Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Vũ Mai Phương

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO 
SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI 
TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


Hà Nội ­ 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Vũ Mai Phương

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO 
SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI 
TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số:  60440120

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. CHU XUÂN QUANG
2.  PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG


Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN
Trước  khi  trình  bày  nội  dung  chính  của  luận  văn,  em  xin  bày  tỏ  lòng 
biết  ơn  sâu  sắc  tới  TS.  CHU XUÂN QUANG và PGS.TS ĐỖ  QUANG TRUNG, 
nh ữ ng   người thầy đáng  kính  đã  trực tiếp  hướng  dẫn  và  tận  tình chỉ  bảo  em 
trong suốt thời gian  qua.
Em  xin  phép  được  gửi lời cảm  ơn đến  ban  lãnh  đạo  và  các  thầy  cô giáo, 
các  anh/chị  cán  bộ  trường  ĐHKHTN ­  ĐHQGHN  nói  chung,  khoa  Hóa học  nói 
riêng  vì  đã  tạo  mọi  điều  kiện  thuận  lợi nhất,  giúp  đỡ  em trong  thời  gian  em 
học tập, nghiên  cứu  tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ nghiên cứu phòng Công nghệ 
và Vật liệu Môi trường ­ Trung tâm Công nghệ Vật liệu đã nhiệt tình giúp đỡ 
em trong thời gian thực hiện các nội dung của đề tài luận án.
    
Hà  Nội, ngày  25 tháng 11 năm  2015.
                  Học Viên

            Vũ Mai Phương


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ


MỞ ĐẦU
Hiện nay,  sự  phát  triển  ngày càng lớn  mạnh  của đất  nước  về  kinh tế và xã 
hội, đặc biệt là sự  phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh hưởng 
rất lớn đến môi trường sống của con người. Bên cạnh sự  lớn mạnh của nền kinh 
tế đất nước lại là sự  gia tăng ô nhiễm  môi  trường.  Một  trong  những  ngành công 
nghiệp  gây  ô  nhiễm  môi  trường  lớn  là  ngành  dệt  nhuộm.  Bên  cạnh  các công  ty, 
nhà  máy  còn  có  hàng  ngàn  cơ  sở  nhỏ  lẻ  từ  các  làng  nghề  truyền thống. Với 
quy mô sản xuất nhỏ, lẻ  nên lượng nước thải sau sản xuất hầu như  không được 
xử  lý,  mà  được  thải  trực  tiếp  ra  hệ  thống  cống  rãnh  và  đổ  thẳng  xuống  hồ  ao, 
sông,  ngòi  gây  ô  nhiễm  nghiêm  trọng  tầng  nước  mặt,  mạch  nước  ngầm  và ảnh 
hưởng lớn đến sức khỏe con người.
Với  dây  chuyền  công  nghệ  phức  tạp,  bao  gồm  nhiều  công  đoạn  sản  xuất 
khác nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ 
độc  hại,  đặc  biệt  là  các  công  đoạn  tẩy  trắng  và  nhuộm  màu.  Việc  tẩy, nhuộm 
vải  bằng  các  loại  thuốc  nhuộm  khác  nhau  như  thuốc  nhuộm  hoạt  tính,  thuốc 
nhuộm  trực  tiếp,  thuốc  nhuộm  hoàn  nguyên,  thuốc  nhuộm  phân  tán…  khiến  cho 
lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền 
màu...)  [7,8]. Bên  cạnh  những  lợi ích của  chất tạo  màu  họ azo trong công nghiệp 
nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ khi mà các chất này được thải ra môi trường. 
Gần  đây,  các  nhà nghiên cứu  đã  phát  hiện  ra  tính  độc  hại  và  nguy  hiểm của  hợp 
chất  họ  azo  đối  với  môi  trường  sinh  thái  và  con  người,  đặc  biệt  là  loại  thuốc 
nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm [19,30].
Nghiên  cứu,  xử  lý  nước  thải  có  chứa  hợp  chất  azo  là  một  vấn  đề  rất  quan 
trọng nhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con người 
và môi trường sinh thái.
Với mục đích góp phần nghiên cứu kỹ thuật xử lý các phẩm màu hữu cơ bằng 

phương pháp hấp phụ, đặc biệt là xử  lý phẩm màu họ azo   bằng  vật liệu hấp phụ 
có từ  tính, nên đề tài  luận văn  “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ  tính và khảo sát 
khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước ” đã được tôi lựa chọn thực 
hiện.
7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Chitosan
1.1.1. Khái quát về chitosan
Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong 
cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là  “Fungine” để ghi nhớ 
nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ  bọ  cánh cứng mà 
ông gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ  giáp, nhưng ông không 
phát hiện ra sự  có mặt của nitơ  trong đó. Cuối cùng cả  Odier và Braconnot đều đi  
đến kết luận chitin có dạng công thức giống với xenlulozo.
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ  một  
số  động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. 
Trong động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da 
nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở  da. Trong thực vật chitin có ở 
thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo ... Chitin 
có cấu trúc thuộc họ polysaccarit, hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Do đó, các phương  
pháp nhận dạng chitin, xác định tính chất, và phương pháp hoá học để  biến tính 
chitin cũng như  việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khó  
khăn. 
Còn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn, xốp,  
nhẹ, hình vảy, có thể  xay nhỏ  thành các kích cỡ  khác nhau. Chitosan được xem là 
polymer tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường 
acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược  
phẩm ...

Giống   như   xenlulozo,   chitosan   là   chất   xơ,   không   giống   chất   xớ   thực   vật, 
chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học ... Chitosan  
có khả  năng tích điện dương do đó nó có khả  năng kết hợp với những chất tích  
điện âm như chất béo, lipid và acid mật.
Chitosan là polyme không độc, có khả năng phân huỷ sinh học và có tính tương  
thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc 
biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như  là một loại vật liệu mới có ứng dụng  
8


đặ biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực  
phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định ... 
Trong các loài thuỷ sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin –  
chitosan chiếm khá cao dao động từ 14­35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm,  
cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.

