Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm của xác tác nono oxyt phèn sắt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-------------------

TRẦN LÊ BA

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM
CỦA XÚC TÁCNANO OXYT PHÈN SẮT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trƣờng
Mã số: 60 52 03 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

--------------------

TRẦN LÊ BA

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM
CỦA XÚC TÁC NANO OXYT PHÈN SẮT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Mã số: 60 52 03 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2017


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Trung Thành……………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
TS. Trần Tiến Khôi…………………………………...
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TS. Mai Tuấn Anh………………………………….
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS. TS. Bùi Xuân Thành………………………………..
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 18 tháng 01 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS. TS. Nguyễn Phước Dân
2. TS. Nguyễn Xuân Dương
3. PGS. TS. Mai Tuấn Anh
4. PGS. TS. Bùi Xuân Thành
5. TS. Nguyễn Nhật Huy
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA
MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCMCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Lê Ba

MSHV: 7141025

Ngày, tháng, năm sinh: 16/05/1991

Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

MN: 60 52 03 20

I. TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải dệt nhuộm của xúc tác nano oxyt
phèn sắt (Effective examining for textile wastewater treatment of ferric alum oxyde
nanocatalysts).
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng hợp nano oxyt sắt từ muối FeCl3, từ nước nhiễm phèn được lấy tại huyện Cần
Giờ và vùng Tứ giác Long Xuyên theo qui trình đã đề xuất.
- Kiểm tra các đặc trưng của vật liệu nano oxyt phèn sắt và nano oxyt sắt như: Phổ
nhiễu xạ tia X; Phổ dao động hồng ngoại (FTIR); Diện tích bề mặt của vật liệu nano
oxyt phèn sắt; Hình ảnh TEM.
- Xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình Fenton của xúc tác nano oxyt phèn sắt
và nano oxyt sắt trong xử lý nước thải dệt nhuộm bằng cách xem xét các ảnh hưởng

của của pH dung dịch, thời gian phản ứng, khối lượng xúc tác của nano oxyt phèn sắt
và nồng độ H2O2.
- So sánh hoạt tính xúc tác của các vật liệu nano oxyt phèn sắt và nano oxyt sắt.
II.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016

III.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016

IV.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Nguyễn Trung Thành

TS. Trần Tiến Khôi
TP.HCM, ngày... tháng ... năm 2017
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

TS. Nguyễn Trung Thành

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Trần Tiến Khơi
TRƢỞNG KHOA
KHOA MƠI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUN


Luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp đã gặp khơng ít
khó khăn nhưng bên cạnh tơi ln có sự hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tận tình
từ quý Thầy cô, Bạn bè và những người thân yêu trong gia đình đã giúp tơi vượt
qua và hồn thành luận văn thạc sĩ như mong muốn.
Tôi xin cảm ơn gia đình tơi, những người ln đặt niềm tin vào tơi, ln ở sau
lưng tơi khi tơi gặp khó khăn nhất, có những lời động viên kịp thời, là nguồn năng
lượng tinh thần không giới hạn đưa tôi đi từ mục tiêu này đến mục tiêu khác của
bản thân mình.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Trung Thành, Thầy Trần
Tiến Khôi đã luôn tạo điều kiện thuận lợi, cũng như có những định hướng và chỉ
dẫn chính xác, nhiệt tình từ những chi tiết nhỏ đến nội dung bao qt trong q trình
thực hiện đề tài.
Tơi xin cảm ơn quý Thầy cô quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Thành
phố Hồ Chí Minh nói chung và quý thầy cô Khoa Môi trường và Tài nguyên nói
riêng đã truyền dạy nhưng kiến thức quý báu cho tơi trong q trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo, Cán bộ Khoa Kỹ thuật – Công nghệ Môi trường cũng như các cán bộ, nhân viên Phịng Thí nghiệm Mơi trường ở Khu
Thí nghiệm – Thực hành tại Trường Đại học An Giang cùng với các bạn sinh viên
lớp Cơng nghệ Kỹ thuật Mơi Trường khóa 14, khóa 15 đã hỗ trợ nhiệt tình trong
q trình làm thực nghiệm.

i


Luận văn thạc sĩ

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong nghiên cứu này đã tổng hợp nano oxyt phèn sắt có hình dạng bơng hoa
(flower-like) từ nước nhiễm phèn ở tỉnh An Giang; huyện Cần Giờ -Thành phố Hồ
Chí Minh và tổng hợp vật liệu nano oxyt sắt từ muối sắt (III) clorua trong điều kiện

