Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải ngành dệt nhuộm bằng chitosan khâu mạch bức xạ có nguồn gốc từ vỏ tôm

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

Đặng Lê Minh Trí

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ
THUỐC NHUỘM DRIMAREN RED CL5B
TRONG NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM BẰNG
CHITOSAN KHÂU MẠCH BỨC XẠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012


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

Đặng Lê Minh Trí

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ
THUỐC NHUỘM DRIMAREN RED CL5B
TRONG NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM BẰNG
CHITOSAN KHÂU MẠCH BỨC XẠ

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60 42 30
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Trần Minh Quỳnh

Hà Nội - 2012


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ....................................................................................................................
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................................
DANH MỤC CÁC BẢNG ..........................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................
ĐẶT VẤN ĐỀ ..........................................................................................................01
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 04
1. SỰ PHÁT TRIỂN NGÀNH TÔM VÀ HỆ LỤY Ô NHIỄM TỪ VỎ TÔM ..04
2. CHITIN, CHITOSAN VÀ CÁC ỨNG DỤNG .................................................06
2.1 Nguồn gốc, công thức và cấu trúc của chitosan ..................................................06
2.2 Tính chất hóa học và khả năng ứng dụng của chitin/chitosan và dẫn xuất .........07
2.3 Quy trình sản xuất chitin/chitosan ......................................................................08
2.3.1 Quá trình loại bỏ protein ..................................................................................09
2.3.2 Q trình khử khống.......................................................................................09
2.3.3 Q trình khử màu ...........................................................................................10
2.3.4 Deacetyl chitin trong sản xuất chitosan ...........................................................10
2.4 Ứng dụng chitosan trong xử lý làm sạch môi trường .........................................10
2.5 Ứng dụng xử lý nước thải ngành dệt...................................................................11
3. CÔNG NGHỆ BỨC XẠ VÀ ỨNG DỤNG CHIẾU XẠ KHÂU MẠCH LÀM
BỀN VẬT LIỆU ......................................................................................................12
3.1 Các q trình hóa bức xạ .....................................................................................12
3.2 Khâu mạch chitosan bằng xử lý chiếu xạ............................................................ 13
4. NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM .............................................................................14

4.1 Phân loại thuốc nhuộm ........................................................................................15
4.2 Thuốc nhuộm hoạt tính .......................................................................................16
4.3 Tác hại của nước thải dệt nhuộm lên hệ sinh thái và các phương pháp loại bỏ
thuốc nhuộm khỏi nước thải......................................................................................17


5. XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ ..................18
5.1 Hiện tượng hấp phụ ............................................................................................. 18
5.1.1 Hấp phụ vật lý ..................................................................................................18
5.1.2 Hấp phụ hoá học............................................................................................... 19
5.2 Hấp phụ các chất hữu cơ trong môi trường nước ...............................................19
5.3 Động học hấp phụ ............................................................................................... 19
5.4 Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ .................................20
5.5 Nghiên cứu giải hấp phụ .....................................................................................22
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................23
1. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT ........................................23
1.1 Nguyên vật liệu, hóa chất ....................................................................................23
1.2 Thiết bị, dụng cụ .................................................................................................23
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .......................................24
2.1 Phương pháp điều chế chitosan từ vỏ tôm ..........................................................24
2.2 Các phương pháp xác định đặc tính của chitosan ...............................................26
2.2.1 Xác định khối lượng phân tử trung bình của chitosan .....................................26
2.2.2 Xác định độ deacetyl của chitosan thu được ....................................................27
2.3 Tạo hạt chitosan khâu mạch ion (chitosan bead) ................................................28
2.4 Tạo hạt chitosan khâu mạch bền bằng xử lý chiếu xạ ........................................29
2.4.1 Phương pháp xử lý chiếu xạ .............................................................................29
2.4.2 Xác định đặc trưng của hạt khâu mạch ............................................................ 29
2.5 Đánh giá khả năng hấp phụ của hạt chitosan khâu mạch ...................................29
2.5.1 Chuẩn bị nước thải mẫu chứa thuốc nhuộm hoạt tính .....................................30
2.5.2 Khả năng hấp phụ của hạt chitosan khâu mạch đối với Drimaren Red ...........30

2.5.3 Khảo sát khả năng giải hấp phụ .......................................................................31
2.5.4 Xác định độ màu nước thải sau quá trình hấp phụ màu ...................................32
2.5.5 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường tới khả năng hấp phụ của hạt
chitosan......................................................................................................................32
2.5.6 Hình ảnh hiển vi điện tử của hạt chitosan trước và sau quá trình hấp phụ ......33
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN............................... 34


1. ĐIỀU CHẾ CHITOSAN TỪ VỎ TƠM ............................................................ 34
1.1 Hình thái của sản phẩm chitosan thu được .........................................................34
1.2 Khối lượng trung bình của sản phẩm chitosan....................................................35
1.3 Độ deacetyl hóa của sản phẩm chitosan.............................................................. 36
2. TẠO HẠT CHITOSAN KHÂU MẠCH ION ...................................................37
2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chitosan đến khả năng tạo hạt .................................37
2.2 Ảnh hưởng của nồng độ chất khâu mạch sTPP đến hình dáng và kích thước
hạt .............................................................................................................................. 39
3. TẠO HẠT CHITOSAN KHÂU MẠCH BỀN BẰNG XỬ LÝ CHIẾU XẠ ...41
3.1 Ảnh hưởng của TAIC đến hạt chitosan khâu mạch ............................................41
3.2 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ tới hạt chitosan khâu mạch ..................................42
3.3 Đặc trưng của hạt chitosan khâu mạch bức xạ ....................................................44
4. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HẠT CHITOSAN KHÂU MẠCH BỨC XẠ
ĐỐI VỚI DRIMAREN RED CL-5B .....................................................................44
4.1 Xây dựng đường chuẩn về hàm lượng Drimaren Red CL-5B ............................ 45
4.2 Ảnh hưởng của điều kiện thực nghiệm đến khả năng hấp phụ của hạt chitosan
khâu mạch đối với Drimaren Red CL-5B .................................................................47
4.2.1 Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ .................................................................47
4.2.2 Ảnh hưởng của pH môi trường ........................................................................49
4.2.3 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ ....................................................................51
4.2.4 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ.....................................................................53
4.3. Khả năng hấp phụ của hạt chitosan khâu mạch ở điều kiện tối ưu ....................55

4.4 Nghiên cứu khả năng giải hấp phụ ......................................................................56
CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................58
CHƯƠNG V. KIẾN NGHỊ .....................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................60
PHỤ LỤC .....................................................................................................................


CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD

Nhu cầu oxy sinh hoá

COD

Nhu cầu oxy hố học

DA

Độ acetyl hóa (Degree of acetylation)

DD

Độ deacetyl hóa (Degree of deacetylation)

IR

Hồng ngoại (Infrared)

NLNTVN

Năng lượng nguyên tử Việt Nam

sTPP

Sodium tripolyphosphate (Na5P3O10)

TAIC

Tryallyl isocyanurate

TNHT

Thuốc nhuộm hoạt tính

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

VLHP

Vật liệu hấp phụ


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1. Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi ...................................... 15
Bảng 2. Một số mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ thơng dụng ........................................ 22
Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhớt tương đối của chitosan ... 36
Bảng 4. Các giá trị độ nhớt của dung dịch chitosan có nồng độ khác nhau ............ 36
Bảng 5. Kích thước hạt chitosan khâu mạch ion theo hàm lượng chất khâu mạch . 41

Bảng 6. Ảnh hưởng của chất khâu mạch đến hình dạng bên ngoài của hạt khâu
mạch ......................................................................................................................... 42
Bảng 7. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Drimaren Red ............... 47
Bảng 8. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến độ màu TNHH sau xử lý ............ 48
Bảng 9. Ảnh hưởng của pH đến độ màu TNHH sau xử lý ...................................... 50
Bảng 10. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến độ màu TNHH sau xử lý ............. 53
Bảng 11. Ảnh hưởng của nhiệt độ hấp phụ đến độ màu TNHH sau xử lý .............. 55
Bảng 12. Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp ............ 75


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1. Chế biến tơm và vỏ tôm thải ra từ công nghiệp chế biến tôm .................... 04
Hình 2. Thành phần hóa học chính của vỏ tơm ....................................................... 05
Hình 3. Cấu trúc phân tử của chitin, chitosan và cellulose ...................................... 06
Hình 4. Quy trình điều chế chitosan từ vỏ giáp xác ................................................. 08
Hình 5. Hệ chiếu xạ sử dụng nguồn chiếu xạ Co-60 ............................................... 12
Hình 6. Cấu tạo hóa học của một số loại TNHTchứa sunfon .................................. 16
Hình 7. Các mơ hình Langmuir về hấp phụ và giải hấp phụ ................................... 22
Hình 8. Cấu trúc thuốc nhuộm Drimaren Red CL-5B ............................................. 23
Hình 9. Điều chế chitosan từ vỏ tơm........................................................................ 25
Hình 10. Bố trí bảng nguồn trong buồng chiếu xạ .................................................. 31
Hình 11. Chitosan thu được sau a) 15; b) 30; c) 45 và d) 60 phút khử màu bằng
dung dịch KMnO4 .................................................................................................... 34
Hình 12. Đồ thị phụ thuộc của độ nhớt giới hạn và độ nhớt cố hữu của dung dịch
chitosan theo nồng độ............................................................................................... 36
Hình 13. Phổ hồng ngoại của chitosan thu được ..................................................... 37
Hình 14. Hình thái hạt chitosan khâu mạch ion tạo được trong dung dịch sTPP .... 38
Hình 15. Cơ chế tương tác giữa chitosan với sTPP mơi trường có nước ................ 39
Hình 16. Kích thước hạt chitosan thu được ............................................................. 40

Hình 17. Các hạt chitosan khâu mạch bức xạ tạo được với các liều chiếu xạ khác
nhau .......................................................................................................................... 42
Hình 18. Ảnh hiển vi điện tử quét của a) hạt chitosan khâu mạch ion, b) hạt khâu
mạch bức xạ ở 20 kGy và c) 40 kGy: tại các độ phóng đại khác nhau .................... 43
Hình 19. Phần trăm tạo gel và độ trương nước của hạt chitosan khâu mạch theo liều
chiếu xạ .................................................................................................................... 44
Hình 20. Phổ hấp thụ của các dung dịch chứa Drimaren Red CL-5B với hàm lượng
khác nhau.................................................................................................................. 45
Hình 21. Đường chuẩn xác định nồng độ Drimaren Red CL-5B ............................ 46


Hình 22. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ .......................................................... 48
Hình 23. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ thuốc nhuộm ........................... 50
Hình 24. Ảnh hưởng của thời gian ........................................................................... 52
Hình 25. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................ 54
Hình 26. Phổ hấp phụ của dung dịch CL-5B 0,2 g/L trước và sau khi hấp phụ bằng
CH3 ở điều kiện tối ưu ............................................................................................. 55
Hinh 27. Phổ hấp phụ của dung dịch CL-5B 0,2 g/L sau khi hấp phụ bằng CH3
trong 120 giờ ở điều kiện tối ưu ............................................................................... 56
Hình 28. Ảnh hiển vi điện tử quét hạt chitosan CH3 sau khi hấp phụ thành công
thuốc nhuộm (tại các độ phóng đại khác nhau) ....................................................... 56
Hình 29. Các chu kỳ hấp thụ - giải hấp phụ CL-5B................................................. 57


ĐẶT VẤN ĐỀ
Chitin là một polysaccharide được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên, chỉ đứng thứ
hai sau cellulose, tập trung nhiều trong vỏ các lồi giáp xác như tơm, cua cũng như
trong bộ xương ngoài của động vật nổi gồm san hô, sứa, mai mực. Chitosan là sản
phẩm deacetyl hóa (DD) chitin với các mức DD khác nhau. Giống như chitin,
chitosan có một số tính chất đáng quan tâm như phân hủy sinh học, tương hợp sinh