Hình 1.1: Công thức cấu tạo chitin, chitosan và xenlulozo 
Như hình vẽ trên, thì sự khác biệt duy nhất giữa chitonsan và cellulose là nhóm 
amin (­NH2)  ở  vị  trí C2 của chitosan thay thế  nhóm hydroxyl (­OH)  ở  xenlulozo. 
Chitosan tích điện dương do đó nó có khả năng liên kết hoá học với những chất tích  
điện   âm   như   chất   béo,   lipit,   cholesterol,   protein   và   các   đại   phân   tử.   Chitin   và 
chitosan rất có lợi ích về mặt thương mại cũng như là một nguồn vật chất tự nhiên 
do tính chất đặc biệt của chúng như  tính tương thích về  mặt sinh học, khả  năng  
hấp thụ, khả năng tạo màng và giữ các ion kim loại.
Chitosan  và các dẫn xuất của nó có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả 
năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng. Không gây độc hại cho người và  
gia súc, có khả  năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như Co(II), Ni(II),  
Cu(II)... do vậy chúng được  ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử  lý  
nước thải và bảo vệ  môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp,  
công nghệ sinh học....

9


Chitosan có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử  có 
khả năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu(II), Ni(II), Co(II).... trong  
môi trường nước. Vì vậy chitosan đang được nghiên cứu kết hợp với một số chất  
khác để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước.
1.1.2. Tính chất của chitosan
­ Không độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả  năng phân hủy sinh học  
nên không gây dị   ứng và không gây phản  ứng phụ, không gây tác hại đến môi 
trường.
­ Cấu trúc ổn định.
­ Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH<6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao  
hơn, hóa tím trong dung dịch iot.
­ Có tính kháng khuẩn tốt.
­ Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử của nó giảm dần theo thời  
gian do phản  ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử  giảm thì hoạt tính  
kháng khuẩn  và kháng nấm không bị giảm đi.
­ Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng.
­ Ở pH<6,3, chitosan có tính điện dương cao.
­ Trong phân tử chitosan  có chứa nhóm –OH, ­NHCOCH 3 trong các mắt xích 
N­acetyl­D­glucosaminc có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amine, vừa là amide.  
Phản  ứng hóa học có thể  xảy ra  ở  vị  trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế  O­, dẫn 
xuất thế N­.
­ Mặt khác chitosan là những polimer mà các monome được nối với nhau bởi 
các liên kết α­(1­4)­glycozit, các liên kết này rất dễ  bị  cắt đứt bởi các chất như : 
axit, bazo, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân [3,16].
1.1.3. Ứng dụng của chitosan
Trong y tế, chitosan có tác dụng làm màng chữa bỏng, tá dược độn trong làm 
cốm,   tá   dược   ổn   định   viên   nén,   thuốc   trị   viêm   loét   dạ   dày   tá   tràng.   Hỗn   hợp 

chitosan­collagen làm giảm cholesterol trong máu, giảm sự hấp thụ lipit.
Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan làm phụ gia thực phẩm duy trì hương 
vị tự nhiên, ổn định màu, nhũ tương, làm dày cấu trúc, màng bảo quản rau quả tươi, 
làm trong nước quả ép, giữu màu sắc và hương vị tự nhiên của sản phẩm.
10


Trong công nghiệp in, chitosan làm chất keo cảm quang. 
Trong công nghiệp nhuộm làm tăng độ màu vải nhuộm.
Trong nông nghiệp, oligochitosan làm thuốc tăng trưởng thực vật và kích thích  
gây tạo kháng sinh thực vật, thuốc diệt nấm bệnh cho thực vật, gia tăng hệ số nhân  
và sinh khối tươi cho cây nuôi cấy mô.
Trong khoa học kỹ thuật, chitosan làm dung dịch tăng độ khuyếch đại của kính 
hiển vi, xử  lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt: thu hồi ion kim loại, protein,  
phenol, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm...[3,16].
1.2. Oxit sắt từ
1.2.1. Khái quát về oxit sắt từ
Oxit sắt từ  có công thức hóa học Fe 3O4  là vật liệu từ  tính đầu tiên mà con 
người biết đến. Từ thế kỷ IV người Trung quốc đã biết rằng Fe3O4 tìm thấy trong 
các khoáng vật tự  nhiên có khả  năng định hướng theo phương Bắc ­ Nam địa lý.  
Đến thế kỷ XII, họ đã sử  dụng vật liệu Fe3O4 là  la bàn, một công cụ giúp xác định 
phương hướng rất có ích. Trong tự  nhiên, oxit sắt từ  không những được tìm thấy  
trong khoáng vật mà nó còn được tìm thấy trong cơ thể các sinh vật như ong, kiến,  
bồ  câu…Chính sự  có mặt của Fe3O4  trong cơ  thể  những sinh vật đã tạo nên khả 
năng xác định phương hướng mang tính bẩm sinh của chúng.
Trong phân loại vật liệu từ  Fe3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit có công 
thức tổng quát MO. Fe3O4 có cấu trúc spinel (M là kim loại hóa trị  II như : Fe, Ni, 
Co, Mn, Mg hoặc Cu).
Trong loại vật liệu ferit các ion oxy có bán kính khoảng 1.32 Å lớn hơn rất  
nhiều bán kính ion kim loại ( 0,6 ÷ 0,8 Å) nên chúng có khả năng nằm rất sát nhau  

và sắp xếp thành một mạng lưới có cấu trúc lập phương tâm mặt xếp khớp nhau.  
Trong mạng ferit có 2 loại hốc : loại thứ  nhất là hốc tứ  diện (nhóm A) được giới  
hạn bởi bốn ion oxy, loại thứ hai là hốc bát diện (nhóm B) được giới hạn bởi sáu  
ion oxy. Các ion kim loại M2+ và Fe3+ sẽ nằm ở các hốc này và tạo nên hai dạng cấu  
trúc spinel của nhóm vật liệu ferit.
Dạng thứ  nhất, toàn bộ  các ion M2+  nằm  ở  vị  trí A còn toàn bộ  các ion Fe3+ 
nằm ở vị trí B. Cấu trúc này đảm bảo hóa trị của các nguyên tử  kim loại vô số các  
11


oxi bao quanh các ion Fe3+ và M2+ có tỷ số 3/2 nên nó được gọi là spinel thuận. cấu  
trúc này được tìm thấy trong ferit ZnO.Fe2O3.
Dạng thứ hai thường gặp hơn được gọi là cấu trúc spinel đảo. Trong cấu trúc  
spinel đảo một nửa ion Fe3+ cùng toàn bộ ion M2+ nằm ở vị trí B, số ion Fe3+ còn lại 
nằm ở các vị trí A. Oxit sắt từ Fe 3O4 ≡ FeO.Fe2O3 là một ferit có cấu trúc spinel đảo  
điển hình. Tức là một nửa số ion Fe3+ chiếm hốc bát diện, nửa còn lại chiếm hốc tứ 
diện, các ion Fe2+ đều chiếm hốc bát diện, chính cấu trúc spinel đảo này đã quyết 
định tính chất từ của Fe3O4, đó là tính chất từ ferit từ.

