27
2.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu ..........................................................................27
2.3.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) ........................................................28
2.3.3. Một số đặc trƣng cấu trúc của các VLHP ...........................................30
2.3.4. Dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ của metylen xanh ....................31
2.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
CỦA VLHP ...............................................................................................................31
2.4.1. Đối với MB .........................................................................................31
2.4.2. Đối với Cd(II)......................................................................................32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................34

3.1. CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ .....................................................................34
3.2. KHẢO SÁT ĐẶC TRƢNG CẤU TRÚC CỦA.................................................34
3.2.1. Kết quả đo ảnh SEM ...........................................................................34
3.2.2. Phổ hồng ngoại IR ...............................................................................36
3.3. DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ METYLEN XANH ........39
3.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
CỦA VLHP ...............................................................................................................40
3.4.1. Đối với MB...........................................................................................40
3.4.2. Đối với Cd(II) .................................................................................................45
3.5. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ĐỘ HẤP PHỤ CỰC ĐẠI VÀ HẰNG SỐ HẤP PHỤ
THEO MÔ HÌNH HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT CỦA LANGMUIR VÀ
FREUNDLICH ........................................................................................................51
3.5.1. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .......................................................51
3.5.2. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ............................................54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................57
A. KẾT LUẬN ..........................................................................................................57
B. KIẾN NGHỊ ..........................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................59
PHỤ LỤC ...................................................................................................................1


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VLHP

Vật liệu hấp phụ

MB

Methylen xanh

AAP

Aminoantipyrine

FT-IR

Fourier transform infrared spectroscopy

GOD

Glucose oxidase

TEM

Transmission Electron Microscopy

UV-Vis

Ultra Violet-Visible


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may ..............6
Bảng 1. 2. Thành phần hoá học của bã mía ...........................................................19
Bảng 2. 1. Các loại hoá chất chính sử dụng trong luận văn ...................................26
Bảng 3. 1. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB .............................39
Bảng 3. 2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với MB ..........41

Bảng 3. 3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với Cd(II) .....45
Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của VLHPđối với MB .42
Bảng 3. 5. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với
Cd(II) .........................................................................................................................43
Bảng 3. 6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ
của VLHP đối với MB ...............................................................................................44
Bảng 3. 7. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ của VLHP đối
với Cd(II) ...................................................................................................................49
Bảng 3.8. Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

51

Bảng 3.9. Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir b ..............................54
Bảng 3.10. Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich đối với MB và
Cd(II) .........................................................................................................................54
Bảng 3.11. Các hằng số theo mô hình hấp phụ của Freundlich ...............................56


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1. Công thức cấu tạo của metylen xanh .........................................................8
Hình 1. 2. Công thức cấu tạo cation MB+ ..................................................................9
Hình 2. 1. Bã mía thô ban đầu ................................................................................... 28
Hình 2. 2. Bã mía chƣa đƣợc biến tính .....................................................................29
Hình 2. 3. Bã mía đã biến tính bằng axit maleic .......................................................29
Hình 2. 4. Quy trình chế tạo VLHP từ bã mía ..........................................................30
Hình 3. 1. Dung dịch hỗn hợp bã mía, anhydric maleic và pyridin ......................... 34
Hình 3. 2. Ảnh SEM của VLPH từ bã mía chưa biến tính ........................................35
Hình 3. 3. Ảnh SEM của VLPH từ bã mía đã biến tính ............................................35
Hình 3. 4. Phổ hồng ngoại IR của nguyên liệu .........................................................36
Hình 3. 5. Phổ hồng ngoại IR của VLHP ..................................................................37

Hình 3. 6. Chồng phổ IR của nguyên liệu và VLHP .................................................38
Hình 3. 7. Đường chuẩn xác định nồng độ MB ........................................................40
Hình 3. 8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của VLHP đối với
MB .............................................................................................................................41
Hình 3. 9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của VLHP đối với
Cd(II) .........................................................................................................................46
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ của VLHP đối
với MB .......................................................................................................................43
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của
VLHP đối với Cd(II) ..................................................................................................48
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ
của VLHP đối với MB ...............................................................................................44
Hình 3. 13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ
của VLHP đối với Cd(II) ...........................................................................................50
Hình 3.14. Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir đối với MB và Cd(II) 52
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của MB và Cd(II) ....53


Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của logq vào logCcb trong quá trình hấp
phụ MB và Cd(II) của VLHP ....................................................................................55