học và đặc biệt là không độc đối với con người và môi trường. Song khác với chitin,
nó có thể hịa tan tốt trong các dung dịch axit loãng, giúp dễ dàng áp dụng hơn.
Điều này làm cho nó trở thành vật liệu tiềm năng có thể ứng dụng trong nhiều
ngành khác nhau từ nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, đến y tế và môi trường.
Trong những năm gần đây, cùng với việc tìm ra những ứng dụng mới của chitin,
chitosan và dẫn xuất, việc sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm nguồn gốc chitin,
chitosan không ngừng gia tăng. Điều này giúp hạn chế ô nhiễm từ ngành công
nghiệp thực phẩm, do chất thải từ vỏ tơm, cua, mai mực có thể được tận dụng để
sản xuất chitosan, quá trình này cũng rất khả thi về mặt kinh tế nêu tận dụng được
lượng protein và caroteniods. Bên cạnh việc hạn chế ô nhiễm từ vỏ động vật giáp
xác, trong lĩnh vực môi trường, chitosan cịn có thể được tận dụng làm vật liệu hấp
phụ để loại bỏ các kim loại nặng và hợp chất ơ nhiễm hữu cơ khác nhờ sự có mặt
của các nhóm chức linh động amino và hydroxyl trong mạch phân tử của nó.
Mặc dù, cơng nghiệp dệt liên tục đổi mới để hạn chế việc sử dụng nước cũng như
giảm thiểu tác động đối với môi trường, do lượng nước thải quá lớn so với các
ngành công nghiệp khác, ngành dệt may đã gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng đối
với nguồn nước, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam [ 6].
Nước thải ngành dệt chứa nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau, song các nhà nghiên
cứu đã chỉ ra rằng, chất nhuộm là nguồn chính gây ơ nhiễm nguồn nước. Đa phần
các chất nhuộm đều là các hợp chất hữu cơ độc hại, gần như không phân hủy sinh
học. Sau khi đi vào môi trường, chúng sẽ tồn tài rất lâu hoặc chỉ phân hủy một phần
thành các tác nhân gây đột biến đối với sinh vật thủy sinh, gây ung thư đối với

1


người và động vật [1], vì vậy việc loại bỏ chất màu khỏi nước thải dệt nhuộm đã và
đang là vấn đề rất đáng quan tâm. Cho đến nay, nhiều phương pháp xử lý loại bỏ
chất mầu khỏi nước thải dệt nhuộm nhưng chưa có một phương pháp nào thực sự
hữu hiệu đối với các thuốc nhuộm hoạt tính 2. Phương pháp hấp phụ sử dụng các

vật liệu hấp phụ khác nhau đã được nghiên cứu rộng rãi trong việc loại bỏ một số
chất nhuộm hoạt tính khỏi nước thải công nghiệp dệt và gần đây nhiều vật liệu hấp
phụ nguồn gốc tự nhiên như xơ dừa, mạt cưa, chitosan đã được chứng minh là có
hiệu quả mà khơng gây ra bất kỳ hiệu quả xấu nào khác đối với môi trường.
Gần đây, chiếu xạ đã được xem như một công cụ hiệu quả để gây cắt mạch, khâu
mạch, hoặc ghép mạch với các monome chức năng qua đó sửa đổi đặc tính của
nhiều loại polymer khác nhau. Trong chương trình hợp tác với cơ quan Năng lượng
nguyên tử Nhật Bản, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam
đã áp dụng xử lý chiếu xạ để chế tạo một số vật liệu khâu mạch từ tinh bột,
carboxymethyl chitosan, polylactide, carboxymethyl tinh bột, PVA. Kết quả đã tạo
được vật liệu khâu mạch có khả năng hấp phụ các hợp chất phenol 3.. Mặc dù
chitosan là hợp chất polysaccharide có xu hướng phân hủy khi chiếu xạ, việc sử
dụng một số chất khâu mạch phù hợp có thể giúp tạo cấu trúc khâu mạch bền trong
hạt chitosan khâu mạch ion 19, qua đó làm tăng hiệu quả hấp phụ chất màu của nó.
Để đánh giá khả năng tận dụng chitosan từ vỏ tôm làm vật liệu xử lý nước thải ô
nhiễm màu, chúng tôi đã tiến hành đề tài:
“Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm Drimaren Red CL5B
trong nƣớc thải ngành dệt nhuộm bằng chitosan khâu mạch bức xạ”
Nghiên cứu này nhằm điều chế chitosan có mức DD khoảng 70% từ vỏ tơm trong
phịng thí nghiêm, từ đó tạo các hạt chitosan khâu mạch bức xạ với sự có mặt của
triallyl isocyanurate (TAIC) làm chất khâu mạch và đánh giá khả năng hấp phụ của
chúng đối với Drimaren Red CL-5B, một loại thuốc nhuộm hoạt tính thường dùng
trong ngành dệt, trong mơi trường nước thải giả định.
Các nội dung chính bao gồm:
- Điều chế chitosan từ vỏ tôm trong điều kiện phịng thí nghiệm.

2


- Thiết lập điều kiện tối ưu để tạo hạt chitosan khâu mạch ion có và khơng chứa

TAIC.
- Nâng cao tính bền của hạt chitosan bằng xử lý chiếu xạ khâu mạch với các liều
chiếu khác nhau.
- Đánh giá khả năng hấp phụ của chitosan khâu mạch đối với Drimaren Red.
Ý nghĩa khoa học của Đề tài: Nghiên cứu này áp dụng công nghệ bức xạ, một
công nghệ mới, hiện đại, thân thiện môi trường tạo vật liệu hấp phụ từ chitosan có
độ DD thấp nhằm khử mầu thuốc nhuộm hoạt tính. Phương pháp khâu mạch bức xạ
giúp hạn chế việc sử dụng các chất khâu mạch hóa học có độc tính cao như
epichlohydrin, glutaraldehyde..v..v.. mà vẫn tạo được hạt chitosan khâu mạch có độ
bền cải thiện.
Ý nghĩa thực tiễn của Đề tài: Ngoài việc thúc đẩy việc áp dụng cơng nghệ bức xạ
tạo vật liệu có tính năng mới, kết quả nghiên cứu có thể áp dụng để sản xuất vật liệu
hấp phụ bền từ vỏ tôm (chất thải công nghiệp chế biến thực phẩm). Các nghiên cứu
về hấp phụ chất nhuộm hoạt tính có thể phát triển để xử lý nhiều loại chất màu
“cứng đầu” khác có trong nước thải ngành dệt.

3


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. SỰ PHÁT TRIỂN NGÀNH TÔM VÀ HỆ LỤY Ô NHIỄM TỪ
VỎ TÔM
Thủy hải sản đóng một vai trị rất quan trọng trong cơ cấu hàng xuất khẩu của
Việt Nam. Năm 2011 ngành thủy sản đã xuất khẩu và thu được 6,1 tỷ USD, trong
đó tôm chiếm hơn 2,4 tỷ USD Error! Reference source not found.. Khối lượng
xuất khẩu tôm hàng năm đã đạt khoảng 270.000 tấn, diện tích ni tơm cơng nghiệp
được mở rộng lên 3.307 ha, tăng gần gấp đôi so với năm 2010 (thêm 1.556 ha), diện
tích ni tơm quảng canh cải tiến tăng lên 10.000 ha, thêm khoảng 6.500 ha so với
năm 2010 45].

Hình 1. Chế biến tơm và vỏ tơm thải ra từ công nghiệp chế biến tôm
Theo các báo cáo từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, sản phẩm tôm
đông lạnh chiếm tỷ trọng lớn nhất trong cơ cấu hàng thủy hải sản xuất khẩu của
nước ta, tương ứng với nó là khối lượng chất thải khổng lồ cịn lại sau q trình chế
biến gồm chủ yếu là đầu và vỏ tôm [48, 49]. Lượng chất hữu cơ dư thừa trong đầu
và vỏ tôm nếu không được xử lý bằng các biện pháp thích hợp sẽ bị phân hủy dưới
tác dụng của các vi khuẩn có trong mơi trường và các enzym nội tại hình thành các
hợp chất có mùi khó chịu như axit béo khơng no, mercaptan, CH4, H2S, indol,
skatol, NH3, methylamin… gây ô nhiễm trầm trọng đối với nguồn nước cũng như
khơng khí xung quanh cơ sở chế biến và bãi chứa chất thải 18. Phần chất thải rắn
4


còn lại đòi hỏi thời gian phân hủy lâu dài, lại tiếp tục gây những tác động không tốt
đối với môi trường.
Tại hầu hết các cơ sở chế biến thủy hải sản của chúng ta hiện nay, đầu và vỏ tôm
sau khi chế biến được thải loại trực tiếp vào bãi rác mà không qua xử lý bổ sung hay
tận dụng một cách hiệu quả. Tình trạng này đã gây ra sự lãng phí lớn nguồn protein
và polysaccharide trong vỏ tôm, cũng như việc ô nhiễm nghiêm trọng đối với mơi
trường nước và khơng khí xung quanh các cơ sơ chế biến thủy hải sản. Yêu cầu cấp
bách của các nhà quản lý cũng như các nhà khoa học trong lĩnh vực liên quan là làm
thế nào để tận dụng hiệu quả lượng chất thải này, hạn chế gây ô nhiễm mơi trường.
Gần đây, một số cơng trình nghiên cứu đã
3.64

chỉ ra khả năng tận dụng chất thải từ chế

27.2

biến thủy hải sản làm thức ăn chăn ni

hoặc phân bón sinh học 26.
Người ta cũng biết rằng, vỏ tôm chứa

45.16

một lượng rất lớn chitin, trung bình
khoảng 27,2% và có thể lên đến trên 30%
như chỉ ra trên hình 2 28. Vỏ các lồi
giáp xác như tơm, cua, tơm hùm rất giàu
chitin và là nguồn nguyên liệu đủ lớn để
cung cấp cho ngành công nghiệp sản xuất
chitin và chitosan thương mại. Theo
nhiều nghiên cứu đã được cơng bố, vỏ

23

Chitin
Protein
Khống
Nước và các chất khác

Hình 2. Thành phần hóa học chính
của vỏ tơm

giáp xác chứa khoảng 30-40% protein, 30-50% khoáng calcium carbonate và một
lượng lớn chitin. Tùy thuộc vào giống, điều kiện dinh dưỡng, mùa vụ đánh bắt mà
thành phần chitin trong vỏ các loài giáp xác thay đổi từ 13-42%. Đây là một trong
những polysacchride biển có tính tương hợp sinh học tốt và khơng độc. Thêm vào
đó, các dẫn xuất của nó như chitosan có nhiều hoạt tính sinh học đặc biệt như tính
kháng khuẩn, chống ơxy hóa nên đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh

vực khác nhau. Như vậy, việc điều chế và sản xuất chitosan từ vỏ tơm sẽ góp phần
tận dụng hiệu quả nguồn chất thải từ các cơ sở chế biến thủy hải sản, phát triển công
5


nghệ và tăng hiệu quả kinh tế cũng như hạn chế ô nhiễm, đồng thời thúc đẩy việc
nghiên cứu và ứng dụng các sản phẩm từ chitin, chitosan ở Việt Nam.

2. CHITIN, CHITOSAN VÀ CÁC ỨNG DỤNG
2.1 Nguồn gốc, công thức và cấu trúc của chitosan
Chitin là một polysaccharide bắt gặp phổ biến trong tự nhiên với sản lượng rất
lớn, đứng thứ hai chỉ sau cellulose, nó tập trung nhiều trong bộ xương ngoài của
một số động vật, vỏ các loài giáp xác, sinh khối nấm mốc..v..v.. Polyme tự nhiên
này có cấu trúc gồm các đơn vị N-acetyl-glucosamine liên kết chặt chẽ với nhau
thông qua liên kết glycoside, giúp cho nó có cấu trúc cứng và bền hơn cả cellulose.
Như có thể thấy trên hình 3, với cấu trúc bán tinh thể và liên kết hydrogen doãng
rộng, mật độ năng lượng bám dính cao nên chitin khơng tan trong hầu hết các dung
mơi thơng thường 31. Hình ảnh hiển vi điện tử quét cũng cho thấy cấu trúc bề mặt
khá chặt chẽ, phẳng lỳ của chitin. Kết quả là chitin rất khó tham gia vào các phản
ứng hóa học, làm cho việc ứng dụng nó bị hạn chế đáng kể. Chính vì vậy, nhiều
nghiên cứu tạo ra các dẫn xuất có khả năng hịa tan tốt hơn từ chitin đã được thực
hiện trong những thập kỷ qua.

CELLULOSE

Hình 3. Cấu trúc phân tử của chitin, chitosan và cellulose [21]

6

Chitosan – một sản phẩm deaxetyl hóa (DD) của chitin, là một trong những dẫn
xuất quan trọng, vì khả năng tan tốt của nó trong các dung dịch axit lỗng, cũng như
có một số hoạt tính sinh học đáng quan tâm khác ngoài khả năng phân hủy, tương
hợp sinh học và khơng độc giống như chitin.

2.2 Tính chất hóa học và khả năng ứng dụng của chitin/chitosan và dẫn
xuất
Chitosan thường đạt được thơng qua phản ứng khử acetyl, chuyển nhóm N-axetyl
tại vị trí C2 của chitin thành nhóm amin (NH2). Theo quy ước, nếu trong cấu trúc
phân tử chitin/chitosan, các đơn vị N – axetyl – D – glucosamin chiếm tỷ lệ lớn,
nghĩa là mức acetyl hóa (Degree of acetylation DA) trên 50%, thì gọi là chitin; cịn
ngược lại (DA ≤ 50%) được gọi là chitosan 13. Trong thực tế, người ta thường sử
dụng chitosan có mức DD trên 65%.
Là một chất rắn, xốp, nhẹ, có dạng vảy ở điều kiện thường và có thể nghiền thành
bột mịn với kích cỡ khác nhau. Chitosan thường có màu trắng hay vàng nhạt, không
mùi vị, không tan trong nước hay dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhưng tan trong
acid loãng (pH=6). Về mặt cấu trúc hóa học, chitosan là một copolymer mạch thẳng
gồm rất nhiều đơn vị cấu trúc glucosamine và N-acetyl-D-glucosamine liên kết với
nhau thông qua liên kết β(14) glycoside. Với cấu trúc đa điện tích dương,
chitosan trở thành dạng proton mang điện tích dương trong mơi trường pH thấp,
giúp nó dễ dàng hịa tan. Mặt khác, khi pH tăng trên 6, các đơn vị glucosamine của
chitosan bị khử proton làm cho polyme bị mất điện tích dương và trở nên khơng tan.
Chitosan có khả năng tạo thành dung dịch keo trong, tạo màng bọc. Hai đặc tính cơ
bản của chitosan là mức DD và độ dài mạch phân tử của nó, các đặc tính quan trọng
này sẽ quyết định tính tan, độ kết tinh, tính bền nhiệt, hoạt tính sinh học và khả năng
ứng dụng của chitosan. Phụ thuộc vào nguồn gốc và quá trình điều chế. Các sản
phẩm chitosan thương mại có trên thị trường thường có nhiệt độ nóng chảy dao
động từ 309 - 311C và trọng lượng phân tử trung bình từ 100 - 1.200 kDa.

7

Với trọng lượng phân tử và DD nằm trong một khoảng biến thiên lớn, chitosan
đã được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Người ta nhận ra rằng, khả năng
ứng dụng của chitosan phụ thuộc rất nhiều vào khoảng trọng lượng phân tử trung
bình của nó. Các nghiên cứu gần đây cũng cho
thấy khả năng ứng dụng của các oligo-chitosan
cũng như dẫn xuất khác của nó, đặc biệt là các

Vỏ tôm,
cua

dẫn xuất N-ankyl, N-carboxyankyl, O-ankyl và
Rửa và sấy khô

O-carboxyankyl chitosan.

2.3 Quy trình sản xuất chitin/chitosan
Trong nhiều năm qua, nhiều quy trình sản xuất

Nghiền và lọc

chitin/chitosan từ các nguồn khác nhau đã được
nghiên cứu và áp dụng. Có thể thấy rằng, tính
chất của sản phẩm chitin và chitosan phụ thuộc
rất nhiều vào loại nguyên liệu ban đầu và phương
pháp sản xuất. Như vậy mối quan hệ giữa các

Loại bỏ protein

Rửa
Khử khống

điều kiện xử lý và đặc tính của các sản phẩm phải
được giám sát liên tục để đạt được dạng sản

Rửa

phẩm có chất lượng phù hợp và đồng nhất. Ngay
từ giữa thế kỷ trước, Hackman đã đưa ra phương

Khử màu

pháp điều chế chitin từ vỏ tôm, cho đến nay
phương pháp này đã được sửa đổi và một số
phương pháp mới đã được áp dụng [21, 25]. Về
nguyên lý, quy trình điều chế chitin từ vỏ các loại
giáp xác gồm 3 bước cơ bản: loại bỏ và tận dụng

Rửa, sấy
Deacetyl hóa chitin
Rửa, sấy

protein (Deproteinization), loại bỏ các muối
calcium

carbonate

và

phosphat

calcium

(Demineralization) và loại bỏ các sắc tố

Chitosan thành
phẩm

(Decoloration). Hai bước đầu có thể hốn đổi cho
nhau, nghĩa là khử khống rồi mới khử protein.

Hình 4. Quy trình điều chế
chitosan từ vỏ giáp xác

8


Tuy nhiên, nếu muốn tận thu nguồn protein thì phải tách chiết protein trước khi khử
khoáng để thu được sản lượng protein có chất lượng. Hình 4 trình bày các bước
chính trong q trình điều chế chitin và chitosan. Các bước này có thể điều chỉnh ít
nhiều để phù hợp với việc sản xuất trên quy mô công nghiệp
2.3.1 Quá trình loại bỏ protein
Trong tự nhiên, chitin thường liên kết với protein. Một vài protein có thể tách ra
bằng các phương pháp đơn giản, nhưng đa phần các protein khác không thể chiết ra
bởi chúng được liên kết chặt chẽ với chitin qua các liên kết đồng hóa trị với aspartyl
và histidyl để hình thành một cấu trúc ổn định giống như glycoprotein. Vì thế vỏ
tơm, cua thường được nghiền và xử lý bằng dung dịch kiềm loãng (NaOH 1-10%) ở
nhiệt độ cao 65-100°C để hòa tan protein.
Thời gian tiến hành phản ứng thường từ 0,5 – 6 giờ tùy từng phương pháp sử

dụng. Xử lý bằng kiềm kéo dài trong những điều kiện khắt khe có thể làm phân hủy
và deacetyl hóa polyme hình thành. Q trình loại bỏ protein tối ưu cũng có thể đạt
được bằng cách xử lý với dung dịch potassium hydroxide KOH loãng. Xử lý bằng
enzym cũng có thể áp dụng thay thế cho xử lý bằng dung dịch kiềm ở nhiệt độ cao.
Khi thu hồi protein, giá trị pH của dung dịch giảm xuống đến điểm đẳng điện của
protein để kết tủa. Các protein thu hồi có thể được dùng như chất phụ gia cao cấp
cho thức ăn gia súc.
2.3.2 Q trình khử khống
Sự khử khoáng thường được tiến hành bằng dung dịch acid HCl (≥ 10%) ở
nhiệt độ phòng để hòa tan CaCO3 thành CaCl2. Có thể dùng HCl nồng độ cao hoặc
acid formic 90% để khử khống. Thường thì nồng độ chất tro sau khử khống đánh
giá hiệu quả của q trình thường là 31-36%. Một số acid khác như acid sulfurous,
acid acetic cũng có thể dùng để khử khống, nhưng sử dụng acid mạnh có thể gây
khử polyme hóa và deacetyl hóa chitin sinh ra. Trong suốt q trình khử khống có
hiện tượng khơng mong muốn là hình thành bọt khí rất mạnh do phản ứng:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O

(1.1)

Để điều khiển và làm giảm bọt có thể bổ sung chất phá bọt silicon polymer 10%
mà không dùng chất tạo huyền phù.
9


2.3.3 Quá trình khử màu
Bởi vì các sắc tố trong vỏ giáp xác tạo phức với chitin, cần phải khử màu, tẩy
trắng chitin thành sản phẩm dạng bột trắng. Có thể dùng acid hoặc kiềm để khử màu
chitin. Nghiên cứu cho rằng đồng phân 4-ceton, 4,4’ dicetone-β-carotene liên kết
chặt chẽ với chitin ở ngoài vỏ của cua. Và mức độ liên kết này thay đổi giữa các
lồi. Trong q tình khử màu cần chú ý là những chất hóa học khơng được làm ảnh

hưởng đến tính chất vật lý, hóa học của chitin và chitosan.
2.3.4 Deacetyl chitin trong sản xuất chitosan
Deacetyl là quá trình chuyển chitin thành chitosan bằng cách khử nhóm acetyl.
Thường được tiến hành bằng xử lý KOH hoặc NaOH 40-50% ở nhiệt độ trên 100°C
trong 30 phút hoặc lâu hơn để khử một phần hoặc hoàn toàn nhóm acetyl khỏi
polymer đó. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chitosan thành phẩm do
đó phải đảm bảo điều kiện phù hợp nhất. Trong quá trình deacetyl hóa, các điều
kiện cần thiết sẽ là khử hóa acetyl đủ để hình thành chitosan hịa tan trong acid
acetic lỗng, mà không làm phân hủy chúng. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
sản xuất chitosan gồm:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao sẽ làm tăng mức độ deacetyl hóa nhưng lại làm giảm kích
thước phân tử.
- Thời gian deacetyl hóa và nồng độ kiềm: Nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình
deacetyl sẽ diễn ra nhanh hơn trong 1 giờ đầu ở dung dịch NaOH 50% tại 100°C.
Tuy nhiên sau đó quá trình phản ứng sẽ từ từ lên đến 78% trong 5 giờ. Do đó, xử lý
bằng kiềm hơn 2 giờ sẽ khơng deacetyl hóa chitin một cách đáng kể, mà còn phân
hủy các chuỗi phân tử. Khi nồng độ kiềm giảm thì tốc độ giảm, độ nhớt cũng như
khối lượng phân tử chậm lại. Tuy nhiên, nếu điều kiện xử lý quá nhẹ, thì sản phẩm
chitosan hình thành sẽ không tan trong acid yếu.

2.4 Ứng dụng chitosan trong xử lý làm sạch mơi trƣờng
Chitosan có rất nhiều ứng dụng trong xử lý môi trường như: loại bỏ kim loại
nặng, chất ô nhiễm hữu cơ bằng cách tạo keo tụ hoặc tạo phức không tan với chúng,
bắt giữ thu hồi các kim loại quý, chất thải phóng xạ (Uranium, Cadimium). Đó là
các ứng dụng rộng rãi và có giá trị kinh tế nhất của chitosan.
10


Trong phân tử của chitosan có chứa các nhóm chức với các nguyên tử oxi và nitơ
còn cặp electron chưa sử dụng. Chúng có khả năng tạo phức với hầu hết các kim

loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+… giúp tách
các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước một cách dễ dàng hơn. Khả năng tạo
phức này của chitosan đã được gia tăng đáng kể khi khâu mạch thành vật liệu gel ưa
nước 40. Các dẫn xuất hòa tan trong nước như N(o-carboxybenzyl) chitosan, Ncarboxymethyl chitosan đã được sử dụng để thu hồi một số kim loại quý 28.
Trong dung dịch axit, các nhóm amin trong phân tử chitosan cũng bị proton hóa
(protonation), để trở nên dễ dàng hấp phụ một số hợp chất phenol, chất nhuộm
kiềm. Một ứng dụng lớn khác của chitosan và dẫn xuất là làm giảm độ đục của nước
thải từ ngành công nghiệp thực phẩm, ứng dụng này dựa vào khả năng kết tụ của
chúng với các hợp chất hữu cơ. Nguồn nước thải từ các nhà máy chế biến thực
phẩm chứa một lượng lớn protein, chitosan có thể giữ lại phần lớn lượng đạm này
và sau khi qua một số công đoạn sấy, tiệt trùng, lượng protein này lại có thể được
dùng làm thức ăn bổ sung cho gia súc 16.
Ngồi ra, chitosan cịn chứng tỏ khả năng điều hòa bùn rất tốt, cả bùn thải ra từ
quá trình xử lý nước thải sinh hoạt lẫn cơng nghiệp, giúp bùn phân hủy sinh học
nhanh chóng trong mơi trường đất và giảm chi phí khi thực hiện tách nước ra khỏi
bùn bằng phương pháp ly tâm 18.

2.5 Ứng dụng trong xử lý nƣớc thải ngành dệt
Quá trình hấp phụ thuốc nhuộm lên chitosan là quá trình tỏa nhiệt và sự gia tăng
nhiệt độ làm tăng tốc độ hấp phụ nhưng lại làm giảm khả năng hấp phụ. Tuy nhiên,
lượng thuốc nhuộm thường chiếm hàm lượng rất thấp trong nước thải ngành dệt,
nên sự thay đổi nhiệt độ khơng ảnh hưởng đáng kể đến q trình hấp phụ chất
nhuộm màu 8. Các vật liệu hydrogel nguồn gốc chitosan đã được sử dụng để xử lý
nước thải ô nhiễm màu từ các nhà máy dệt nhuộm.
Các nghiên cứu của Chiou và cộng sự đã chỉ ra rằng chitosan khâu mạch có khả
năng hấp phụ thuốc nhuộm bản chất kiềm cao hơn nhiều so với chitosan không
khâu mạch. Nguyên nhân là nhóm (NH2) trong phân tử chitosan khâu mạch dễ bị
proton hóa bởi acid mơi trường hơn và là tâm hấp phụ với thuốc nhuộm kiềm. Dung
11

lượng hấp phụ của chitosan khâu mạch có thể đạt mức 1800 g/kg chất hấp phụ và
dung lượng hấp phụ ban đầu phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của chất ơ nhiễm.
Ngồi độ pH, thời gian hấp phụ và tốc độ dòng cũng ảnh hưởng tới tới động học
quá trình hấp phụ thuốc nhuộm.

3. CƠNG NGHỆ BỨC XẠ VÀ ỨNG DỤNG CHIẾU XẠ KHÂU
MẠCH LÀM BỀN VẬT LIỆU
3.1 Các q trình hóa bức xạ
Cơng nghê bức xạ là dùng năng lượng của bức xạ, kể cả bức xạ ion hóa và bức
xạ khơng ion hóa, tác động lên đối tượng chiếu xạ, gây ra các hiệu ứng vật lý, hóa
học và sinh học nhất định, nhằm biến đổi tính chất của nó, hoặc tạo ra các vật liệu
mới nhằm đáp ứng những yêu cầu cụ thể trong thực tiễn. Các phản ứng hóa học
diễn ra dưới tác động của bức xạ được gọi là phản ứng hóa bức xạ, có thể xảy ra rất
nhanh ngay trong và sau quá trình chiếu xạ. Trong quá trình này, năng lượng của
bức xạ, thường là bức xạ tia gamma từ nguồn Co-60, Cs-137 hoặc chùm tia X được
gia tốc đến năng lượng cao, sẽ tác động lên vật chiếu, gây ra các phản ứng hóa học
khác nhau. Các nhà hóa học Liên Xơ cũ đã áp dụng q trình này để thực hiện
những phản ứng kinh điển trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ mạch vòng tiêu tốn
nhiều năng lượng cũng như hóa chất đầu vào 27. . Phản ứng hóa bức xạ được
nghiên cứu nhiều trong việc biến tính vật liệu polyme, tạo cho nó những đặc tính
phù hợp với ứng dụng.
1.Thanh dẫn nguồn
2. Cáp kéo nguồn
3. Hệ thống nâng nguồn
4. Thùng hàng
5. Đường hàng
6. Phòng điều khiển
7. Phòng điện
8. Cửa vào buồng chiếu

9. Hệ thống thơng gió
10. Bản nguồn dưới
nước
11. Tường bảo vệ

Hình 5. Hệ chiếu xạ sử dụng nguồn chiếu xạ Co-60

12


Phản ứng hóa bức xạ có thể diễn ra trong tất cả các môi trường. Trong môi
trường chứa nước, quá trình xạ phân nước hình thành các ion H2O+ và các phân tử
nước bị kích thích xảy ra gần như tức thời khi chiếu xạ, dẫn đến hình thành các gốc
tự do linh động gồm H*, OH*, eaq- để tiếp tục gây ra các phản ứng hóa học theo dây
chuyền khác. Trong mơi trường đơng đặc, ví dụ hỗn hợp polyme, phản ứng hóa bức
xạ vẫn xảy ra nhưng tùy thuộc vào bản chất của vật liệu mà tốc độ phản ứng diễn ra
nhanh hay chậm. Ngoài khả năng khơi mào cho phản ứng trùng hợp các monome
thành polyme, dưới tác động của bức xạ, hai quá trình, làm gẫy mạch (chain
scission) và khâu mạch (crosslinking) các phân tử polyme có thể đồng thời diễn ra.
Tuy nhiên tốc độ của từng quá trình là khác nhau và như vậy, ta có hai loại vật liệu
polyme (chia theo mức nhạy cảm đối với bức xạ ion hóa) đó là loại hướng cắt mạch
và loại hướng khâu mạch. Thông thường các polyme mạch thẳng như polyethylene
(PE), hoặc có các đơn vị mạch vòng như polystyrene (PS) là polyme thiên về khâu
mạch còn polyme có phân nhánh trong đơn vị cấu trúc hoặc có thêm các nguyên tử
khác carbon và hydro như polypropylene (PP) hoặc poly(methyl methacrylate)
(PMMA) là loại thiên về cắt mạch. Tuy nhiên, có thể sử dụng các chất nhạy hoặc ức
chế bức xạ để điều chỉnh hiệu ứng chung của quá trình chiếu xạ 42.

3.2 Khâu mạch chitosan bằng xử lý chiếu xạ
Khâu mạch là tạo các liên kết giữa các mạch phân tử polyme khác nhau hoặc

trong chính mạch polyme gốc, để hình thành cấu trúc mạng lưới khơng gian ba
chiều, có những tính bền cải thiện, cũng như một số đặc tính hóa - lý và cơ học đặc
biệt mà polyme thường khơng có được. Chẳng hạn suất đàn hồi của PE khâu mạch
với mức khâu mạch khoảng 50 - 60%, gấp đôi so với PE thường, PE khâu mạch
không tan trong các dung môi, nhiệt độ cháy của PE khâu mạch cao gấp 1,2 lần so
với PE khơng khâu mạch. Đặc biệt loại vật liệu này cịn có khả năng nhớ hình dáng
trước khi bị biến dạng nhiệt và có thể quay lại hình dáng ban đầu khi làm lạnh trở
lại. Đây là hiệu ứng co nhiệt đã được ứng dụng rất rộng rãi và có hiệu quả kinh tế
trong nhiều lĩnh vực.
Khâu mạch là ứng dụng thương mại lớn nhất của xử lý chiếu xạ các vật liệu
polyme. Các mạng lưới polyme khâu mạch có thể giữ được hình dạng và các đặc
13


tính hữu ích ở nhiệt độ cao hơn mà khơng bị nóng chảy. Nhìn chung, polyme khâu
mạch có tính bền hóa học và cơ học tốt hơn polyme thường. Quá trình khâu mạch
bức xạ được thực hiện với tốc độ cao mà khơng địi hỏi gia nhiệt hay sử dụng các
chất khâu mạch độc hại như khâu mạch phi bức xạ 30. Các hạt chitosan khâu mạch
ion, khâu mạch hóa học 23, đã được sử dụng làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ chất
nhuộm trong nước thải, tuy nhiên độc tính cao của epichlohydrin đã hạn chế khả
năng ứng dụng của nó. Khâu mạch chitosan bằng bức xạ đã đạt được khi bổ sung
carbon tetrachloride, một chất nhạy bức xạ vào các dung dịch chitosan 12. Nghiên
cứu cũng chỉ ra rằng chitosan khâu mạch bức xạ có tính bền cơ học cao hơn, giúp
tăng cường khả năng tái sử dụng vật liệu nhiều lần.

4. NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM
Bảng 1. Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi
Loại thuốc nhuộm

Loại xơ sợi

Tổn thất vào dòng thải, %

1.

Axit

Poliamit

5  20

2.

Bazơ

Acrylic

05

3.

Trực tiếp

Xenlulo

5  30

4.

Phân tán

Polieste

0  10

5.

Phức kim loại

Len

2  20

6.

Hoạt tính

Xenlulo

10  50

7.

Lưu hóa

Xenlulo

10  40

8.

Hồn ngun

Xenlulo

5  20

Stt

Ngay từ xa xưa, dệt nhuộm đã là một trong những ngành nghề quan trọng đối
với đời sống con người. Cùng với sự gia tăng nhanh chóng của dân số thế giới, sản
phẩm dệt may ngày càng gia tăng về số lượng, chất lượng và chủng loại. Ở Việt
Nam, công nghiệp dệt may đã được hình thành và phát triển hơn một thế kỷ, hiện
trở thành một trong những ngành mũi nhọn, đóng góp lớn vào GDP hàng năm.
Trong năm 2011, toàn ngành đã sản xuất được trên 1,2 tỉ mét vải, trong đó riêng cho
xuất khẩu đạt khoảng 500-600 triệu mét và đang tiến tới mục tiêu 1 tỉ mét vải xuất
khẩu vào năm 2015 44. Tuy nhiên, cùng với những thành cơng đó là một lượng lớn
14


chất nhuộm màu đã bị thải ra môi trường, đã và đang gây ra nhiều vấn đề nghiêm
trọng đối với hệ sinh thái [ 6].
Công nghiệp dệt sử dụng một lượng lớn nước và nước thải ngành dệt là tổng
hợp nước thải công nghiệp phát sinh từ tất cả các cơng đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy
trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hồn tất, trong đó, chủ yếu là nước dùng cho q
trình nhuộm và hồn tất sản phẩm 33. . Mặc dù thành phần chất rắn lơ lửng gồm dư
lượng chất nhuộm đã liên tục giảm xuống nhờ áp dụng công nghệ mới, song do tác
hai của chúng đối với hệ sinh thái, cũng như việc thải ra một lượng nước thải quá
lớn, dệt nhuộm được đánh giá là ngành công nghiệp gây ô nhiễm nhất trong số các
ngành công nghiệp 34. Và các chất nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm cần phải loại bỏ

để làm sạch mơi trường vì chúng làm cho dịng nước thải có màu đậm đặc, ngăn cản
quá trình quang hợp của các thực vật, gây tác động xấu đối với hệ sinh thái 11. Như
có thể thấy trên bảng 1, dư lượng chất nhuộm thải vào mơi trường là rất lớn tính
theo tỷ lệ thuốc nhuộm áp dụng.

4.1 Phân loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp phụ 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 xác định [2]. Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng các hợp chất tự
nhiên chiết xuất từ động thực vật để nhuộm màu quần áo, ngày nay thuốc nhuộm
tổng hợp thường được sử dụng nhờ khả năng sản xuất với số lượng lớn, cũng như
hiệu quả gắn màu cao, tính bền màu và gần như không bị phân hủy theo thời gian.
Các loại thuốc nhuộm tổng hợp có cấu trúc hóa học gồm các nhóm mang màu và
nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đơi liên hợp với hệ
điện tử π không cố định như: >C=C<, >C=N, N=N , NO2… Nhóm trợ màu là
những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: NH2 , COOH , SO3H , OH… đóng
vai trị tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của
hệ điện tử.
Có rất nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau đang được sử dụng, được phân chia
dựa theo cấu trúc hóa học như thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc
nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin; hoặc theo đặc tính và phạm vi áp
15


dụng, chẳng hạn thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hố, thuốc nhuộm
hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp được sử dụng nhiều cho xơ sợi, xenlulo (bông,
visco…), hay thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ, thuốc nhuộm axit dùng
cho sợi tổng hợp, len và tơ tằm 2.

4.2 Thuốc nhuộm hoạt tính

Thuốc nhuộm hoạt tính là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với xơ
sợi thông qua các liên kết cộng hóa trị trong những điều kiện nhất định. Thuốc
nhuộm hoạt tính (reactive dyes) được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp dệt
may của nước ta. Đây là loại chất nhuộm rất khó loại bỏ do khả năng hịa tan tốt
trong nước [ 5].

Hình 6. Cấu tạo hóa học của một số loại TNHT chứa sulfon
Đúng như tên gọi, trong cấu trúc phân tử của các loại thuốc nhuộm hoạt tính đều
chứa một hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau như vinylsunfon, halotriazin và
halopirimidin. Được phát minh từ giữa thế kỷ trước, nhiều loại thuốc nhuộm hoạt
tính đã và đang được sử dụng để nhuộm màu vải sợi, đặc biệt là sợi bông và thành
phần bông trong sợi pha do khả năng tạo màu phong phú, tính bền màu cao và dễ
dàng đạt được độ đồng đều về màu khi nhuộm. Cấu trúc đặc trưng của thuốc nhuộm
hoạt tính gồm một nhóm anion giúp nó hịa tan tốt trong nước (S), nhóm mang màu

16