                                    
Hinh Hình 1.2: Cấu trúc spinel của Fe3O4
Trong oxit sắt từ vì ion Fe3+ có mặt ở cả hai phân mạng với số lượng như nhau 
nên bị triệt tiêu vì vậy momen từ  do Fe2+ quyết định. Trong vô số ô cơ  sở của oxit 
sắt Fe3O4 các momen từ của các ion Fe2+ và sắt từ Fe3+ có sự sắp xếp khác nhau.

              

12

Hình 1.3: Sự phân bố các momen từ spin của các ion Fe2+ và Fe3+ trong một ô  
cơ sở của Fe3O4
Mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ tổng cộng là 4µβ (µβ là magneton bohr nguyên 
tử, µβ = 9,274.10­24 J/T trong hệ SI).
1.2.2. Tính chất của oxit sắt từ
Một vài oxit sắt có chung cấu trúc tinh thể  với các tương đồng khoáng chất  
khác nhau.  VD: goc­thie có cấu trúc giống với diaspore (α­ALOOH), quặng sắt từ 
giống với spinel (MgAl2O3). Các cấu trúc của oxit sắt được xác định bởi sự sắp xếp 
của các ion oxy hay hydroxide. Các ion dương chiếm các vị trí so le đối với lớp các 
ion âm.
Bất cứ  vật liệu nào đều có sự   ảnh hưởng với từ  trường ngoài (H), thể  hiện  
bằng độ từ hóa (từ độ ­ M). Tỷ số C = M/N được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào  
giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có C < 
0 (~10­6) được gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có C > 0 (~10­6) được gọi là vật 
liệu thuận từ. Vật liệu có C > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferit từ.
Ngoài độ  cảm từ, một số  thông số  khác cũng rất quan trọng trong việc xác  
định tính chất của vật liệu. VD: từ độ bão hòa M s (từ độ đạt cực đại tại từ trường  
lớn), cảm ứng từ dư Br (từ độ còn dư sau khi từ hóa đến độ bão hòa và đưa mẫu ra 
khỏi từ trường), lực kháng từ Hc (từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt 
trạng thái bão hòa từ, bị khử từ).
Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị  nào đó (thông thường từ  vài  
chục nanomet), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể, tính sắt từ và ferit từ biến mất, 
chuyển động nhiệt sẽ  thắng thế  và làm cho vật liệu trở  thành vật liệu siêu thuận 
từ. Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ không còn tính từ nữa, đấy  
là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng. Trong tự 
nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ  bão hòa lớn nhất tại nhiệt độ  phòng, sắt không 
độc đối với cơ thể người và tính ổn định khi làm việc trong môi trường không khí  
nên các vật liệu như  oxit sắt được nghiên cứu rất nhiều để  làm hạt nano từ  tính  
[24].

13


1.2.3. Một số ứng dụng của oxit sắt
Có thể loại bỏ Asen trong nước bằng hạt nano oxit sắt, thực nghiệm cho thấy  
khi cho hạt nano oxit sắt từ với nồng độ  1g/l vào mẫu nước có chứa nồng độ  asen 
là 0,1 g/l chỉ  sau một phút thì nồng độ  asen đã giảm chỉ  còn 0,0081 mg/l dưới tiêu 
chuẩn của bộ y tế cho phép (0,01 mg/l ).
Mới đây một nhà khoa học Nhật Bản có sáng kiến sử  dụng hạt nano từ  tính  
lọc nước bằng cách cho một loài vi khuẩn chuyên ăn các chất bẩn lơ  lửng trong  
nước bẩn đã được hòa tan thêm các hạt nano từ tính. Bình thường các vi khuẩn có 
tác dụng “thu gom” chất bẩn. Khi đã ăn no chúng tự chìm xuống đáy (do trọng lực) 
và mang theo các chất bẩn đã thu gom được. Do vậy làm cho nước trở  nên trong. 
Nếu trong nước có hạt nano từ  tính thì các vi khuẩn sẽ  gom vào mình tất cả  các 
chất bẩn thông thường lẫn các hạt nano. Khi đó chỉ  cần sử  dụng một nam châm  
mạnh ta có thể hút các vi khuẩn này làm cho chúng chìm nhanh hơn do đó cũng làm  
cho nước trong nhanh hơn.
Xuất phát từ ý tưởng đó các nhà khoa học nước ta đã sử dụng kết hợp nano từ 
tính Fe3O4 với Al2(SO4)3 để lọc nước, Al2(SO4)3 khi tan trong nước sẽ thủy phân tạo 
thành Al(OH)3 kết tủa dạng keo. Kết tửa keo này có tác dụng như  một tấm lưới.  
Khi nó lắng đọng thì các chất bẩn mắc vào nó cũng bị  kéo xuống theo, kết quả  là  
làm lắng đọng chất bẩn và làm cho nước trong hơn. Khi đã kết hợp hạt nano từ tính  
Fe3O4 với Al(OH)3 dưới tác dụng của từ  trường. Ngoài các hạt nano từ  tính bị  hút 
xuống dưới, các hạt này đi xuống chúng kéo tấm lưới nhuộm hydroxit chuyển động  
theo. Kết quả  là nhôm hydroxit lắng đọng nhanh hơn hàng chục lần so với khi  
không dùng hạt nano từ tính.
1.3. Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nước thải
Trong phương pháp hấp phụ để loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm trong nước  
thải thường sử dụng kỹ thuật hấp phụ tầng cố định với các cột có đường kính từ 
0,1 đến 1,5 m và chiều cao có thể lên đến hơn 10 m. Các cột thường được nhồi các 