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngành dệt nhuộm nƣớc ta đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, tạo ra
nhiều sản phẩm đa dạng, đa màu sắc, chất lƣợng cao đáp ứng nhu cầu ngày càng
tăng và đa dạng của thị trƣờng. Ngành dệt nhuộm cũng thu hút nhiều lao động, thúc
đẩy tăng trƣởng nhanh kim ngạch xuất khẩu cho đất nƣớc. Tuy nhiên, việc loại bỏ

thuốc nhuộm từ nƣớc thải để giảm ô nhiễm nguồn nƣớc là một thực tế cần có giải
pháp xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết.
Nƣớc thải từ các ngành công nghiệp nhƣ thuốc nhuộm, thuộc da, dệt may,
giấy và plastic, có chứa nhiều loại thuốc nhuộm tổng hợp. Hiện có hơn 100.000
thuốc nhuộm thƣơng mại có sẵn và hơn 7 105 tấn thuốc nhuộm đƣợc sản xuất trên
toàn thế giới hàng năm. Các nghiên cứu gần đây cho thấy khoảng 12% thuốc nhuộm
tổng hợp bị mất trong quá trình sản xuất và hoàn tất sản phẩm và 20% phẩm màu đi
vào môi trƣờng từ các nhà máy xử lý nƣớc thải công nghiệp. Nƣớc thải từ các
ngành công nghiệp này có màu sắc cao và sự giải phóng các hiệu ứng này trong
nƣớc tự nhiên sẽ gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho môi trƣờng. Thuốc nhuộm là các
hợp chất hữu cơ với cấu trúc phức hợp hóa học ổn định cho ánh sáng, nhiệt, các
chất oxy hoá. Nhiều thuốc nhuộm cũng độc hại và thậm chí gây ung thƣ hay ảnh
hƣởng đến sinh vật thủy sinh. Các nghiên cứu cho thấy các thuốc nhuộm azo và các
sản phẩm phụ của chúng có thể gây ung thƣ và hoặc gây đột biến. Trong nghiên cứu
hiện tại, hai thuốc nhuộm đƣợc nghiên cứu là thuốc nhuộm cation, methylene blue
(MB) và gentian violet (GV). MB là chất đƣợc sử dụng phổ biến nhất cho nhuộm
sợi tự nhiên nhƣ bông hoặc tơ tằm. Nó có thể gây bỏng mắt do tiếp xúc trực tiếp và
buồn nôn, nôn mửa, đổ mồ hôi nhiều, rối loạn tâm thần qua đƣờng ăn uống.
Ngày nay tình trạng suy thoái nƣớc và ô nhiễm nguồn nƣớc đang phổ biến
không chỉ ở nông thôn mà còn ở các khu vực đô thị cũng nhƣ các thành phố lớn.
Bên cạnh chất thải do thuốc nhuộm gây ra thì không ít nguồn nƣớc do tác động của


2

con ngƣời đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gây
bệnh, nhất là các chất độc hại nhƣ kim loại nặng. Cadimi là một trong những kim
loại nặng độc hại nhất đe dọa môi trƣờng. Cadimi xâm nhập vào môi trƣờng qua
nƣớc thải và phát tán ô nhiễm do xâm nhiễm từ phân bón... Cadimi là kim loại nặng
bền trong tự nhiên, gây độc khi ở nồng độ thấp có thể gây rối loạn chức năng thận

cho ngƣời lớn, nhuyễn xƣơng và sinh sản kém. Vì vậy, việc loại bỏ thuốc nhuộm và
kim loại nặng từ nƣớc thải rất quan trọng. Trong số các phƣơng pháp đƣợc sử dụng,
hấp phụ là một trong những phƣơng pháp hiệu quả nhất. Bã mía là một chất hỗ trợ
tuyệt vời bởi vì nó không đắt tiền so với các chất khác nhƣ bột giấy xenluloza, nhựa
epoxy, chitosan, và các loại polyme tổng hợp.
Đó là lý do chọn đề tài: “nghiên cứu biến tính bã mía bằng axit maleic
làm chất hấp phụ methylene xanh và ion cadimi cd2+ trong dung dịch nƣớc”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng bã mía gắn axit maleic làm chất hấp phụ để loại methylene xanh và
ion cadimi Cd2+ trong dung dịch nƣớc.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Bã mía gắn axit maleic làm chất hấp phụ loại methylene xanh và ion Cd2+.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng bã mía gắn axit maleic làm chất hấp phụ để loại
methylene xanh và ion cadimi Cd2+ trong dung dịch nƣớc.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ methylene xanh và ion cadimi
Cd2+ trong dung dịch nƣớc.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
+ Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
Thu thập, tổng hợp các tài liệu, thông tin liên quan đến lực vực nghiên cứu
của đề tài: biến tính bã mía bằng axit maleic, hấp phụ methylene xanh và cd2+ bằng