phịng thí nghiệm bằng phương pháp thủy nhiệt kết hợp vi sóng; và các hạt nano
oxyt phèn sắt được ứng dụng trong vai trò xúc tác trong phản ứng Fenton dị thể để
xử lý độ màu và COD của nước thải dệt nhuộm. Các thành phần cơ bản của nước
nhiễm phèn, nước thải dệt nhuộm và các đặc trưng của vật liệu nano oxyt phèn sắt
và nano oxyt sắt (bao gồm FTIR, XRD, TEM, BET) cũng được thực hiện trong
nghiên cứu này. Trong quá trình khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng Fenton dị
thể, các yếu tố ảnh hưởng có những biểu hiện sau: (1) Thời gian cho hiệu quả tăng
nhanh từ giai đoạn đầu và hiệu quả xử lý tăng chậm dần ở giai đoạn tiếp theo; (2)
Hiệu quả xử lý của phản ứng tăng nhanh khi pH nằm trong khoảng từ 3 đến 7 và khi
pH lớn hơn 8 thì hiệu quả xử lý có chiều hướng giảm dần; (3) Hiệu quả xử lý nước
thải tối ưu ở nồng độ H2O2 là 7,5 mM và (4) hàm lượng nano phèn sắt là 0,57 g/L.
Trong thí nghiệm so sánh hoạt tính xúc tác của các vật liệu nano được tổng
hợp từ nước nhiễm phèn ở tỉnh An Giang (AG1 và AG2) và huyện Cần Giờ-Thành
phố Hồ Chí Minh (CG) và các hạt nano được tổng hợp từ muối sắt (III) clorua
(nano oxyt sắt) kết quả thực nghiệm cho thấy rằng hoạt tính xúc tác trong xử lý
COD và độ màu của nước thải có thể sắp xếp theo một trật tự như sau: xúc tác nano
oxyt phèn sắt AG2> xúc tác nano oxyt phèn sắt CG ~ xúc tác nano oxyt phèn sắt
AG1 > xúc tác nano oxyt sắt. Lưu ý rằng các thí nghiệm so sánh hoạt tính xúc tác
đều được thực hiện cùng một điều kiện thí nghiệm và hoạt tính xúc tác được tính
trên một đơn vị khối lượng sắt. Từ đó cho thấy vật liệu AG2 là xúc tác có hoạt tính
cao nhất (có khả năng loại bỏ 15,7 mgO2.L-1.mgFe-1 và 24,3 Pt – Co.mgFe-1 lần lượt
đối với chỉ số COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm) và cao hơn hoạt tính của
xúc tác oxyt sắt (~1,39 lần và ~ 1,49 lần trong khả năng loại bỏ COD và độ màu của
nước thải). Điều này có thể giải thích là do sự tương tác giữa oxyt sắt và các oxyt

ii


Luận văn thạc sĩ

khác (có thể oxyt nhơm và oxyt silic có trong cấu trúc vật liệu) có trong cấu trúc vật
liệu AG2.
Tóm lại, vật liệu nano oxyt phèn sắt được đánh giá là vật liệu có nhiều tiềm
năng ứng dụng trong xử lý môi trường nhất là trong vai trị là xúc tác trong phản
ứng Fenton dị thể.
Từ Khóa: Nước thải dệt nhuộm, nước nhiễm phèn, nano oxyt phèn sắt , Fenton dị
thể.

iii


Luận văn thạc sĩ

ABSTRACT

In this study, ferric-alum nanooxydes and iron nanooxyde with flower-like
morphology were synthesised by a hydrothermal method under microwave assistant
in the laboratory; wherein ferric (III) chloride chemical and ferric-alum water were
employed for generation of the iron nanooxyde and ferric-alum nanooxyde,
respectively. The ferric-alum nanooxydes were applicated into catalytic role for the
heterogeneous Fenton system toward degrations of COD and color of the textile
wastewater. The basic chemical composition of ferric-alum water and textile
wastewater; and characterizations of ferric-alum oxyde and iron oxyde
nanomaterials (included FTIR, XRD, TEM and surface area) were analyzed in this
study. In the experiments for catalyst activity evaluation, the degration process
under effects of reaction condition showed: (1) for time effect, the efficiency for
wastewater treatment could be increased fastly in the first step and the efficiency of
wastewater treatment could be increased slowly in the followed step; (2) For pH
value effect, efficiency for wastewater treatment was observed in the pH range of 37. However, the effiency for wastewater treatment would be decreased when the
pH value of solution was higher than 7; (3) the optimum of H2O2 concentration and

catalyst dosage are 7.5 mM and 0.57 g/L, respectively.
For the experiments of catalyst activity’s comparison in the heterogeneous
Fenton system toward COD and color degrations of textile wastewater, the
hierarchy of catalyst activity could be arranged: ferric-alum nanooxyde AG2 >
ferric-alum nanooxyde CG ~ ferric-alum nanooxyde AG1> iron nanooxyde. Noted
that the ferric-alum nanooxyde AG1 and AG2 are named for ferric-alum nanooxyde
was synthesized from ferric-alum water in An Giang prov.; the ferric-alum
nanooxyde CG is named for ferric-alum nanooxyde was synthesized from ferricalum water in Can Gio district, Ho Chi Minh city. The experiments for catalyst
activity comparison were carried out in the same of experiment conditions and per
unit of iron amount. The ferric-alum nanooxyde AG2 showed highest catalyst
acitivity in the heterogeneous Fenton reaction (the COD and color degrations are
iv