vật liệu như than hoạt tính, zeolit... Dung dịch nước thải được dẫn lên đầu cột, khi 
đi qua vật liệu hấp phụ  các chất ô nhiễm bị  giữ  lại, nước sạch được xử  lí đi ra  
ngoài. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là thời gian tái sinh vật liệu hấp  
phụ lâu, quá trình vận hành hay bị hiện tượng tắc cột phải nạp lại, tốn về thời gian  
14


và kinh phí. Đối với kĩ thuật hấp phụ  tầng động, nhiều trường hợp quá trình lắng  
kéo dài làm ảnh hưởng đến tốc độ xử lí nước thải. Để khắc phục nhược điểm này, 
nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu chế  tạo nhựa trao đổi ion có từ  tính và nghiên 
cứu ứng dụng trong xử lí nước thải [31,32]. Khi có tác dụng của từ trường các vật  
liệu hấp phụ sẽ tách ra khỏi hỗn hợp huyền phù nhanh hơn do vậy làm tăng tốc độ 
quá trình xử lí và tái sinh vật liệu. Tuy nhiên, việc sử ụng vật liệu polyme tổng hợp  
có thể tạo ra các monome khó phân hủy, gây ô nhiễm thứ  cấp cho môi trường. Do 
đó, xu hướng xử dụng các loại polyme có sẵn trong thiên nhiên được các nhà khoa 
học rất quan tâm, trong đó chitosan là vật liệu được chú ý nhiều nhất do có cấu trúc 
và tính chất hóa lý đặc biệt, hoạt tính cao và khả năng lựa chọn rất tốt đối với các  
hợp chất và kim loại nặng. Chính vì thế, chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo ra vật  
liệu chitosan cố định các hạt Fe3O4 để xử lí nước thải dệt nhuộm.
1.4. Đặc tính và một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
1.4.1. Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ  các công đoạn 
hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Trong đó lượng nước thải chủ yếu do  
quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm 
rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia,  
lượng nước được sử  dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ  yếu là  
từ  các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể  tính sơ  lược nhu  
cầu sử dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 ­65 lít và thải ra 10 ­40 lít 
nước [7,8]. 
Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung và nước thải dệt nhuộm làng 

nghề Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng đều chứa các loại hợp chất tạo màu hữu cơ, 
do đó có các chỉ  số  pH, DO, BOD, COD... rất cao (b ảng 1.1), v ượt quá tiêu chuẩn 
cho phép được thải ra môi trường sinh thái (bảng 1.2).
Bảng Bảng 1.1. Đặc tính nướcthải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội
Tên nhà máy
Dệt Hà Nội
Dệt kim Thăng Long
Dệt nhuộm Vạn Phúc
Dệt nhuộm Dương Nội

15

Độ pH
9 – 10
8 – 12
8 – 11
8 – 11

Độ màu
250 – 500
168
750
750

COD (mg/l)
230 – 500
443
350 – 890
380 – 890

BOD (mg/l)
90 – 120
132
120
106


Bảng Bảng 1.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm 
TT
1
2
3
4

Thông số
Độ màu (pH=7)
Độ pH
BOD ( ở 200C)
COD

Đơn vị
Pt - Co
mg/l
mg/l

Giới hạn theo QCVN 13:2015/BTNMT
A
B
50
150

6-9
5,5 - 9
30
50
75
150

Như  vậy, nước thải công nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm 
nói riêng để  đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ 
nghiêm ngặt khâu xử  lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trường có mặt trong nước  
thải sau khi sản xuất hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệp.
Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ 
khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, 
muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ  cao và pH của nước 
thải cao do lượng kiềm lớn. Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử  lý nhất,  
đặc biệt là thuốc nhuộm azo ­ loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện  
nay, chiếm tới 60 ­70% thị phần  [10,17]. Thông thường, các chất màu có trong thuốc 
nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một lượng 
dư nhất định tồn tại trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm 
có thể  lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử  dụng ban đầu [17,21]. Đây 
chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất 
ô nhiễm lớn.
Khi đi vào nguồn nước tự  nhiên như  sông, hồ...với một lượng rất nhỏ  của  
thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp 
thụ  oxy và ánh sáng mặt trời gây tác hại cho sự  hô hấp, sinh trưởng của các loài 
thủy sinh, làm tác động xấu đến khả  năng phân giải của vi sinh đối với các chất 
hữu cơ  trong nước thải. Đối với cá và các loài thủy sinh, các kết quả  thử  nghiệm 
trên cá của hơn 3000 loại thuốc nhuộm nằm trong tất cả  cácnhóm từ  không độc,  
độc vừa, rất độc đến cực độc cho thấy có khoảng 37% loại thuốc nhuộm gây độc 
cho cá và thủy sinh, khoảng 2% thuộc loại rất độc và cực độc .

Đối với con người, thuốc nhuộm có thể  gây ra các bệnh về  da, đường hô 
hấp, đường tiêu hóa. Ngoài ra, một số  thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của  
16


chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4 ­ amino ­ azo ­  
benzen). Các nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm  
này nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị  trường do giá thành rẻ  và 
hiệu quả nhuộm màu cao .
1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thông thường
Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu  cơ hoặc dạng phức của 
các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không 
còn  sử  dụng  nhiều  do  nước  thải  sau  khi  nhuộm  chứa  hàm  lượng  lớn các  kim 
loại  nặng  gây  ô  nhiễm  môi  trường  nghiêm  trọng.  Thuốc  nhuộm  dạng hữu  cơ 
mang màu hiện rất phổ biến trên thị trường.
Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chia 
thuốc  nhuộm  thành  các  nhóm  khác  nhau.  Ở  nước  ta  hiện  nay,  thuốc  nhuộm 
thương  phẩm  vẫn  chưa  được  sản  xuất,  tất  cả  các  loại  thuốc  nhuộm  đều  phải 
nhập của các hãng sản xuất thuốc nhuộm trên thế giới.
Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm:
­  Phân  loại  thuốc  nhuộm  theo  cấu  trúc  hoá  học:  thuốc  nhuộm  trong cấu 
trúc hoá học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro,…
­ Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng: ưu điểm của phân loại 
này  là  thuận  tiện  cho  việc  tra  cứu  và  sử  dụng,  người  ta  đã  xây  dựng  từ  điển 
thuốc nhuộm. Từ điển thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trên thế giới, trong đó 
mỗi loại thuốc nhuộm có chung tính chất kỹ thuật được xếp trong cùng lớp như: 
nhóm thuốc trực tiếp, thuốc axit, thuốc hoạt tính… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ 
tự gam màu lần lượt từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen. Sau 
đây là một số nhóm thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam [2]:
 Th

   u
   ốc    n hu
    ộm    t rực     ế
ti   p
    
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 tự bắt màu vào một số vật liệu như: các 
tơ  xenlulozơ,  giấy…  nhờ  các  lực  hấp  phụ  trong  môi  trường  trung  tính  hoặc  môi 
trường kiềm. Tuy nhiên, khi nhuộm màu đậm thì thuốc nhuộm trực tiếp không còn 
hiệu suất bắt màu cao, hơn nữa trong thành phần có chứa gốc azo (­ N=N ­ ), đây là 
loại  hợp  chất  hợp  chất  hữu  cơ  độc  hại  nên  hiện  nay  loại  thuốc  này  không  còn 
17