3

bã mía trong dung dịch nƣớc…. để tổng quan tình hình nghiên cứu, từ đó xây dựng
ý tƣởng cho nghiên cứu.
+ Phƣơng pháp thực nghiệm
- Phƣơng pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

- Phƣơng pháp este hóa
- Phƣơng pháp hấp phụ
- Phƣơng pháp đo quang
+ Phƣơng pháp phân tích vật lý
Phân tích các đặc trƣng của vật liệu đã tổng hợp:
- Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM): Nghiên cứu bề mặt của vật liệu.
- Phổ hồng ngoại IR: Chứng minh sự hình thành các liên kết và nhóm chức khi biến
tính bã mía bằng axit maleic.
5. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu (03 trang, trang 1 - 3), kết luận và kiến nghị (02 trang,
trang 59 - 60), và 50 tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 3 phần:
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU (Trang 4 - 26)
Chƣơng 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (Trang 27
- 34)
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (Trang 35 - 58)


4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. SƠ LƢỢC VỀ THUỐC NHUỘM
1.1.1. Định nghĩa và phân loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất
định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt
trong những điều kiện quy định (tính gắn màu) [1].
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay, con
ngƣời hầu nhƣ 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 đƣợc là do cấu trúc hóa học. Một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm

bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu.
Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ electron π
không cố định nhƣ:

> C = C <, > C = N -, - N = N -, - NO2, …

Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận electron nhƣ: - NH2, COOH, - SO3H, - OH, … đóng vai trò tăng cƣờng của nhóm mang màu bằng cách
dịch chuyển năng lƣợng của hệ electron [1].
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi
sử dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng đƣợc phân loại thành các
họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
Phân loại theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm
antraquinon, thuốc nhuộm inđizo, thuốc nhuộm phenazin, thuốc nhuộm
triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [2].
Phân loại theo đặc tính áp dụng: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm
lƣu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation,
thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [2].
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ
hơn về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của đề tài.


5

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)
[3].
Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát
Ar─SO3Na. Khi hoà tan trong nƣớc nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và
bắt màu vào sợi. Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo.
Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, bông cầm màu

bằng tananh. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ chúng dễ
tan trong nƣớc cho cation mang màu. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp
hoá học đƣợc phân bố: azo (43%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antraquinon
(5%) và các loại khác.
Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan trong
nƣớc 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 dƣơng của vật liệu.
Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu tơ sợi protein (len, tơ tằm,
polyamit) trong môi trƣờng 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 [3].
1.1.2. Tình trạng ô nhiễm do nƣớc thải dệt nhuộm ở nƣớc ta
Hiện nay, sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp ở các làng nghề đạt
đƣợc những thành tựu đáng kể nhƣng do công nghệ lạc hậu, quy mô nhỏ lẻ nên
chƣa xử lý đƣợc chất thải sau quá trình sản xuất dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
nghiêm trọng ảnh hƣởng tới sức khỏe cộng đồng. Các vấn đề về sự ô nhiễm môi
trƣờng dƣới sự tác động của ngành công nghiệp dệt nhuộm đã gia tăng trong nhiều
năm qua. Các quá trình tẩy nhuộm có tỷ lệ mất mát chất tẩy nhuộm cao. Nguyên
nhân của việc mất mát chất tẩy, nhuộm là do các chất này không bám dính hết vào