Luận văn thạc sĩ

observed 15,7 mgO2.L-1.mgFe-1 and 24,3 Pt - Co.mgFe-1, respectively). This catalyst
shows higher activity than that of iron oxyde nanocatalyst (higher ~1,39 times and ~
1,49 times were observed forCOD and color degrations of textile wastewater). Due
to strong interaction of iron oxyde and other oxyde (including alumina, silica) in the
nanostructure of AG2 catalyst.
In summary, the ferric-alum oxyde nanomaterial could be a high potential for
applications of environmental treatment, for example solid catalyst for
heterogeneous Fenton system and adsorbent.

Key word: Textile wastewater, ferric-alumwater, ferric-alum nanooxyde,
heterogeneous Fenton system.

v

Luận văn thạc sĩ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi, nhưng kết quả, số liệu
của luận văn này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác. Tơi hồn
tồn chịu trách nhiệm trước nhà trường về lời cam đoan này.
TP. HCM, ngày... tháng ... năm 2017
Tác giả luận văn

Trần Lê Ba

vi


Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .......................................................................... ii
ABSTRACT ............................................................................................................. iv
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... vi
MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................x
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................. xii
CHƢƠNG

MỞ ĐẦU.............................................................................................1

1.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................2
1.3. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................3
1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài .............................................3
1.5. Tính mới của đề tài ............................................................................................3
CHƢƠNG 2

TỔNG QUAN...................................................................................5

2.1. Giới thiệu về nước thải dệt nhuộm .....................................................................5
2.1.1. Nguồn gốc và thực trạng nước thải dệt nhuộm ............................................9
2.1.2. Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường ................................10
2.1.3. Các thành phần gây ơ nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm .................12
2.2. Các phương pháp oxy hóa bậc cao ...................................................................14
2.3. Phương pháp Fenton và Fenton rắn..................................................................21
2.4. Vật liệu nano oxyt sắt .......................................................................................27
2.4.1. Vật liệu nano ..............................................................................................27
2.4.2. Vật liệu nano oxyt sắt ................................................................................32
2.4.3. Các phương pháp chế tạo hạt nano oxyt sắt ..............................................33
2.5. Giới thiệu về nước nhiễm phèn ........................................................................35
2.5.1. Khái niệm về nước nhiễm phèn .................................................................35
2.5.2. Phân bố nước nhiễm phèn tại Đồng bằng sông Cửu Long ........................35
vii


Luận văn thạc sĩ

2.5.3. Các thành phần chính trong nước nhiễm phèn ..........................................37
2.5.4. Ảnh hưởng của nước nhiễm phèn đến môi trường và con người ..............40
2.5.5. Các phương pháp xử lý nước nhiễm phèn .................................................40

2.5.6. Ứng dụng của nước nhiễm phèn ................................................................43
CHƢƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................45
3.1. Sơ đồ nội dung nghiên cứu ...............................................................................45
3.2. Nội dung nghiên cứu........................................................................................46
3.3. Mơ hình nghiên cứu .........................................................................................46
3.4. Vật liệu thí nghiệm ..........................................................................................47
3.4.1. Nước nhiễm phèn .......................................................................................47
3.4.2. Nước thải dệt nhuộm..................................................................................48
3.4.3. Các hoá chất, thiết bị, dụng cụ sử dụng .....................................................49
3.5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................49
3.5.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ....................................................49
3.5.2. Quá trình điều chế, tổng hợp vật liệu .......................................................50
3.5.3. Phương pháp xác định kích thước, hình dạng của vật liệu ........................51
3.5.4. Phương pháp phân tích mẫu nước nhiễm phèn, nước thải dệt nhuộm ......53
3.6. Khảo sát khả năng ứng dụng của vật liệu nano oxyt phèn sắt đối với phản
ứng Fenton thông qua các yếu tố ảnh hưởng. .................................................53
3.7. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................54
CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................55
4.1. Các đặc trưng của mẫu nano phèn sắt và nano sắt ...........................................55
4.1.1. Diện tích bề mặt của các loại vật liệu nano phèn sắt và nano sắt ..............55
4.1.2. Đặc trưng FTIR của vật liệu ......................................................................56
4.1.3. Đặc trưng XRD của vật liệu nano phèn sắt ...............................................57
4.1.4. Các đặc trưng TEM của vật liệu ................................................................58
4.2. Khả năng xử lý COD và màu của nước thải dệt nhuộm ..................................59
4.2.1. Các yếu tố ảnh hướng đến hiệu quả xử lý màu và COD của nước thải dệt
nhuộm. ..................................................................................................................59
4.2.1.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .................................................60
viii

Luận văn thạc sĩ

4.2.1.2. Ảnh hưởng của pH phản ứng ..........................................................62
4.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 phản ứng .........................................64
4.2.1.4. Ảnh hưởng của lượng xúc tác phản ứng .........................................66
4.2.2. So sánh hoạt tính xúc tác trong phản ứng Fenton dị thể ............................69
CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................71
5.1. Kết luận ..............................................................................................................71
5.2. Kiến nghị ...........................................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................72
PHỤ LỤC .................................................................................................................77

ix


Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Hiệu quả sử dụng các tổ hợp thuốc nhuộm sợi vải...................................11
Bảng 2.2: Danh sách các loại thuốc nhuộm bị cấm ..................................................12
Bảng 2.3: Các thông số cơ bản của nước thải dệt nhuộm .........................................13
Bảng 2.4: Các chất ơ nhiễm và đặc tính nước thải dệt nhuộm..................................13
Bảng 2.8: phản ứng chủ yếu trong quá trình Fenton .................................................23
Bảng 2.9: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu .....................30
Bảng 2.10: Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu ................................31
Bảng 3.1. Đặc trưng về thành phần kim loại của nước nhiễm phèn. ........................47
Bảng 3.2. Đặc trưng của nước thải nhuộm tại Thị xã Tân Châu tỉnh An Giang ......48
Bảng 4.1. Diện tích bề mặt của vật liệu ....................................................................56
Bảng 4.2. Hiệu quả xử lý COD và độ màu theo thời gian phản ứng ........................61

Bảng 4.3. Hiệu quả xử lý COD và độ màu theo pH .................................................63
Bảng 4.4. Hiệu quả xử lý COD và độ màu theo nồng độ H2O2 ................................65
Bảng 4.5. Hiệu quả xử lý COD và độ màu theo lượng xúc tác ................................67
Bảng 4.6. so sánh hiệu quả xử lý COD và độ màu của các vật liệu khác nhau ........69

x


Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1. Sơ đồ nội dung nghiên cứu .......................................................................45
Hình 4.1. Màu sắc của các mẫu nano oxyt sắt và nano oxyt phèn sắt sau tổng hợp.55
Hình 4.2. Phổ nhiễu xạ FTIR của nano oxyt sắt và nano oxyt phèn sắt. ..................57
Hình 4.3. Phổ nhiễu xạ tia-X của nano oxyt sắt (1); nano oxyt phèn sắt AG2 (2);
nano oxyt phèn sắt AG1 (3); nano oxyt phèn sắt CG (4) ..........................................58
Hình 4.4. Ảnh TEM của vật liệu nano oxyt sắt (A) và nano oxyt phèn sắt CG (B). 59
Hình 4.5. Khả năng loại bỏ COD (A) và độ màu (B) nước thải nhuộm của vật liệu
nano oxyt sắt (1) và nano oxyt phèn sắt CG (2)........................................................60
Hình 4.7. Ảnh hưởng của pH nước thải đến hiệu quả xử lý COD và màu nước thải
nhuộm của xúc tác nano oxyt phèn sắt CG. ..............................................................64
Hình 4.8. Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến hiệu quả xử lý COD và độ màu nước thải
nhuộm của nano oxyt phèn sắt CG ...........................................................................66
Hình 4.9. Ảnh hưởng lượng xúc tác đến hiệu quả xử lý COD và độ màu nước thải
nhuộm của nano oxyt phèn sắt CG. ..........................................................................68
Hình 4.10. So sánh hiệu quả giảm COD (A) và độ màu (B) nước thải của các xúc
tác khác nhau trong phản ứng Fenton dị thể. ...........................................................69
Hình 4. 11. Cơ chế chuyển điện tử do tương tác mạnh giữa oxyt sắt và oxyt silic ..70

xi


Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BET

:

Brunauer, Emmet và Teller

SEM

:

Scanning Electron Microscope

TEM

:

Transmission Electron Microscopy

XRD

:

X – Ray Diffraction

TGLX

:

Tứ giác Long Xuyên

ĐTM

:

Đồng Tháp Mười

ĐBSCL

:

Đồng bằng Sông Cửu Long

COD

:

Chemical Oxygen Demand

SS

:

Suspended Solids

BOD

:

Biological Oxygen Demand

SBR

:

Sequencing Batch Reactor

PAC

:

Poly Aluminium Chloride

AG1

:

An Giang 1

AG2

:

An Giang 2

CG

:

Cần Giờ

xii


Luận văn thạc sĩ

CHƢƠNG

MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Ngành dệt may được đánh giá là một trong các ngành xuất khẩu chủ lực của
Việt Nam trong những năm qua. Cụ thể là đến cuối năm 2014, sản phẩm dệt may
Việt Nam xuất khẩu đến hơn 180 quốc gia và vùng lãnh thổ; đóng góp 10% - 15%
GDP quốc gia hằng năm và kim ngạch xuất khẩu đạt 24,7 tỷ USD. Do đó, Việt Nam
được xếp loại là một trong những quốc gia có tốc độ tăng trưởng kim ngạch xuất
khẩu nhanh nhất thế giới đối với sản phẩm dệt may. Kết quả là có khoảng 6000
cơng ty hoạt động trong lĩnh vực dệt may; trong đó có 17% cơng ty dệt nhuộm (tính
đến thời điểm 2014). Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước thì nước thải từ
hoạt động công nghiệp dệt nhuộm đã và đang tác động không nhỏ đến mơi trường.
Theo ước tính để sản xuất 01 mét vải cần 10-14 lít nước. Trong nước thải dệt
nhuộm chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ, kim loại nặng, sulfit, halogen…Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất này có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật,
gây bệnh mãn tính và có thể gây ung thư đối với người và động vật[1 – 3]. Do đó

việc xử lý nước thải dệt nhuộm được xác định là nhiệm vụ hàng đầu và thu hút
nhiều sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong những năm qua.
Nhìn chung, có rất nhiều phương pháp hóa học, hóa lý, sinh học ...được áp dụng
để xử lý nước thải dệt nhuộm [4, 5, 7]. Trong đó phương pháp Fenton (đồng thể và
dị thể) được xem xét là một trong những phương pháp hữu hiệu có hiệu quả xử lý từ
90% trở lên [5].trong nghiên cứu để xử lý loại nước thải. Phương pháp Fenton có
một số ưu điểm và nhược điểm sau:
(1) Đối với phương pháp Fenton đồng thể (hay còn gọi là phương pháp Fenton
cổ điển), tác nhân oxy hóa được sử dụng là H2O2 và xúc tác là muối sắt (II) hoặc
(III); quá trình được tiến hành ở điều kiện axit (pH ~ 2-3). Do đó, sau quá trình xử
lý sẽ gặp một số vấn đề như nước sau xử lý chứa nhiều ion sắt; bùn thải (do keo tụ
tách xúc tác sắt) khó xử lý, phải axit mẫu trước khi xử lý,...
(2) Đối với phương pháp Fenton dị thể, tác nhân oxy hóa được sử dụng H2O2 và
xúc tác rắn là các dạng oxyt sắt; quá trình được tiến hành ở điều kiện gần pH trung
Trang 1


Luận văn thạc sĩ

tính (pH ~ 5-6). Nhìn chung, phương pháp Fenton dị thể cho hiệu quả xử lý nước
thải dệt nhuộm thường thấp hơn so với phương pháp Fenton đồng thể. Một trong
những ngun nhân chính có thể là do diện tích tiếp xúc với thuốc nhuộm của xúc
tác rắn thấp hơn so với xúc tác đồng thể. Tuy nhiên, với phương pháp Fenton dị thể,
xúc tác rắn có thể tái sử dụng nhiều lần, không tạo ra bùn thải sau quá trình xử lý,
điều kiện thực hiện phản ứng ở pH gần trung tính. Từ đó cho thấy rằng xử lý nước
thải dệt nhuộm bằng phương pháp dị thể tỏ ra nhiều ưu điểm hơn so với phương
pháp đồng thể.
Do đó, gần đây có rất nhiều nghiên cứu tập trung cải tiến hiệu quả xử lý của
phương pháp Fenton dị thể bằng cách nâng cao diện tích bề mặt riêng của xúc tác
rắn [4]. Ví dụ: nghiên cứu về ảnh hưởng của đến phản ứng hóa học của vật liệu

nano trong phản ứng Fenton dị thể[6] và diện tích bề mặt được coi là một tính năng
quan trọng của hạt nano [7, 8]. Tuy nhiên, sự tồn tại của các chất (Si, Al) trong cấu
trúc xúc tác rắn sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hoạt tính xúc tác oxyt sắt vẫn chưa
được bàn luận thấu đáo. Nhìn chung, vấn đề cải tiến hiệu quả xử lý nước thải dệt
nhuộm của hệ Fenton rắn vẫn còn là động lực cho nhiều nghiên cứu.
Thêm vào đó, vấn đề nước nhiễm phèn tại vùng Tứ giác Long Xuyên của Đồng
bằng Sông Cửu Long đã và đang gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nguồn
nước sinh hoạt và sức khỏe của người dân trong khu vực này. Gần đây, chúng tôi đã
nghiên cứu tổng hợp thành công các hạt nano oxyt phèn sắt từ nước nhiễm phèn sắt
và ứng dụng làm chất hấp phụ phốt phát trong môi trường nước.[9] Nhìn chung,
viêc xem xét ứng dụng nước nhiễm phèn như nguồn tài nguyên vẫn còn hạn chế.
Trong nghiên cứu này sẽ tập trung "đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải dệt
nhuộm của xúc tác nano oxyt phèn sắt" nhằm mở rộng hướng ứng dụng vật liệu
nano oxyt phèn sắt vào xử lý ô nhiễm môi trường và khai thác có hiệu quả nguồn tài
nguyên thiên nhiênđể góp phầnphát triển kinh tế cho đất nước theo hướng bền
vững.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo vật liệu nano oxyt sắt từ nước nhiễm phèn ở vùng Tứ Giác Long
Xuyênứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm.
Trang 2


Luận văn thạc sĩ

1.3. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Vật liệu nano oxyt sắt được tổng hợp từ nước nhiễm phèn (gọi là nano oxyt
phèn sắt);
- Nước thải từ quá trình dệt nhuộm.
Phạm vi nghiên cứu:

Xác định hiệu quả xúc tác của vật liệu nano oxyt phèn sắt trong hệ Fenton khi
xử lý nước thải dệt nhuộm.
1.4.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Vật liệu nano là loại vật liệu tìm năng, đặc biệt với vật liệu nano oxyt sắt và đã

có khơng ít các nghiên cứu tập trung vào đây. Tuy nhiên, đối với nano oxyt phèn sắt
(các hạt nano được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu nước tự nhiên nhiễm phèn),
nhưng vấn đề về chế tạo và ứng dụng vật liệu nano oxyt phèn sắt để làm xúc tác cho
phản ứng Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm vẫn chưa được khám phá. Nghiên
cứu này sẽ cho thấy nước nhiễm phèn có thể là nguồn nguyên liệu quý báu trong
sản xuất các hạt nano oxyt phèn sắt cho quá trình xử lý mơi trường.
Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn là ứng dụng các hạt nano oxyt phèn sắt vào
quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm trực tiếp, phương pháp này đem lại lợi ích kinh
tế và mơi trường bởi không tạo ra bùn thải và hạn chế sự tiêu tốn hóa chất. Khai
thác nguồn tài nguyên nước nhiễm phèn trong sản xuất vật liệu mới - vật liệu có
tiềm năng ứng dụng trong xử lý mơi trường. Các phương pháp nghiên cứu dựa trên
cơ sở khoa học, nghiên cứu khoa học trước đó. Các số liệu được đo đạc, phân tích,
tính tốn và xử lý theo phương pháp thống kê nên kết quả đạt được đảm bảo mang
tính khoa học.
1.5. Tính mới của đề tài
Nước nhiễm phèn được xem là một loại nước tự nhiên bị ô nhiễm đồng thời có
chứa hàm lượng ion sắt khá cao. Gần đây đã có nghiên cứu ứng dụngnước nhiễm
phèn trong xử lý nước thải dệt nhuộm… Tuy nhiên, việc sử dụng các hạt nano oxyt
phèn sắt được chế tạo từ nước tự nhiên nhiễm phèn làm chất xúc tác để xử lý nước

Trang 3

Luận văn thạc sĩ

thải dệt nhuộm có thể được xem là vấn đề mới và mở rộng hướng ứng dụng nguồn
tài nguyên nước nhiễm phèn vào đời sống.

Trang 4


Luận văn thạc sĩ

CHƢƠNG 2

TỔNG QUAN

2.1. Giới thiệu về nƣớc thải dệt nhuộm
Dệt nhuộm là loại hình cơng nghiệp đa dạng về chủng loại sản phẩm và nguyên
liệu, đặc biệt là thuốc nhuộm nên nước thải ngành dệt nhuộm cũng khá phức tạp.
Công nghiệp dệt nhuộm sử dụng nước là phần lớn và cũng thải ra môi trường
lượng nước thải tương ứng. Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh
từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hồn
tất [10,11 ,12 ], mà nguồn gây ơ nhiễm chính là ở cơng đoạn tẩy và nhuộm. Các loại
hóa chất được sử dụng: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất
ngậm, chất tạo môi trường tinh bột, chất oxy hóa và nhiều loại hóa chất cịn hịa tan
dưới dạng ion, làm tăng tính độc hại trong thời gian dài cho con người [11].
Xét theo yếu tố lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước
thải, ngành dệt nhuộm được đánh giá là một trong những ngành công nghiệp gây ô
nhiễm nhất.
* Nguyên liệu
Các loại thuốc nhuộm được sử dụng bao gồm:
-

Thuốc nhuộm trực tiếp: dùng để nhuộm vải cotton trong môi trường kiềm,
thường là muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ: R-SO3Nakém bền với ánh
sáng và khi giặt.

-

Thuốc hoàn nguyên: bao gồm các họ màu khác nhau: Indigo, phẩm sunfua, …
dùng để nhuộm những sợi bơng, sợi tổng hợp. Ngồi ra để có được sản phẩm
đẹp, bền màu, thích hợp với nhiều người tiêu dùng, ngồi phẩm nhuộm cịn có
các chất phụ trợ khác như chất thấm, chất giặt, chất điều chỉnh pH (CH3COOH,
Na2CO3, NaOH), hồ chống nước, hồ láng, hồ mềm, chất chống loang màu,…

-

Thuốc nhuộm phân tán: không tan trong nước nhưng ở dạng phân tán, huyền
phù trong dung dịch, có thể phân tán trên sợi. Được dùng để nhuộm sợi:
poliamide, polymide, polyester, axetat,…

-

Thuốc nhuộm axit : đa số chứa một hay nhiều nhóm -SO3H và một vài dẫn xuất
chứa nhóm -COOH dùng phẩm nhuộm trực tiếp các loại tơ chứa nhóm bazơ.
Trang 5


Luận văn thạc sĩ

-

Thuốc nhuộm hoạt tính: (cơng thức tổng quát S-F-T=X). Trong đó:
 F: phân tử mang màu
 S: nhóm tan trong nước
 T: gốc mang phản ứng
 X: nhóm có khả năng phản ứng

* Các loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là tên gọi chung của hợp chất hữu cơ có màu, đa dạng màu sắc,
chủng loại. Có khả năng nhuộm màu bằng cách bắt màu hay gắn màu trực tiếp lên
vải. Tùy theo cấu tạo, tính chất, và phạm vi người ta thành 2 loại: phân loại theo cấu
trúc hóa học và phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng.
-

Phân loại theo cấu trúc hóa học:
Trên cơ sở cấu trúc hóa học hoặc nhóm mang màu, thuốc nhuộm được phân

loại thành khoảng 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau. Trong đó thuốc nhuộm azo là
họ thuốc nhuộm quan trọng nhất, số lượng lớn nhất (60-70%). Các họ thuốc nhuộm
quan trọng còn lại gồm antraquinon (15%), tryarylmetan (3%) và phtaloxyanin
(2%) [8], nhóm Ptalociamin,…Cách phân loại này chỉ phổ biến trong các nhà máy
tổng hợp màu và ngành công nghệ hóa học [11].
Thuốc nhuộm azo:
Thuốc nhuộm azo là họ thuốc nhuộm có nhóm mang màu là một hệ thống nối
đơi liên hợp mà trong đó có chứa một hoặc nhiều nhóm azobenzen (–N=N-). Cơng
thức chung để tạo thành thuốc nhuộm azo gồm hai thành phần hợp chất hữu cơ –
một thành phần kết hợp và một thành phần azo [12]. Dựa vào số nhóm azo có trong
hệ mang màu của thuốc nhuộm, người ta chia ra thành các nhóm màu:
 Monoazo: Ar-N=N-Ar’
 Diazo: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’
 Tri và polyazo: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’-N=N-Ar’’’

 Trong đó: Ar’, Ar’’, Ar’’’,… là những gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo
đa vịng, dị vịng rất khác nhau.
Màu của thuốc nhuộm azobenzen là lớp màu quan trọng nhất. Nó bao gồm hầu
hết các loại màu theo phân lớp kỹ thuật.
Trang 6


Luận văn thạc sĩ

Thuốc nhuộm antraquinon:
Chứa một hoặc nhiều nhân antraquinon (hay các dẫn xuất) trong phân tử của nó.
Chiếm vị trí thứ haisau azobenzen, hầu như có đủ màu nhưng được sử dụng
nhiều nhất là màu tím, màu xanh lá cây và màu xanh dương.
Thuốc nhuộm ptaloclanin:
Thuốc nhuộm này là lớp thuốc nhuộm tương đối mới, hệ thống mạng N trong
phân tử của màu là một hệ liên hợp khép kín. Lớp này có đặc điểm: những ngun
tử hydro trong nhóm amino dễ dàng bị thay thế bởi các ion kim loại, làm cho màu
sắc của nó thay đổi. Sự thay đổi này phụ thuộc bản chất của ion kim loại (phần lớn
là kim loại đồng), có độ bền cao với ánh sáng.
Khoảng 90% thuốc nhuộm ptaloclanin là loại pigment nhưng xuất hiện trong
thuốc nhuộm hoạt tính, axit, hồn ngun và một số azotol. Ngồi ra cịn có các lớp
khác như: indigo, nitro, nitrozo, polimetin, arilamin, azometin, lưu huỳnh và hoàn
nguyên.
- Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng:
Đây là cách phân loại được chuyên gia cơng nghệ hóa học, cơng nghệ nhuộm
trong các nhà nhà máy và ngành kinh doanh màu sử dụng để giao dịch, sản xuất.
 Thuốc nhuộm trực tiếp
Hầu hết là thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất của diazo và flaloxyanin dưới
dạng muối natri của axit sunfonic hay cacboxylic hữu cơ (R-SO3Na).
Có khả năng tan trong nước, có thể nhuộm trực tiếp cho xơ cellulose, tơ tằm và

xơ polyamit. Sau quá trình giặt và phơi dưới ánh sáng trực tiếp thì độ bền màu
khơng cao.
Nhưng nó có nhiều gam màu và giá thành rẻ.
 Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Là những hợp chất màu trong phân tử có chứa nhóm cetone (R=C=O).
Có đủ màu sắc, bền với tác dụng của ánh sáng, khí quyển và gia cơng ướt, độ
bền với ma sát khơng cao.
Dùng để nhuộm chỉ, sợi bơng, lụa visco, ít khi nhuộm vải sợi protein và vải sợi
tổng hợp.
Trang 7


Luận văn thạc sĩ

 Thuốc nhuộm axit :
Là các muối sunfonat natri của các hợp chất hữu cơ khác nhau, cấu trúc phân tử
nhỏ và khơng thẳng, đều thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất của antraquinon,
triarylmetan, xanten, azin và quinophtalic.
Được dùng để nhuộm len, tơ tằm và xơ polyamit, với gia công ướt và tiếp xúc
với ánh sáng thì độ bền màu trung bình. Trong mơi trường axit thì thuốc nhuộm
được hấp thụ nhiều nhất, trong mơi trường trung hịa hay bazo thì chúng được hấp
thụ kém.
Thuốc nhuộm hoạt tính
Là những chất màu mà trong phân tử của nó có chứa các nhóm nguyên tử có
chứa các liên kết hóa trị với vật liệu nói chung và sợi vải nói riêng trong q trình
nhuộm.
Cơng thức tổng qt: S-R-T-X.
Trong đó:
 S: là nhóm tạo cho phân tử có độ hịa tan cần thiết, thườnglà các nhóm –
SO3Na, -COONa, -SO2CH2.

 R: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu sắc, độ bền
màu với ánh sáng, những gốc mang màu này thường là monoazo, diazo,
phức chất của thuốc nhuộm azo với ion kim loại, gốc antraquinon, hoàn
nguyên đa vịng, dẫn xuất của ptalocianin.
 T: gốc mang nhóm phản ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc nhuộm
với xơ, có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này.
 X: nhóm phản ứng, trong q trình nhuộm sẽ tách khỏi phân tử thuốc
nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hóa học với
xơ. Khơng ảnh hưởng đến màu sắc nhưng đôi khi ảnh hưởng đến độ hòa
tan của thuốc nhuộm.
Dùng để nhuộm len, tơ tằm.
Ưu điểm: với gia cơng ướt có độ bền màu cao, giá thành rẻ, kỹ thuật nhuộm
tương đối đơn giản.
Thuốc nhuộm bazo-thuốc nhuộm cation
Trang 8


Luận văn thạc sĩ

Là một trong những thuốc nhuộm được tổng hợp đầu tiên, có đủ gam màu, màu
tươi và đẹp.
Hầu hết là muối clorua, oxalate hoặc muối kép của bazo hữu cơ.
Với giặt giũ và tiếp xúc với ánh sáng có độ bền màu khơng cao nên ít được
dùng để nhuộm vật liệu dệt mà chủ yếu để nhuộm giấy, da, chiếu cói,…
Thuốc nhuộm phân tán
Là những hợp chất màu khơng tan trong nước do khơng chứa các nhóm có tính
tan như –SO3Na, -COONa.
Dùng để nhuộm các loại xơ ít hút ẩm và khó thấm nước như xơ acetate,
triacetate, polyester,…
Độ hịa tan trong nước rất nhỏ (khơng q 0,1mg/L). Chúng được nghiền đến

độ mịn rất cao (0,1-0,2µm) và được hòa tan vào dung dịch ở dạng huyền phù phân
tán cao. Ở dạng này, khi nhuộm chúng sẽ bắt vào xơ.
Có phân tử rất nhỏ nên có khả năng khuếch tán vào những xơ ghét nước và có
cấu trúc chặt chẽ.
Ngồi những thuốc nhuộm phân tán khơng tan trong nước, cịn có thuốc nhuộm
phân tán tạm thời trong nước. Khi nhuộm ở nhiệt độ cao, nhóm có tính tan của
thuốc nhuộm này sẽ tự tách ra và giải phóng phân tử thuốc nhuộm không tan trong
nước ở dạng phân tán cao để nó bắt vào xơ.
Thuốc nhuộm lưu huỳnh
Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ
nhưng tan trong môi trường kiềm.
Được sử dụng rộng rãi trong môi trường dệt nhuộm vải từ xơ cellulose, khơng
nhuộm được len và tơ tằm vì dung dịch nhuộm có tính kiềm mạnh.
Ưu điểm: dễ sản xuất, giá thành rẻ, có nhiều màu.
Pigment
Khơng tan trong nước do phân tử khơng chứa các nhóm có tính tan, hoặc các
nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi khơng tan trong nước.[11]
2.1.1. Nguồn gốc và thực trạng nước thải dệt nhuộm
Là hỗn hợp gồm:
Trang 9