được khuyến khích sử dụng nhiều. Mặc dù vậy, do thuốc nhuộm trực tiếp dễ sử 
dụng và rẻ nên vẫn được đa số các cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống sử 
dụng để nhuộm các loại vải, sợi dễ bắt màu như tơ, lụa, cotton...
 Th
   u
   ốc    n hu
    ộm    a x  it
    
Theo cấu tạo hoá học thuốc nhuộm axit đều thuộc nhóm azo, một số là dẫn 
xuất  của  antraquinon, triarylmetan, xanten, azin  và quinophtalic,  một  sốcó thể tạo 
phức với kim loại. Các thuốc nhuộm loại này thường sử dụng để nhuộm trực tiếp 
các loại sợi động vật tức là các nhóm xơ sợi có tính bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng 
hợp polyamit trong môi trường axit.
 Th
   u
   ốc    n hu

    ộm    h o
  ạ
   t   t í nh   
Thuốc nhuộm hoạt tính là những hợp chất màu  mà trong phân tử của chúng 
có  chứa  các  nhóm  nguyên  tử  có  thể  thực  hiện  liên  kết  hoá  trị  với  vật liệu nói 
chung  và  xơ  dệt  nói  riêng  trong  quá  trình  nhuộm.  Dạng  công  thức  hoá  học  tổng 
quát của thuốc nhuộm hoạt tính là: S—R—T—X. Trong đó: 
S: là các nhóm ­SO Na, ­COONa, ­SO CH .
3
2 3
R: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu sắc, những gốc 
mang  màu  này  thường  là  monoazo  và  diazo,  gốc  thuốc  nhuộm axit antraquinon, 
hoàn nguyên đa vòng…
T: nhóm nguyên tử phản  ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc nhuộm với 
xơ và có ảnh hưởng quyết  định đến độ bền  của liên kết này, đóng vai trò quyết 
định tốc độ phản ứng nucleofin.
X:  nhóm  nguyên  tử  phản  ứng,  trong  quá  trình  nhuộm  nó  sẽ  tách khỏi phân 
tử thuốc nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện phản  ứng hoá học với 
xơ.
Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao, khoảng 30 
%, có chứa gốc halogen hữu cơ (hợp chất AOX) nên làm tăng tính độc khi thải ra 
môi trường. Hơn nữa hợp chất này có khả năng tích luỹ sinh học, do đó gây nên tác 
động tiềm ẩn cho sức khoẻ con người và động vật [29].
 Th
   u
   ốc    n hu
    ộm    b azơ
     

18

Thuốc  nhuộm  bazơ  là  những  hợp  chất  màu  có  cấu  tạo  khác  nhau,  hầu  hết 
chúng là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.
 Th
   u
   ốc    n hu
    ộm    h o
  à
  n
     n g
  u
  yên
     
Được  dùng  chủ  yếu  để  nhuộm chỉ,  vải,  sợi  bông,  lụa  visco.  Thuốc  nhuộm 
hoàn  nguyên  phần  lớn  dựa  trên  hai  họ  màu  indigoit  và  antraquinon. Các  thuốc 
nhuộm  hoàn  nguyên  thường  không  tan  trong  nước,  kiềm  nênthường  phải  sử 
dụng  các  chất  khử  để  chuyển  về  dạng  tan  được  (thường  là dung dịch NaOH + 
Na2S2O3 ở 50­600C). Ở dạng tan được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên khuyếch tán 
vào xơ.
 Th
   u
   ốc    n hu
    ộm    l ư u
     h u
  ỳ
   nh
     
Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu  chứa nguyên tử lưu huỳnh 
trong phân tử thuốc nhuộm ở các dạng  ­S­, ­S­S­, ­SO­, ­S ­. Trong nhiều trường 

n
hợp,  lưu  huỳnh  nằm  trong  các  dị  vòng  như:  tiazol,  tiazin,  tiantren  và  vòng  azin. 
Thuốc nhuộm nhóm này rất phức tạp, đến nay vẫn chưa xác định được chính xác 
cấu tạo tổng quát của chúng.
 Th
   u
   ốc    n hu
    ộm    p h
  â
  n
     t á n
    
Là  những  chất  màu  không  tan  trong  nước,  phân  bố  đều  trong  nước dạng 
dung  dịch  huyền  phù,  thường  được  dùng  nhuộm  xơ  kị  nước  như  xơ   axetat, 
polyamit,  polyeste,  polyacrilonitrin.  Phân  tử  thuốc  nhuộm  có  cấu  tạo từ  gốc azo 
(­  N=N ­) và antraquinon  có chứa  nhóm amin tự  do hoặc đã  bị thay thế  (­  NH2,  ­ 
NHR, NR2, ­ NH ­ CH2 ­ OH)  nên thuốc nhuộm dễ  dàng phân tán vào nước. Mức 
 
độ  gắn  màu  của  thuốc  nhuộm  phân  tán  đạt  tỉ  lệ  cao  (90  ­ 95 %) nên nước thải 
không chứa nhiều thuốc nhuộm và mang tính axit.
 Th
   u
   ốc n hu
    ộm    a zo
      k h
  ô
  n
  g
     t a n
    

Thuốc  nhuộm  azo  không  tan  còn  có  tên  gọi  khác  như  thuốc  nhuộm lạnh, 
thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naptol, chúng là những hợp chất có chứa nhóm azo 
trong phân tử nhưng không có mặt các nhóm có tính tan như – SO3Na, ­COONa nên 
không hoà tan trong nước.
 Th
   u
   ốc    n hu
    ộm    p ig
   m
   e  n
  t  
19


Pigment  là  những  hợp  chất  có  màu,  có  đặc  điểm chung  là  không  tan  trong 
nước  do  phân  tử  không  chứa  các  nhóm  có  tính  tan  (­SO3H,  ­COOH) hoặc các 
nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước.
Thuốc  nhuộm  này  phải  được  gia  công  đặc  biệt  để  khi  hoà  tan  trong nước 
nóng nó phân bố trong dung dịch như một thuốc nhuộm thực sự và bắt màu lên xơ 
sợi theo lực hấp phụ vật lý.
1.4.3.  Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm
Do đặc thù công nghệ, nước thải dệt nhuộm có các chỉ  số  TS, TSS, độ  màu, 
COD và BOD cao, bên cạnh đó phải kể  đến một số  lượng đáng kể  các kim loại  
nặng độc hại như  Cr, Cu, Co, Zn…  ở  các công đoạn khác nhau. Chính vì thế  cần 
phân luồng dòng thải theo tính chất và mức độ gây ô nhiễm: dòng ô nhiễm nặng như 
dịch nhuộm, dịch hồ, nước giặt đầu, dòng ô nhiễm vừa như  nước giặt  ở  các giai  
đoạn trung gian, dòng ô nhiễm ít như  nước giặt cuối …để  có biện pháp xử  lý phù 
hợp.
Trong thực tế để đạt được hiệu quả xử lý cũng như  kinh tế, người ta không  
dùng đơn lẻ mà kết hợp các phương pháp xử lý hóa lý, hóa học, sinh học, nhằm tạo  

nên một quy trình xử lý hoàn chỉnh [27]. 
1.4.3.1.  Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp thông dụng để  xử  lý nước thải dệt nhuộm. Nước thải 
dệt nhuộm có tính chất như  một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 
10­7 – 10­5 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc. 
Quá trình lắng chỉ có thể  tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể 
tách được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan, vì những hạt rắn có kích 
thước quá nhỏ.Để  tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu  
phân nhỏ  thành các tập hợp lớn hơn.Việc khử  các hạt keo đòi hỏi trước hết cần 
trung hòa điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau bằng các chất 
đông tụ. Các khối kết tủa bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường bị sa lắng  
xuống, trong quá trình sa lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các hạt tạp chất khác. 
Để  tăng tốc độ  keo tụ, tốc độ  sa lắng, tốc độ  nén ép các bông keo và đặc biệt để 
làm giảm lượng chất keo tụ có thể  dùng thêm các chất trợ  keo, chất này có vai trò 
liên kết giữa các hạt keo với nhau [1].
20


Hiện nay, keo tụ là phương pháp tiền xử lý thích hơp cho việc tách và loại bỏ 
các hạt keo, giảm giá trị  COD, độ  màu, độ  đục đến  một giới hạn để  có thể  tiến 
hành các bước xử  lý tiếp theo. Do quy mô sản xuất nhỏ  nên các hộ   ở  Dương Nội  
chủ yếu sử dụng loại thuốc nhuộm trực tiếp và axit. Loại này tan thẳng vào nước ở 
60 – 70oC, bắt màu thẳng vào vật liệu, không qua xử lý trung gian, hóa chất phụ trợ 
kèm  theo  đơn  giản,   rẻ   tiền,   thiết  bị   nhuộm   không  phức   tạp.   Trong  môi   trường 
nhuộm, chúng tạo thành các anion có dạng ArSO3­, đây là cơ  sở  cho việc sử  dụng  
phương pháp keo tụ với các tác nhân keo tụ là muối cation đa hóa trị:
Ar – SO3Na     Ar – SO3­ +  Na+
Phương pháp keo tụ có thể loại bỏ được kim loại nặng trong nước thải, làm  
giảm độ  đục và các thành phần rắn lơ  lửng. Bên cạnh đó còn làm giảm chất ô  
nhiễm khác nhau như  dầu mỡ, COD, BOD…Trong nghiên cứu của Duk Jong Joo,  

Won Sik Shin và Jeong Hak Choi [11]  đã tiến hành xử  lý nước thải chứa thuốc 
nhuộm hoạt tính bằng phèn nhôm, phèn sắt và sử  dụng thêm chất trợ  lắng polime 
tổng hợp. Kết quả cho thấy, khi sử dụng lượng phèn 1g/l thì hiệu quả loại bỏ màu  
đạt được nhỏ  hơn 20%, khi kết hợp phèn và chất trợ  lắng thì màu của nƣớc thải 
được loại hầu như  hoàn toàn. Hiệu quả  xử  lý tăng khi tăng lượng chất trợ  lắng.  
Ngoài ra, hiệu quả  keo tụ còn phụ  thuộc vào điều kiện pH và loại chất keo tụ  sử 
dụng.
1.4.3.2.  Phương pháp oxy hóa tăng cường
Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu 
trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ bị 
oxy hóa bởi các chất oxy hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị phân hủy bởi  
vi sinh vật.
Bản chất của phương pháp là xảy ra các quá trình oxi hóa để  tạo ra các gốc  
tự  do như  OH•  có hoạt tính cao, có thể khoáng hóa hoàn toàn hầu hết các hợp chất 
hữu cơ bền thành các sản phẩm bền vững như CO 2 và các axit vô cơ không gây khí 
thải.   Một   số   ví   dụ   về   phương   pháp   oxi   hóa   tăng   cường   như   Fenton,   Peroxon,  
catazon, quang fenton và quang xúc tác bán dẫn.
Với bản chất tạo ra gốc hydroxyl có tính oxy hóa rất mạnh, có khả  năng oxy 
hóa không chọn lọc hầu hết các hợp chất hữu cơ hòa tan trong dung dịch nước. Vì 
21


vậy trong những năm gần đây, hiệu ứng Fenton điện hóa đã và đang được nhiều nhà  
khoa học trên thế  giới quan tâm nghiên cứu,  ứng dụng trong lĩnh vực xử  lý nước  
thải chứa các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường. Các kết quả nghiên cứu sử 
dụng hiệu  ứng Fenton điện hóa nhằm xử  lý các nguồn nước ô nhiễm bởi các hợp  
chất hữu cơ  độc hại cho hiệu quả  cao hơn nhiều so với các phương pháp thông 
thường khác. Jun­jie và cộng sự đã khảo sát quá trình khoáng hóa thuốc nhuộm azo  
C.I. axit đỏ [14] sử dụng quặng sắt khi có và không có tác dụng của siêu âm ở tần số 
thấp. Tác giả đã chỉ ra rằng dưới tác động của siêu âm, nước có thể bị  phân hủy và  

tạo H2O2, cho phép hình thành hệ  phản  ứng Fenton trong dung dịch. Trong cả  2  
trường hợp có và không có siêu âm, phản  ứng phân hủy azo C.I. axit đỏ  [14] tuân 
theo quy luật động học bậc nhất với hằng số tốc độ phản ứng tương ứng là 7,5.10­2 
phút­1  và 2,58.10­1  s­1. Shaobin Wang và các công sự  [27] đã so sánh động học của  
phản ứng Fenton (Fe3+/H2O2) và phản ứng giống Fenton (Fe 3+/H2O2) trong khi nghiên 
cứu xử lý hợp chất màu azo C.I. axit đen [1]. Phản ứng Fenton cho hiệu suất oxy hóa  
phân hủy thuốc nhuộm cao hơn so với phản  ứng giống Fenton  ở 100 phút đầu tiên 
và sau đó hiệu suất của 2 phản  ứng gần như tương đương. Tỷ  lệ  [Fe2+ ]:[H2O2] là 
3:0,75 trong cả hai trường hợp và sự phân hủy các chất màu phụ thuộc vào nồng độ 
ban đầu của Fe3+, H2O2 và pH trong khoảng nhiệt độ khảo sát từ 15­450C. Năm 2007, 
Minghua Zhou và các cộng sự  [23] đã nghiên cứu khảo sát  ảnh hưởng của các yếu  
tố (pH, nồng độ Fe2+, thế điện cực catôt, nồng độ muối Na2SO4, nồng độ metyl đỏ) 
tới sự phân hủy metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa sử dụng điện cực graphit­
polytetrafloetylen (PTFE). Kết quả cho thấy sự suy giảm màu sắc xảy ra nhanh và  
đạt 80% trong 20 phút điện phân trong các điều kiện tốt nhất là: pH = 3, thế catôt =  
­0,55 V/SCE, nồng độ  Fe2+  0,2 mM, nồng độ  methyl đỏ  100 mg/l, nồng độ  muối 
Na2SO4  0,1 M, tốc độ  sục oxy 0,4 l/phút. Sự  phân hủy metyl đỏ  bằng hiệu  ứng 
Fenton điện hóa trong cùng điều kiện được đánh giá là có ưu thế đối với trường hợp  
nồng độ  thuốc nhuộm cao và được thực hiện  ở  hai giai đoạn khác nhau.Giai đoạn 
một là giai đoạn phá vỡ  liên kết azo tạo ra các sản phẩm trung gian có chứa vòng  
benzen, giai đoạn hai là giai đoạn phá hủy các vòng benzen thành các hợp chất vô cơ 
ít hoặc không độc hại với môi trường. Tuy nhiên, sự  tiêu thụ  ion sắt và sự  hình 

22


thành các sản phẩm trung gian trong quá trình điện phân khiến cho sự  phân hủy 
chậm hơn ở giai đoạn thứ hai [4].
1.4.3.3.  Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ  là quá trình tụ  tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử  khí, hơi hoặc  

các phân tử, ion của chất tan lên bề  mặt phân chia giữa các pha. Bề  mặt phân chia 
pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy  
ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được hấp phụ trên bề mặt phân chia pha được  
gọi là chất bị  hấp phụ. Quá trình ngược lại của hấp phụ  gọi là quá trình giải hấp  
phụ hay nhả hấp phụ.
Phương pháp hấp phụ là một phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong 
nước, được sử  dụng rộng rãi trong kỹ  thuật xử  lý nước thải nhờ  có các  ưu điểm  
sau:
Có khả  năng làm sạch nước  ở  mức độ  cao, đáp  ứng nhiều cấp độ  chất  
lượng.
Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp.
Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên  
chi phí thấp nhưng hiệu quả xử lý cao.
Vật liệu  ứng dụng trong phương pháp hấp phụ  rất đa dạng : than hoạt tính,  
zeolite, composit, đất sét, silicagel... Với mỗi loại vật liệu có đặc điểm và tính chọn  
lọc riêng phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và sử dụng thực tiễn.
Luiz   C.A.   Oliveira   và   các   cộng   sự   [18]   đã   nghiên   cứu   chế   tạo   vật   liệu  
composit mang cacbon từ  tính khảo sát hấp phụ  trên một số  chất, thí nghiệm tiến  
hành như sau: composit được cho vào 400 ml huyền phù bao gồm cacbon hoạt tính,  
FeCl3 (7,8 g, 28 mmol) và FeSO4 (3,9 g, 14 mmol) tại 700C .Thêm 100 ml dung dịch 
NaOH 5M cho đến khi xuất hiện kết tủa sắt oxit. Lượng cacbon được điều chỉnh  
sao cho tỷ lệ về khối lượng giữa cacbon hoạt tính và oxit sắt là 1:1, 2:1, 3:1.Vật liệu  
được sấy khô  ở  1000C trong 3h. Cân 50 mg vật liệu composit cho vào các bình nón 
chứa 50 ml dung dịch bao gồm: phenol (500 mg/l, tại pH=5), clorofom (500 mg/l),  
clobenzen (25 mg/l), phẩm đỏ (100 mg/l), hỗn hợp được để hấp phụ trong 24h, ở 25  
± 10C. Nồng độ  các chất sau khi tiến hành hấp phụ  được xác định bằng phương 
23


pháp đo phổ (MIMS) đối với phenol, clorofom và clobenzen, phương pháp quang đối  

với phẩm đỏ. Kết quả  như  sau: đối với vật liệu composit có tỷ  lệ  cacbon hoạt  
tính/Fe3O4 là 3:1 thì tải trọng hấp phụ thứ tự như sau: phenol (117 mg/g) < clobenzen  
(305 mg/g) < clorofom (710 mg/g). Nếu chỉ dùng cacbon hoạt tính thì tải trọng hấp  
phụ  của phenol là 162 mg/g, clobenzen là 480 mg/g, clorofom là 910 mg/g. Đối với  
phẩm đỏ, vật liệu composit có tỷ lệ cacbon hoạt tính/Fe3O4 là 2:1, 3:1, chỉ có cacbon 
hoạt tính thì tải trọng hấp phụ thứ tự như sau: cacbon hoạt tính > 3:1 composit > 2:1  
composit.   Na   Yang   và   các   cộng   sự   [25]   đã   nghiên   cứu   chế   tạo   vật   liệu   nano  
composit mang cacbon từ tính khảo sát hấp phụ phẩm xanh metylen, nghiên cứu cho 
thấy tải trọng hấp phụ cực đại ≈300 mg/g [20].  
Zeolit là một trong những chất sử dụng rộng rãi trong việc tổng hợp các chất 
hấp phụ. Trong mạng lưới tinh thể của zeolit, một phần ion Si 4+ được thay thế bởi 
ion Al3+ đã gây ra sự thiếu hụt về điện tích dương. Do đó, zeolit có thể tiếp nhận các  
cation nhất định của các kim loại khác. Zeolit được sử  dụng trong các phản  ứng  
đehyđro hóa các chất lỏng và chất khí sau đó việc tinh chế chất lỏng bằng khả năng 
hấp phụ của mình. Zeolit tự nhiên và tổng hợp là vật liệu aluminosilicat tinh thể, có  
cấu trúc xốp và bề  mặt riêng cao. Zeolit có rất nhiều  ứng dụng, đặc biệt là trong  
lĩnh vực xúc tác hóa dầu, tổng hợp hữu cơ và bảo vệ môi trường. Khả năng trao đổi  
ion cao kết hợp với ái lực lựa chọn đối với các cation làm cho chúng rất thích hợp  
trong việc xử  lý nước thải. Dưới đây là danh sách những cation kim loại có thể  bị 
loại ra khỏi nước thải bằng zeolit: Cu2+, NH4+, Pb2+, Zn2+, Hg2+, Cr3+, Fe3+, Cd2+, Ca2+, 
Al3+, Cs2+, Sr2+. Năm 2003, Barmagan cùng các cộng sự  [7] công bố  ứng dụng zeolit  
tách loại phẩm màu và các hợp chất hữu cơ trong nước. Kết quả cho thấy tải trọng  
hấp phụ các loại phẩm đỏ, vàng, đen,... đạt 61–89 mg/g.
Silicagel là dạng của anhyđrit axit silicsic có cấu trúc lỗ  xốp rất phát triển. 
Mạng lưới của gel bao gồm các phân tử  silic nằm giữa các nguyên tử oxy. Silicagel 
dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất có tạo với nhóm hiđroxy các 
liên kết kiểu cầu hiđro. Silicagel có thể  tái sinh  ở  nhiệt độ  <2000C.  Ứng dụng các 
tính chất này, tác giả  Trần Hồng Hà [30] đã nghiên cứu quá trình tách loại urani 
bằng cột silicagel. Kết quả chỉ ra rằng, urani bị loại bỏ hoàn toàn khi cho chạy qua  
cột với dung môi HNO3 4,5M. Cột nhồi bằng silicagel có đường kính 0,2 – 0,5 mm,  

24


xử  lý bằng HNO3  5M. Hiện nay, các nhà khoa học đặc biệt chú ý đến biến tính 
silicagel để tăng các đặc tính của vật liệu. Kocjan và các cộng sự  [15] đã biến tính  
silicagel với các nhân sunfonat để  tách loại ion kim loại. Vật liệu được điều chế 
bằng cách cho silicagel phản  ứng với NH4+  và một anion là tác nhân tạo sunfonat. 
Vật liệu này có thể  thu hồi lượng lớn kim loại nặng trong nước thải.  Đặc biệt  
chúng được sử  dụng trong cột sắc ký, có khả  năng lưu giữ  tốt các kim loại tạo 
phức.
1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu azo
1.5.1. Đặc điểm cấu tạo
Hợp  chất  azo  là  những  hợp  chất  màu  tổng  hợp  có  chứa nhóm azo  ­  N= N­. 
Hầu hết các loại hợp chất màu azo chỉ chứa một nhóm azo (gọi là monoazo), một 
số  ít  chứa  hai  nhóm  hoặc  nhiều  hơn.  Hợp  chất  azo  thường  có chứa  một  vòng 
thơm  liên  kết  với  nhóm  azo  và  nối  với  một  naphtalen  hay vòng benzen thứ hai. 
Sự  khác  nhau  giữa  các  hợp  chất  azo  chủ  yếu  ở  vòng thơm,  các  nhóm quanh  liên 
kết  azo giúp  ổn định  nhóm –N =  N –  bởi  chính những nhóm này tạo nên  một  hệ 
thống  chuyển  động,  là  yếu  tố  quan  trọng  ảnh  hưởng  tới  màu  sắc  của  hợp  chất 
azo.  Khi  hệ  thống  chuyển  vị  và  phân  chia  sẽ  xảy  ra  hiện  tượng hấp thụ  thường 
xuyên ánh sáng ở vùng khả kiến [12,13].
1.5.2. Tính chất
Hợp  chất  màu  azo  bền  hơn  tất  cả  các  phẩm  màu  thực  phẩm tự  nhiên. Đặc 
biệt, phẩm màu azo bền trong phạm vi pH khá rộng của thực phẩm, bền với nhiệt 
khi  phơi dưới  ánh sáng  và oxy, rất khó bị  phân  hủy bởi các vi sinh vật. Chính vì 
vậy,  các  hợp  chất  màu  azo  được  ứng  dụng  phổ  biến  trong  nhiều  ngành  công 
nghiệp  (thực  phẩm,  in,  nhuộm...)  [2,21].  Tuy  nhiên,  hợp  chất màu azo không tan 
được  trong  dầu  hoặc  chất  béo,  chỉ  khi  hợp  chất  màu  azo kết hợp với một phân 
tử chất béo hòa tan hoặc khi chúng bị phân tán thành những phân tử nguyên chất 
thì dầu mới có thể được tạo màu.

1.5.3. Độc tính với môi trường
Các loại phẩm nhuộm tổng hợp có chứa các hợp chất azo đã có từ lâu đời  và 
ngày  càng  được  sử  dụng  phổ  biến  trong  các  ngành  công  nghiệp  dệt may, giấy, 
25