6

sợi vải, số phẩm nhuộm này sẽ đi theo đƣờng nƣớc thải ra ngoài. Vì vậy, việc xử lý
nƣớc thải dệt nhuộm là vấn đề cần đƣợc quan tâm nghiên cứu.
1.1.3. Tình trạng ô nhiễm nƣớc do kim loại nặng ở nƣớc ta
Hiện nay, với quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa, cùng với sự phát
triển không ngừng của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ nhƣ y tế, du
lịch, thƣơng mại... ở nƣớc ta đã làm cho môi trƣờng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Đặc

biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đang là một trong những vấn đề cấp thiết bởi
những tác động tiêu cực mà nó gây nên, sự tích tụ các kim loại nặng trong nƣớc
ngoài gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, còn ảnh hƣởng đến đời sống của thủy sinh vật,
gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời qua chuỗi thức ăn... Trong những năm gần
đây, ở Việt Nam, các nghiên cứu cho thấy kim loại nặng tập trung ở vùng đô thị,
vùng nông nghiệp, các thủy vực và các lƣu vực sông.
Theo đánh giá của các công trình nghiên cứu thì hầu hết các sông, hồ ở các
tỉnh, thành phố nhƣ Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, khu vực Bình Dƣơng, Đồng
Nai, Thái Nguyên nồng độ kim loại nặng đều vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến
4 lần. Có thể kể đến các sông ở Hà Nội nhƣ sông Tô Lịch, sông Nhuệ, ở Thành phố
Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc,.. Ở Thái Nguyên, ô nhiễm sông
Cầu, Bình Dƣơng ô nhiễm kênh Ba Bò, sông Đồng Nai. Ở Hải Phòng, ô nhiễm nặng
ở khu nhà máy xi măng, nhà máy thủy tinh và sắt tráng men… Nƣớc sông bị ô
nhiễm ảnh hƣởng đến môi trƣờng sống của các sinh vật thủy sinh và sức khỏe của
con ngƣời. Vì vậy, việc xử lý nƣớc thải ngay tại các nhà máy, xí nghiệp, xử lý tập
trung trong khu công nghiệp là điều rất cần thiết và đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ,
thƣờng xuyên của các cơ quan chức năng.
1.1.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp dệt may đƣợc trình
bày trong bảng 1.1 [13].
Bảng 1. 1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may


7

Giới hạn theo TCVN 2008
TT

Thông số

Đơn vị

A

B

1

Độ màu

Pt - Co

50

150

2

Độ pH

-

6-9

5,5 - 9

3

BOD5 (ở 20oC)

mg/L

30

50

4

COD

mg/L

75

150

Trong đó:
Cột A quy định giá trị giới hạn của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải
công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.
Cột B quy định giá trị giới hạn của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải
công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc không dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.
Nhƣ vậy, nƣớc thải công nghiệp nói chung và nƣớc thải ngành dệt nhuộm
nói riêng, để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trƣờng sinh thái cần tuân thủ
nghiêm ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trƣờng có mặt trong nƣớc
thải.
1.1.5. Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm và kim
loại nặng
Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trong các
ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao su, mỹ phẩm.... do dễ sử dụng, giá thành rẻ,
màu sắc đa dạng so với màu tự nhiên. Tuy nhiên, hầu hết các thuốc nhuộm sử

dụng trong ngành công nghiệp dệt may đều có độ độc tính cho môi trƣờng sống
trong nƣớc. Mặt khác, các chất hoạt động bề mặt và các hợp chất liên quan, chẳng
hạn nhƣ bột giặt, các chất nhũ hóa, các chất phân tán đƣợc sử dụng trong hầu hết
các công đoạn của mỗi quy trình gia công và cũng có thể là một trong những nguồn
quan trọng tạo độc tính cho môi trƣờng nƣớc.


8

Công nghiệp sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm sử dụng hóa chất có chứa
kim loại nặng Cadimi. Cadimi là kim loại có nhiều trong tự nhiên thƣờng đƣợc sử
dụng trong các pigment để in vật liệu dệt đặc biệt là các pigment màu đỏ, vàng, màu
cam, màu xanh lá cây và đƣợc sử dụng là tác nhân nhuộm màu cho vật liệu da, dệt
và sản phẩm plastic. Hiện nay, một số cơ sở sản xuất đang thải trực tiếp nƣớc thải ra
ngoài môi trƣờng làm ô nhiễm sông ngòi, chết các sinh vật thủy sinh, ảnh hƣởng
đến kinh tế và sức khỏe của con ngƣời quanh khu vực phát thải. Vì vậy, việc xử lý
nƣớc thải sơn, mực, thuốc nhuộm là vô cùng cần thiết.
1.2. TỔNG QUAN VỀ METYLEN XANH VÀ ION KIM LOẠI NẶNG Cd(II)
1.2.1. Metylen xanh
Metylen xanh là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác nhƣ:
tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, methylthioninium chloride,
glutylene, có công thức phân tử là: C16H18N3SCl.
Công thức cấu tạo của metylen xanh nhƣ sau:

Hình 1. 1. Công thức cấu tạo của metylen xanh
Metylen xanh có phân tử khối là 319,85 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy là: 100 110°C. Khi tồn tại dƣới dạng ngậm nƣớc (C16H18N3SCl.3H2O) trong điều kiện tự
nhiên, khối lƣợng phân tử của metylen xanh là 373,9 g/mol.
Metylen xanh là một chất màu thuộc họ thiozin, phân ly dƣới dạng cation
MB+ là C16H18N3S+

9

Hình 1. 2. Công thức cấu tạo cation MB+
Metylen xanh có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử bị oxy hóa và bị
khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào

Metylen xanh là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, là hóa chất đƣợc sử dụng
rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in. Metylen xanh bị
hấp thụ rất mạnh bởi các loại đất khác nhau. Trong môi trƣờng nƣớc, metylen xanh
bị hấp thu vào vật chất lơ lửng và bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi ra
ngoài môi trƣờng nƣớc ở bề mặt nƣớc. Nếu thải metylen xanh vào trong không khí,
nó sẽ tồn tại cả ở dạng hơi và bụi lơ lửng.
1.2.2. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cd(II)
a. Trạng thái thiên nhiên và một vài tính chất đặc trưng
Cadimi đƣợc tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin). Trong
thạch quyển của vỏ trái đất cadimi chiếm khoảng 5.10-5% về khối lƣợng. Khoáng
vật chủ yếu của cadimi là quặng grinokit (CdS). Trong quặng blen kẽm (ZnS) và
calamine (ZnCO3) có chứa khoảng 3% cadimi.


10

Cadimi bền trong điều kiện không khí ẩm và ở nhiệt độ thƣờng nhờ có màng
oxit bảo vệ. Nhƣng ở nhiệt độ cao cadimi cháy mãnh liệt tạo thành oxit, cho ngọn
lửa màu sẫm. Cadimi tác dụng với halogen, lƣu huỳnh, photpho, selen ... tạo muối
tƣơng ứng. Cadimi không tác dụng đƣợc với nƣớc ở nhiệt độ thƣờng, nhƣng ở nhiệt
độ cao Cd khử hơi nƣớc tạo thành oxit. Với axit không có tính oxyhóa (nhƣ HCl,
H2SO4 loãng,…) cadimi tác dụng và giải phóng khí hiđro.
b. Độc tính của Cadimi

Cadimi có thể xâm nhập vào cơ thể con ngƣời bằng nhiều con đƣờng khác
nhau nhƣ tiếp xúc với bụi cadimi, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm cadimi. Sự kiện
bị ngộ độc cadimi trên thế giới là sự kiện xảy ra ở Nhật Bản với bệnh itai – itai là
một bệnh có liê quan đến ô nhiễm nguồn nƣớc bởi cadimi. Ngƣời khi hít phải bụi
chứa cadimi có thể bị các bệnh về hô hấp va thận. Nếu ăn phải một lƣợng đáng kể
cadimi sẽ bị ngộ độc, có thể dẫn đến tử vong. Đã có bằng chứng chứng minh rằng
cadimi tích tụ trong cơ thể gây nên chứng bệnh giòn xƣơng. Ở nồng độ cao, cadimi
gây đau thận, thiếu máu và phá hủy tủy xƣơng.
Ngƣời bị nhiễm độc cadimi, tùy theo mức độ sẽ bị ung thƣ phổi, thủng vách
ngăn mũi, đặc biệt là bị tổn thƣơng thận, ảnh hƣởng đến nội tiết, máu và tim mạch.
Mặt khác, cadimi còn là chất gây ung thƣ qua đƣờng hô hấp. Nhiều công trình
nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa cadimi với chứng bệnh loãng xƣơng, nứt
xƣơng. Sự hiện diện của cadimi trong cơ thể khiến cho việc cố định canxi trở nên
khó khăn dẫn đến những tổn thƣơng về xƣơng gây đau đớn ở vùng xƣơng chậu và
hai chân. Ngoài ra, tỷ lệ ung thƣ tiền liệt tuyến vú và ung thƣ phổi cũng khá lớn ở
nhóm ngƣời thƣờng xuyên tiếp xúc với chất độc này [23].
1.3. GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ
1.3.1. Hiện tƣợng 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: