Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl da cam metylen xanh của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
---------    ---------

NGÔ THỊ LAN ANH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL DA CAM,
METYLEN XANH CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HĨA HỌC

Thái Nguyên, 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của
PGS.TS. Lê Hữu Thiềng trong suốt q trình hồn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám hiệu, khoa Sau
Đại học, khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ phịng thí nghiệm
khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Ngun và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp
đỡ, tạo điều kiện cho tơi trong suốt q trình thực nghiệm.
Cùng với sự biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu,
tổ Hóa - Sinh - Trường THPT Đồng Hỷ đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
cho tơi trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn này.
Thái Nguyên, tháng 8 năm 2011

Tác giả

Ngô Thị Lan Anh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................1
MỤC LỤC .................................................................................................................................2
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................................4
CHƢƠNG I TỔNG QUAN ......................................................................................................7
1.1.Nƣớc thải dệt nhuộm .......................................................................................................7
1.1.1.Thuốc nhuộm ................................................................................................................7
1.1.2.Nguồn phát sinh nƣớc thải trong công nghiệp dệt nhuộm ............................................8
1.1.3.Giới thiệu về metyl da cam và metylen xanh ..............................................................9
1.1.3.1.Metyl da cam .............................................................................................................9
1.1.3.2.Metylen xanh ...........................................................................................................10
1.1.4.Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm .......................................10
1.2.Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ...............................................................................11
1.2.1.Các khái niệm .............................................................................................................11
1.2.2.Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ .................................................................13
1.2.2.1.Mơ hình động học hấp phụ ......................................................................................13
1.2.2.2.Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ .............................................................................13
1.2.3. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc ...............................................17
1.2.4. Quá trình hấp phụ động trên cột ...............................................................................18

1.3.Phƣơng pháp phân tích xác định hàm lƣợng metyl da cam, metylen xanh ...................19
1.4.Giới thiệu về VLHP bã mía ...........................................................................................20
1.5. Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trƣờng .....................22
CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ......................................................................25
2.1.Thiết bị, dụng cụ, hóa chất .............................................................................................25
2.1.1.Thiết bị và dụng cụ .....................................................................................................25
2.1.2.Hóa chất ......................................................................................................................25
2.2.Chế tạo các VLHP từ bã mía .........................................................................................25
2.2.1.Chuẩn bị nguyên liệu ..................................................................................................25
2.2.2.Chế tạo các vật liệu hấp phụ …………………….………………….……..……..… 25
2.3. Định lƣợng metyl da cam và metylen xanh …………………..………………………26
2.3.1. Định lƣợng metyl da cam ..........................................................................................26
2.3.2. Định lƣợng metylen xanh ..........................................................................................27
2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và các VLHP theo phƣơng pháp hấp
phụ tĩnh. ...............................................................................................................................28
2.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ metyl da cam của nguyên liệu và các VLHP.................28
2.4.2.Khảo sát khả năng hấp phụ metylen xanh của nguyên liệu và các VLHP .................29
2.5.Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của các VLHP theo phƣơng
pháp hấp phụ tĩnh. ................................................................................................................30
2.5.1.Ảnh hƣởng của pH ......................................................................................................30
2.5.1.1.Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các VLHP ................30
2.5.1.2.Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các VLHP ................32
2.5.2.Ảnh hƣởng của thời gian ............................................................................................34
2.5.2.1.Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các VLHP.......34
2.5.2.2.Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các VLHP......36
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3

2.5.3.Ảnh hƣởng của khối lƣợng các VLHP .......................................................................37
2.5.3.1.Ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các
VLHP ...................................................................................................................................37
2.5.3.2.Ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các
VLHP ...................................................................................................................................39
2.5.4.Ảnh hƣởng của kích thƣớc các VLHP ........................................................................40
2.5.4.1.Ảnh hƣởng của kích thƣớc các VLHP đến khả năng hấp phụ metyl da cam của
các VLHP .............................................................................................................................40
2.5.4.2.Ảnh hƣởng của kích thƣớc các VLHP đến khả năng hấp phụ metylen xanh của
các VLHP .............................................................................................................................42
2.5.5.Ảnh hƣởng của nồng độ metyl da cam và metylen xanh ban đầu ..............................43
2.5.5.1.Ảnh hƣởng của nồng độ metyl da cam ban đầu.......................................................43
2.6.Khảo sát khả năng hấp phụ và thu hồi metyl da cam, metylen xanh bằng các VLHP
chế tạo từ bã mía theo phƣơng pháp hấp phụ động trên cột ................................................49
2.6.1.Chuẩn bị cột hấp phụ ..................................................................................................49
2.6.2.Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ metyl da cam,
metylen xanh của các VLHP ...............................................................................................50
2.6.2.1.Ảnh hƣởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ metyl da cam của
các VLHP………………………………………………………………………………….51
2.6.2.2.Ảnh hƣởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các
VLHP ...................................................................................................................................53
2.7. Khảo sát khả năng giải hấp metyl da cam, metylen xanh của dung dịch rửa giải
NaOH ở các nồng độ khác nhau ..........................................................................................55
2.7.1.Kết quả giải hấp metyl da cam bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau ......56
2.7.2. Kết quả giải hấp metylen xanh bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau.....58
2.8. Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP với VLHP đã hấp phụ metyl da cam, metylen xanh ..61
2.8.1. Kết quả của sự tái sử dụng VLHP với VLHP đã hấp phụ metyl da cam ..........................62
2.8.2. Kết quả của sự tái sử dụng VLHP với VLHP đã hấp phụ metylen xanh ..........................64

KẾT LUẬN .............................................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................71

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các nguồn chủ yếu phát sinh nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm [6] .................... 9
Bảng 1.2. Một số phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ ............................................................ 14
Bảng 1.3. Thành phần hố học của bã mía [13] .................................................................. 22
Bảng 2.1. Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ metyl da cam ......................... 27
Bảng 2.2. Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ metylen xanh ......................... 27
Bảng 2.3. Các thông số hấp phụ metyl da cam của nguyên liệu và VLHP ........................ 29
Bảng 2.4. Các thông số hấp phụ metylen xanh của nguyên liệu và VLHP ......................... 30
Bảng 2.5. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất và dung lƣợng hấp phụ của các VLHP đối với
metyl da cam ........................................................................................................................ 31
Bảng 2.6. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP đối với metylen xanh33
Bảng 2.7. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với metyl da cam
............................................................................................................................................. 35
Bảng 2.8.Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP đối với
metylen xanh ........................................................................................................................ 36
Bảng 2.9. Ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP đến hiệu suất hấp phụ đối với metyl da cam 38
Bảng 2.10.Ảnh hƣởng của khối lƣợng các VLHP đến hiệu suất hấp phụ đối với
metylen xanh ........................................................................................................................ 39
Bảng 2.11.Ảnh hƣởng của kích thƣớc VLHP đến hiệu suất và dung lƣợng ....................... 41
Bảng 2.13 Ảnh hƣởng của nồng độ metyl da cam ban đầu đến hiệu suất và dung lƣợng

hấp phụ của các VLHP ........................................................................................................ 43
Bảng 2.14: Ảnh hƣởng của nồng độ đầu metylen xanh đến hiệu suất hấp phụ của các
VLHP 1,VLHP2................................................................................................................... 46
Bảng 2.15:Dung lƣợng hấp phụ cực đại q max và hằng số Langmuir b đối với hai loại
VLHP ................................................................................................................................... 49
Bảng 2.16: Ảnh hƣởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP1
............................................................................................................................................. 50
Bảng 2.17. Ảnh hƣởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP2
............................................................................................................................................. 51
Bảng 2.18. Ảnh hƣởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP1.
............................................................................................................................................. 53
Bảng2.19. Ảnh hƣởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP2 54
Bảng 2.20. Kết quả giải hấp metyl da cam đƣợc hấp phụ bởi VLHP1 bằng dung dịch
NaOH ở các nồng độ khác nhau .......................................................................................... 56
Bảng 2.21. Kết quả giải hấp metyl da cam đƣợc hấp phụ bởi VLHP2 bằng dung dịch
NaOH ở các nồng độ khác nhau…………………………………………………………...57
Bảng 2.22: Kết quả giải hấp metylen xanh đƣợc hấp phụ bởi VLHP1 bằng dung dịch
NaOH ở các nồng độ khác nhau .......................................................................................... 59
Bảng 2.23. Kết quả giải hấp metylen xanh đƣợc hấp phụ bởi VLHP2 bằng dung dịch
NaOH ở các nồng độ khác nhau .......................................................................................... 60
Bảng 2.24. So sánh khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP1 mới và VLHP1 tái sinh. 62
Bảng2.25. So sánh khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP2mới và VLHP2 tái sinh. . 63
Bảng 2.26. So sánh khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP1 mới và VLHP1 tái sinh 65
Bảng 2.27. So sánh khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP2 mới và VLHP2 tái sinh.66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .................................................................. 16
Hình 1.2. Đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb ................................................................. 16
Hình 1.3: Mơ hình cột hấp phụ ............................................................................................ 18
Hình 1.4 : Dạng đƣờng cong thốt phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại điểm cuối của cột
theo thời gian. ...................................................................................................................... 19
Hình 2.1. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ metyl da cam…………………………………28
Hình 2.2. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ metylen xanh .................................................... 28
Hình 2.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH đối với metyl da cam ..................... 32
Hình 2.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH đối với metylen xanh ..................... 34
Hình 2.5. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ của các VLHP vào thời gian đối với
metyl da cam ........................................................................................................................ 35
Hình 2.6. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của các VLHP vào thời gian đối với
metylen xanh ........................................................................................................................ 37
Hình 2.7. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lƣợng các VLHP đối với metyl
da cam .................................................................................................................................. 38
Hình 2.8. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của các VLHP vào khối lƣợng đối với
metylen xanh ........................................................................................................................ 40
Hình 2.9. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của VLHP 1 và VLHP 2 vào nồng độ metyl
da cam ban đầu .................................................................................................................... 44
Hình 2.10. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metyl da cam ............................. 45
Hình 2.11. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với metyl da cam ...................................... 45
Hình 2.12. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metyl da cam ............................. 45
Hình 2.13. Sự phụ thuộc của Ccb /q vào Ccb đối với metyl da cam .................................... 45
Hình 2.14. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ metylen xanh ban đầu.......... 47
Hình 2.15. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metylen xanh ............................. 48
Hình 2.16. Sự phụ thuộc của Ccb /q vào Ccb đối với metylen xanh ..................................... 48
Hình 2.17. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metylen xanh ............................. 48

Hình 2.18. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với metylen xanh ....................................... 48
Hình 2.19. Ảnh hƣởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP1.51
Hình 2.20. Ảnh hƣởng của tốc độ dịng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP2.52
Hình 2.21. Ảnh hƣởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP154
Hình 2.22. Ảnh hƣởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP255
Hình 2.23. Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến sự giải hấp metyl da cam đƣợc hấp phụ bởi
VLHP1. ................................................................................................................................ 57
Hình 2.24: Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến sự giải hấp metyl da cam đƣợc hấp phụ bởi
VLHP2. ................................................................................................................................ 58
Hình 2.25. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch NaOH đến sự giải hấp metylen xanh đƣợc
hấp phụ bởi VLHP1………………………………………………………………………61
Hình 2.26. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch NaOH đến sự giải hấp metylen xanh đƣợc
hấp phụ bởi VLHP2 ............................................................................................................. 61
Hình 2.27. Đƣờng cong thốt metyl da cam ra khỏi VLHP1 mới,VLHP1 tái sinh…...….63
Hình 2.28. Đƣờng cong thốt metyl da cam ra khỏi VLHP2 mới,VLHP2 tái sinh. ............ 64
Hình 2.29. Đƣờng cong thoát metylen xanh ra khỏi VLHP1 mới,VLHP1 tái sinh. ............ 66
Hình 2.30. Đƣờng cong thốt metylen xanh ra khỏi VLHP2 mới, VLHP2 tái sinh ............ 67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




6

MỞ ĐẦU
Thuốc nhuộm đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhƣ dệt
may, cao su, giấy, nhựa… Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là nguồn ơ nhiễm
nƣớc và có thể thấy điều đó qua dấu vết của nƣớc thải công nghiệp. Việc thải
nƣớc thải chứa thuốc nhuộm chƣa qua xử lý vào các nguồn nƣớc tự nhiên nhƣ
sông, suối,… sẽ làm nhiễm độc các sinh vật sống trong nƣớc và phá hủy cảnh

quan môi trƣờng tự nhiên. Trong số nhiều phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị
nhiễm thuốc nhuộm, phƣơng pháp hấp phụ đƣợc lựa chọn và đã mang lại hiệu
quả cao. Trên thế giới, trong những năm gần đây việc tận dụng các phụ phẩm
nông nghiệp, cơng nghiệp sẵn có, rẻ tiền chế tạo các vật liệu hấp phụ (VLHP) để
tách loại các chất gây ô nhiểm nói chung, thuốc nhuộm nói riêng trong các
nguồn nƣớc đang đƣợc chú ý [16,19,21].
Chất hấp phụ thƣờng đƣợc sử dụng là các phụ phẩm công,nông nghiệp rất
phổ biến nhƣ: lõi ngơ, vỏ lạc, mùn cƣa, bã mía… Theo thống kê trên thế
giới,khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía và sản lƣợng đạt 1324,6
triệu tấn.Cịn ở Việt Nam niên vụ 2010-2011,diện tích mía nguyên liệu vào
khoảng 330000 ha trong đó diện tích mía tập trung của các nhà máy đƣờng là
231856 ha với sản lƣợng đạt 17 triệu tấn. Mặt khác, bã mía khơ chứa khoảng
34,5% xenlulozo, 24% hemixenlulozo và 22÷25% ligmin. Các polime sinh học
này có chứa nhóm chức hydroxyl hoặc phenolic, sau khi biến đổi hóa học có thể
tạo ra các vật liệu có nhiều hoạt tính mới [17,18]. Do vậy tận dụng đƣợc nguồn
bã mía chế tạo thành VLHP có khả năng xử lí ô nhiễm môi trƣờng nƣớc là một
định hƣớng cần đƣợc quan tâm nghiên cứu. Trên cơ sở đó chúng tơi chọn đề tài:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl da cam, metylen xanh của các vật liệu
hấp phụ chế tạo từ bã mía”

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




7

CHƢƠNG I
TỔNG QUAN
1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm

Trong nhiều thập kỷ qua, ngành cơng nghiệp dệt nhuộm ln có vị trí quan
trọng trong nền kinh tế quốc dân. Với các doanh nghiệp nhà nƣớc, doanh
nghiệp tƣ nhân, dự án liên doanh và các nhà máy có vốn đầu tƣ 100% nƣớc
ngồi cùng rất nhiều tổ hợp tƣ nhân nhỏ vừa lớn đang hoạt động trong lĩnh
vực sợi, dệt, nhuộm nhằm phấn đấu đạt chỉ tiêu hơn hai tỷ mét vải vào năm
2011 cho thấy quy mô và định hƣớng phát triển lớn mạnh của ngành công
nghiệp này. Tuy nhiên, trong số các nhà máy chỉ có nhà máy lớn có xây dựng
hệ thống xử lý nƣớc thải còn lại hầu nhƣ chƣa có hệ thống xử lý vẫn cịn xả
trực tiếp ra mơi trƣờng. Loại nƣớc thải dệt nhuộm có độ kiềm hoặc độ axit
cao, màu đậm, có nhiều chất hữu cơ, vô cơ gây độc cho quần thể sinh vật và
ảnh hƣởng sức khoẻ cộng đồng. Ở các ngành công nghiệp dệt may, nƣớc thải
thƣờng có độ pH trung bình từ 9-11, chỉ số nhu cầu ơxy sinh hố (BOD), nhu
cầu ơxy hố học (COD) có thể lên đến 700mg/1 và 2.500mg/1, hàm lƣợng
chất rắn lơ lửng... cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Hàm lƣợng nƣớc thải
của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vƣợt đến 84 lần, H2S vƣợt 4,2 lần,
hàm lƣợng NH3 vƣợt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề
các nguồn nƣớc bề mặt trong vùng dân cƣ. Do đó vấn đề ô nhiễm chủ yếu
trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn nƣớc [6], [13].
1.1.1. Thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất
định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu
dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu).
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay
con ngƣời hầu nhƣ chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8

các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất khơng bị phân hủy. Màu sắc
của thuốc nhuộm có đƣợc là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu
trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang
màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử  không cố định
nhƣ:  C  C  ,  C  N  ,  N  N  ,  NO2 … Nhóm trợ màu là những
nhóm thế cho hoặc nhận điện tử nhƣ:  NH 2 , COOH ,  SO3 H , OH …
đóng vai trị tăng cƣờng màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển
năng lƣợng của hệ điện tử [8].
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm
vi sử dụng. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
1.Phân loại theo cấu trúc hố học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm
antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [13].
2.Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hồn ngun,
thuốc nhuộm lƣu hố, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc
nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [13].
1.1.2. Nguồn phát sinh nƣớc thải trong cơng nghiệp dệt nhuộm
Q trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ƣớt và xử lý khô. Xử lý ƣớt
gồm: xử lý trƣớc, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa. Cơng đoạn xử lý ƣớt sử
dụng nhiều nƣớc, nói chung để xử lý hồn tất 1 kg hàng dệt cần 50  300 lít
nƣớc tùy chủng loại vật liệu và máy móc thiết bị. Hầu hết lƣợng nƣớc này cỡ
88,4% sẽ thải ra ngoài, 11,6% lƣợng nƣớc bay hơi trong q trình gia cơng.
Vấn đề ơ nhiễm chủ yếu trong ngành dệt - nhuộm là ô nhiễm nƣớc thải [11].
Bảng 1.1 tóm tắt các nguồn chủ yếu phát sinh nƣớc thải cơng nghiệp dệt
nhuộm:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9

Bảng 1.1. Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm [6]
Sản xuất vải

Sản xuất vải sợi pha

Sản xuất vải, sợi len và pha

sợi bông

(tổng hợp/bông, visco)

(tổng hợp/len)

Giũ hồ

Giũ hồ

Giặt

Giặt

Giặt

Cacbon hóa (với len 100%)

Làm bóng

Làm bóng

Định hình ƣớt

Nấu – tẩy trắng

Nấu – tẩy trắng

Tẩy trắng (nếu yêu cầu)

Nhuộm

Nhuộm

Nhuộm

In hoa

In hoa

In hoa

1.1.3. Giới thiệu về metyl da cam và metylen xanh
1.1.3.1. Metyl da cam
Metyl da cam hay còn gọi là heliantin là một monoazo đƣợc sử dụng
rộng rãi trong phịng thí nghiệm, trong các ngành dệt may, in ấn, sản xuất
giấy, công nghiệp dƣợc phẩm, thực phẩm. Metyl da cam có thể xâm nhập vào
cơ thể qua đƣờng ăn uống,chuyển hóa thành các amin thơm bằng vi sinh
đƣờng ruột và thậm chí có thể dẫn tới ung thƣ đƣờng ruột[15].

Metyl da cam là một chất bột tinh thể màu da cam,khơng tan trong
dung mơi hữu cơ,khó tan trong nƣớc nguội nhƣng dễ tan trong nƣớc nóng.
Dung dịch trong nƣớc dùng làm chỉ thị chuẩn độ axit – bazơ, có màu hồng
trong mơi trƣờng axit, vàng da cam trong môi trƣờng kiềm, khoảng pH
chuyển màu: 3,1 - 4,4.
Công thức phân tử: C14H14N3O3.S.Na
Cơng thức cấu tạo:
CH3
NaO3S

N N

N
CH3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




10

Metyl da cam: là chất hữu cơ có tính chất lƣỡng tính với hằng số axit KA = 4.1044
Ở mơi trƣờng kiềm và trung tính, nó có màu vàng là màu của anion :
H3 C
N

N

N

SO3

H3 C

Trong môi trƣờng axit, anion này kết hợp với proton (H +) chuyển thành
cation màu đỏ :
H3C
N

N

H
N

SO3H

H3C

1.1.3.2. Metylen xanh
Thuốc nhuộm metylen xanh là một chất đƣợc sử dụng rất thông dụng trong
kỹ thuật nhuộm, làm chất chỉ thị và thuốc trong y học. Metylen xanh khó
phân hủy khi thải ra mơi trƣờng làm mất vẻ đẹp mĩ quan của mơi trƣờng, ảnh
hƣởng đến q trình sản xuất và sinh hoạt của con ngƣời [22]
Công thức phân tử: C16H18ClN3S.3H2O
Công thức cấu tạo:

1.1.4. Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
Ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nƣớc ta đang phát triển đa dạng với
những quy mơ khác nhau. Trong q trình hoạt động sản xuất, các cơ sở dệt

nhuộm đã tạo ra lƣợng lớn chất thải có mức độ gây ơ nhiễm cao. Nƣớc thải
sinh ra từ dệt nhuộm thƣờng lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dƣ
thừa: phẩm nhuộm,chất hoạt động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại
nặng… Nƣớc thải dệt nhuộm thƣờng không ổn định và đa dạng (hiệu quả hấp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




11

phụ thuốc nhuộm của vải chỉ dạt 60÷70%,30÷40% phẩm nhuộm thừa ở dạng
nguyên thủy hay bị phân hủy) do đó nƣớc có độ màu rất cao, có khi lên đến
500000 Pt-Co,COD thay đổi từ 80÷1800 mg/l. Các phẩm nhuộm hoạt tính,
hồn ngun thƣờng thải trực tiếp ra mơi trƣờng, lƣợng phẩm nhuộm thừa lớn
dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu của nƣớc thải dệt nhuộm. Việc sử
dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn
nƣớc mặt,nƣớc ngầm,ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái thủy
sinh. Cụ thể đối với con ngƣời gây ra các bệnh về da,đƣờng hô hấp,phổi,ung
thƣ…, đối với hệ sinh thái thủy sinh có thể phá hủy hoặc ức chế khả năng sinh
sống của vi sinh vật [2,6,10].
1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải: Phƣơng pháp cơ học,
phƣơng pháp xử lý sinh học, phƣơng pháp hóa lý và phƣơng pháp hóa học.
Trong đó phƣơng pháp hấp phụ là một phƣơng pháp xử lý đang đƣợc chú ý
nhiều trong thời gian gần đây, do nhiều đặc điểm ƣu việt của nó. VLHP có thể
chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nơng, cơng
nghiệp sẵn có và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng
địi hỏi thiết bị phức tạp và q trình xử lý khơng đƣa thêm vào môi trƣờng

những tác nhân độc hại [5].
1.2.1. Các khái niệm
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn – khí, rắn –
lỏng, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Trong đó:
 Chất hấp phụ: là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các
phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó.
 Chất bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề
mặt chất hấp phụ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




12

 Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ
Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngƣợc với sự hấp phụ là quá trình đi ra
khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực
tƣơng tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ ngƣời ta phân
biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý là q trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa phân
tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì
vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao.
Hấp phụ vật lý khơng có tính chọn lọc. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ vật
lý khoảng 2÷6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học
của bề mặt, khơng có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị
hấp phụ[1,5,7].
Hấp phụ hóa học đƣợc gây ra bởi các liên kết hóa học ( liên kết cộng hóa
trị, lực ion, …). Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp

phụ và chất bị hấp phụ. Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia q trình
hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học. Nhiệt
lƣợng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thƣờng lớn hơn 22 kcal/mol.
Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là
tƣơng đối. Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý
và hấp phụ hóa học[1,5,7].
Cân bằng hấp phụ: Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các
phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di
chuyển ngƣợc pha mang. Theo thời gian lƣợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề
mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngƣợc trở lại pha mang càng
lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp phụ thì
q trình hấp phụ đạt cân bằng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




13

Dung lượng hấp phụ cân bằng: là khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn
vị khối lƣợng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dƣới các điều kiện nồng độ
và nhiệt độ cho trƣớc.
Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lƣợng nằm ở trạng thái cân bằng
1.2.2. Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ
1.2.2.1. Mơ hình động học hấp phụ
Trong mơi trƣờng nƣớc, q trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của
chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai
đoạn kế tiếp nhau:
 Các chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là

giai đoạn khuếch tán trong dung dịch.
 Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp
phụ chứa các hệ mao quản. Đây là giai đoạn khuếch tán màng.
 Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp
phụ. Đây là giai đoạn khuếch tán trong mao quản.
 Các phân tử chất bị hấp phụ đƣợc gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây
là giai đoạn hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ
quyết định hay khống chế chủ yếu tồn bộ q trình hấp phụ. Với hệ hấp phụ
trong môi trƣờng nƣớc, quá trình khuếch tán thƣờng là chậm do đó đóng vai
trị quyết định [9].
1.2.2.2. Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ
Một số phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ thơng dụng nhất áp dụng cho hệ
hấp phụ rắn - khí đƣợc nêu ở bảng 1.2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




14

Bảng 1.2. Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Bản chất
Tên phƣơng trình

của

Phƣơng trình

sự hấp phụ
Langmuir

Henry

v
b.q
 
vm
1  b.q

Vật lý và

v  k. p

Vật lý và

hóa học

hóa học
Frendlich

Shlygin-FrumkinTemkin
Brunauer-Emmett-Teller
(BET)

v  k .p
,

1

n

Vật lý và

(n > 1)

hóa học

v
1
   ln Co . p
vm
a

Hóa học

p
1
(C  1) p


.
v.( po  p) vm .C
vm .C po

Vật lý

Trong các phƣơng trình trên:

v : thể tích chất bị hấp phụ, đặc trƣng cho đại lƣợng hấp phụ thƣờng biểu

diễn bằng cm3 ở điều kiện tiêu chuẩn
vm : đại lƣợng hấp phụ cực đại
p : áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí

 : độ che phủ ; a, b, k , k , , n, C, Co : là các hằng số
po : áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết ở

cùng nhiệt độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




15

Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ của VLHP đối
với metyl da cam và metylen xanh trong mơi trƣờng nƣớc theo mơ hình đẳng
nhiệt hấp phụ Langmuir [4].
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir: là phƣơng trình mơ tả cân bằng
hấp phụ đầu tiên đƣợc thiết lập bằng lý thuyết. Phƣơng trình Langmuir đƣợc
xây dựng dựa trên các giả thuyết:
1. Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ tại những
trung tâm xác định.
2. Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
3. Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lƣợng hấp phụ trên
các tiểu phân là nhƣ nhau và khơng phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu
phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở bảng 1.2 đƣợc xây dựng
cho hệ hấp phụ rắn – khí. Tuy nhiên, phƣơng trình trên cũng có thể áp dụng
cho hấp phụ trong mơi trƣờng nƣớc. Khi đó có thể biểu diễn phƣơng trình

Langmuir nhƣ sau:

q
qmax

 

bCcb
1  bCcb

(1.1)

Trong đó:
q , qmax : dung lƣợng hấp phụ cân bằng, dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g)

 : độ che phủ; b : hằng số Langmuir
Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)

Phƣơng trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trƣng của hệ:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




16

+Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb << 1 thì q  qmax .b.Ccb mơ tả vùng hấp
phụ tuyến tính
+Trong vùng nồng độ cao: b.Ccb >> 1 thì q  qmax mơ tả vùng hấp phụ
bão hịa

Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đƣờng đẳng
nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phƣơng
trình đẳng nhiệt Langmuir, đƣa phƣơng trình (1.1) về dạng phƣơng trình
đƣờng thẳng:

Ccb
1
1


Ccb
q b.qmax qmax
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của

(1.2)

Ccb
vào Ccb sẽ xác định đƣợc các hằng
q

số: b , qmax trong phƣơng trình. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và đồ thị
sự phụ thuộc của

Ccb
vào Ccb có dạng nhƣ hình 1.1 và 1.2.
q
Ccb
q

q

q max


N

O

Ccb

O

Ccb

Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ

Hình 1.2. Đồ thị sự phụ thuộc của

Langmuir

Ccb/q vào Ccb

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




17

tg 

1
qmax

 qmax 

1
tg

ON 
;

1
qmax .b

Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng đơn giản, cho phép
giải thích khá thỏa đáng các số liệu thực nghiệm [2].
1.2.3. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc
Hấp phụ trong mơi trƣờng nƣớc là hấp phụ hỗn hợp vì ngồi các phần tử
chất tan cịn có các phân tử dung mơi (các phân tử nƣớc). Q trình hấp phụ
là kết quả của những tƣơng tác giữa nƣớc, chất tan và chất hấp phụ.
Thông thƣờng, do nồng độ chất tan là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp
phụ, các phân tử nƣớc lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ.
Các chất bị hấp phụ chỉ có thể đẩy các phân tử nƣớc để chiếm chỗ, khi tƣơng
tác giữa chúng với chất hấp phụ đủ mạnh. Vì vậy cơ chế hấp phụ trong môi
trƣờng nƣớc là cơ chế hấp phụ cạnh tranh và chọn lọc.
Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc bị ảnh hƣởng nhiều bởi pH của môi trƣờng.
Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi về bản chất của chất bị hấp phụ. Các chất
có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lƣỡng tính sẽ bị phân ly để tích điện âm, dƣơng
hoặc trung hịa. Sự biến đổi pH cũng ảnh hƣởng đến các nhóm chức bề mặt của

chất hấp phụ do sự phân ly các nhóm chức. Các yếu tố đó sẽ ảnh hƣởng đến
khả năng hấp phụ và tốc độ hấp phụ khi biến đổi pH của hệ [7].
Tính chọn lọc và tính cạnh tranh của q trình hấp phụ trong mơi trƣờng
nƣớc bị ảnh hƣởng bởi mối tƣơng quan giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Ngồi ra, tính chọn lọc cạnh tranh cịn phụ thuộc vào kích thƣớc phần tử của
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Đối với các hợp chất hữu cơ, trong mơi trƣờng nƣớc chúng có độ tan khác
nhau do đó khả năng hấp phụ chúng trên VLHP là khác nhau. Phần lớn các
chất hữu cơ tồn tại trong nƣớc dạng phân tử trung hịa, ít bị phân cực nên quá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




18

trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật
lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ thuộc vào: pH của môi
trƣờng, lƣợng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ…[4]
1.2.4. Quá trình hấp phụ động trên cột.
Quá trình hấp phụ động trên cột thƣờng đƣợc diễn tả nhƣ sau:
Lối vào
1

1.Vùng hấp phụ bão hoà

2

2.Vùng chuyển khối

3

3.Vùng chƣa xảy ra sự hấp phụ
Lối ra

Hình 1.3: Mơ hình cột hấp phụ
Vùng 2: (Vùng chuyển khối, vùng hấp phụ): Nồng độ chất bị hấp phụ
thay đổi từ giá trị nồng độ ban đầu tới không.
Vùng 3: (Vùng lối ra của cột hấp phụ ): Vùng mà quá trình hấp phụ
chƣa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng khơng.
Khi thời gian thực hiện q trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ
dịch chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất bị hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối
ra khi vùng chuyển khối chạm tới đáy cột. Đây là thời điểm cần dừng quá
trình hấp phụ để nồng độ chất bị hấp phụ không vƣợt quá giới hạn cho phép.
Tiếp theo cột hấp phụ đƣợc giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ.
Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu
sự hấp phụ động trên cột. Khi tỷ lệ giữa chiều dài hấp phụ với chiều dài vùng
chuyển khối giảm đi thì việc sử dụng cột cho một chu trình cũng giảm, lúc đó
chất lƣợng hấp phụ cần thiết cho q trình tăng lên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




19

Do độ nhớt của chất lỏng cao hơn nên trong trƣờng hợp hấp phụ chất
lỏng, chiều dài vùng chuyển khối thƣờng dài hơn với trƣờng hợp hấp phụ chất
khí. Độ nhớt của chất lỏng làm chậm quá trình chuyển khối trên bề mặt chất

rắn, cũng nhƣ sự khuếch tán bên trong hạt chất rắn.
Tại điểm cuối của cột hấp phụ nồng độ chất bị hấp phụ xuất hiện và
tăng dần theo thời gian.[1, 13]
Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ chất bị hấp phụ tại điểm cuối của
cột theo thời gian gọi là đƣờng cong thốt và có dạng nhƣ hình vẽ:
C
Co

O
t

Hình 1.4 : Dạng đường cong thốt phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại
điểm cuối của cột theo thời gian.
1.3. Phƣơng pháp phân tích xác định hàm lƣợng metyl da cam, metylen
xanh
Để xác định hàm lƣợng metyl da cam, metylen xanh chúng tôi dùng phƣơng
pháp trắc quang. Ở đây chúng tôi chỉ đề cập vài nét của phƣơng pháp này nhằm làm
sáng tỏ hơn những vấn đề sẽ trình bày trong phần thực nghiệm.
Phương pháp trắc quang: có nhiều phƣơng pháp khác nhau để định lƣợng một
chất bằng phƣơng pháp trắc quang. Từ các phƣơng pháp đơn giản khơng cần
máy móc nhƣ: phƣơng pháp dãy chuẩn nhìn màu, phƣơng pháp chuẩn độ
so sánh màu, phƣơng pháp cân bằng màu bằng mắt…nhƣng chỉ xác định đƣợc
nồng độ gần đúng của chất cần định lƣợng, nó thích hợp cho việc kiểm tra
ngƣỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay khơng. Các phƣơng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




20

pháp phải sử dụng máy quang phổ nhƣ: phƣơng pháp đƣờng chuẩn, phƣơng
pháp dãy tiêu chuẩn, phƣơng pháp chuẩn độ trắc quang, phƣơng pháp cân
bằng, phƣơng pháp thêm, phƣơng pháp vi sai…Tùy theo từng điều kiện và đối
tƣợng phân tích cụ thể mà ta chọn phƣơng pháp thích hợp.
Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phƣơng pháp đƣờng chuẩn để định
lƣợng metyl da cam và metylen xanh [1].
Phương pháp đường chuẩn: Từ phƣơng trình cơ sở A  k.(Cx )b về nguyên
tắc, để xây dựng một đƣờng chuẩn phục vụ cho việc định lƣợng một chất
trƣớc hết phải pha chế một dãy dung d ịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ ánh
sáng nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b=1). Tiến hành đo độ hấp thụ
quang A của dãy dung dịch chuẩn đó. Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo
đƣợc dựng đồ thị A = f(C), đồ thị A = f(C) gọi là đƣờng chuẩn.
Sau khi có đƣờng chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều
kiện giống nhƣ khi xây dựng đƣờng chuẩn. Đo độ hấp thụ quang A của chúng
với điều kiện đo nhƣ khi xây dựng đƣờng chuẩn đƣợc các giá trị Ax . Áp
các giá trị Ax đo đƣợc vào đƣờng chuẩn sẽ tìm đƣợc các giá trị nồng độ
Cx tƣơng ứng [1].

1.4. Giới thiệu về VLHP bã mía
Mía là cây trồng có khả năng tạo ra lƣợng sinh khối rất lớn, chỉ trong vòng
chƣa đầy 1 năm, 1 hecta mía có thể cho từ 70-100 tấn mía cây. Nƣớc ta nằm
trong vùng khí hậu nhiệt đới rất thuận lợi cho ngành mía đƣờng phát triển.
Niên vụ sản xuất mía đƣờng 2006 - 2007, diện tích mía cả nƣớc là 310,067
ha, sản lƣợng mía thu hoạch đạt khoảng 17 triệu tấn. Theo quy hoạch phát
triển mía đƣờng đến năm 2011 sản lƣợng đƣờng sản xuất trong cả nƣớc phấn
đấu đạt 1,5 triệu tấn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21

Tại hội nghị tổng kết sản xuất mía đƣờng vừa đƣợc tổ chức mới đây tại Hà
Nội, Hiệp hội Mía đƣờng Việt Nam cho biết, niên vụ 2009/2010, diện tích mía
nguyên liệu cả nƣớc dự kiến sẽ vào khoảng 290.000 ha, tăng 19.400 ha so với vụ
trƣớc, trong đó diện tích vùng mía nguyên liệu tập trung của các nhà máy là
221.816 ha với năng suất mía bình qn đạt 55 tấn/ha và sản lƣợng đạt 16 triệu
tấn [16].
Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm
ra đƣờng sinh ra một lƣợng phế thải khổng lồ 2,5 triệu tấn bã mía. Trƣớc đây
80% lƣợng bã mía này đƣợc sử dụng để đốt lò hơi trong các nhà máy sản xuất
đƣờng, sinh ra 50.000 tàn tro. Tuy là phế thải nhƣng nó lại có nhiều chất hữu
cơ, các chất này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng và ô nhiễm nguồn
nƣớc rất nặng.
Bã mía có thể làm bột giấy, ép thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là
làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp. Trong tƣơng lai khi
mà rừng ngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi từ cây rừng
giảm đi thì mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế [11].
Bã mía chiếm 25-30% trọng lƣợng mía đem ép. Trong bã mía chứa trung
bình 49% là nƣớc, 48% là xơ (trong đó chứa 45-55% xenlulozơ) 2,5% là chất
hoà tan (đƣờng) [11].
Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hố học
có trong bã mía có thể bị biến đổi. Hàm lƣợng phần trăm các thành phần hố
học chính của bã mía đƣợc chỉ ra trong bảng sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22

Bảng 1.3. Thành phần hố học của bã mía [13]
Thành phần

% khối lƣợng

Xenlulozơ

40 ÷ 50

Hemixenlulozơ

20 ÷ 25

Lignin

18 ÷ 23

Chất hồ tan khác (tro, sáp,protein..)

5÷3

Xenlulozơ: xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích - glucozơ [C6 H7O 2(OH 3)]n
nối với nhau bằng liên kết 1,4-glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn,
khoảng từ 10000- 15000u.
Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống nhƣ xenlulozơ,

nhƣng có số lƣợng mắt xích nhiều hơn. Hemixenlulozơ thƣờng bao gồm
nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl.
Lignin: là loại polime đƣợc tạo ra bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ
vai trị là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ [13].
1.5. Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý
mơi trƣờng
Với thành phần chính là xenlulozơ và hemixenlulozơ, bã mía có thể biến
tính trở thành vật liệu hấp phụ tốt. Trên thế giới đã có một số nhà khoa học
nghiên cứu biến tính bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trƣờng nhƣ các
nhà khoa học ở Brazil, Ấn độ, Malaysia…
Một số nhà nghiên cứu ở Brazil đã chế tạo các vật liệu hấp phụ từ bã mía
qua xử lý bằng anhydrit succinic để hấp phụ các ion Cu 2+, Cd2+, Pb2+ trong
dung dịch nƣớc dung lƣợng hấp phụ cực đại đối với Cu 2+, Cd2+, Pb2+ lần
lƣợt là 62mg/g, 106mg/g, 122mg/g [12].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




23

Nhóm nghiên cứu ở đại học Putra (Malaysia) đã tiến hành nghiên cứu và đề
xuất quy trình xử lý bã mía thành VLHP để tách loại màu trong dung dịch keo
bằng phƣơng pháp hấp phụ. Đây là một phƣơng pháp có hiệu quả để loại bỏ màu
trong nƣớc thải và có những điểm vƣợt trội so với phƣơng pháp khác vì q trình
xử lý khơng để lại cặn và loại bỏ hồn tồn màu ra khỏi nƣớc thải thậm chí với cả
dung dịch lỗng [13].
Nhóm nghiên cứu ở viện hố học, viện khoa học và công nghệ Ấn Độ
đã chế tạo VLHP từ bã mía qua xử lý bằng axit xitric để tách loại Cr(VI)

trong dung dịch nƣớc. Kết quả cho thấy bã mía xử lý bằng axit xitric có thể
hấp thụ gần nhƣ hoàn toàn Cr(VI) với hiệu suất hấp phụ là 98% ở pH =2,
tốc độ lắc 50 vịng /phút và nồng độ 2000ppm [15].
Nƣớc ta cũng có nhiều cơng trình nghiên cứu dùng bã mía làm VLHP nhƣ
cơng trình nghiên cứu khả năng hấp phụ các kim loại: Cr(VI),Ni 2+, Pb2+, Cu2+
Mn2+ trong nƣớc bằng vật liệu chế tạo từ bã mía xử lý bằng anhydrit succinic,
dung lƣợng hấp phụ cực đại đối với Cr (VI),Ni2+, Pb2+, Cu2+ Mn2+ lần lƣợt là
49,75mg/g, 65,36mg/g, 60,61mg/g, 54,35mg/g, 88,50mg/g .
Các tác giả [15] đã nghiên cứu và so sánh khả năng tách loại các thuốc
nhuộm axit trong dung dịch nƣớc của VLHP chế tạo từ: than bã mía, vỏ lạc,
than lá chè, bèo tây, tro trấu… kết quả thu đƣợc cho thấy các VLHP đều có
khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm axit với hiệu suất cao.
Riêng đối với metyl da cam và metylen xanh cịn có thể sử dụng các
VLHP từ các phụ phẩm nơng, cơng nghiệp khác có thành phần hố học
chủ yếu giống với bã mía để tách loại ra khỏi nƣớc.
Một nhóm các nhà hóa học Đài Loan đã nghiên cứu chế tạo thành công
VLHP từ vỏ cam,vỏ chuối để hấp phụ các loại phẩm nhuộm nhƣ: metyl da
cam, metylen xanh, metyl tím, cơng gơ đỏ.[20]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




24

Trƣờng Đại học Bách khoa và Viện Cơng nghệ hóa học đã nghiên cứu
chế tạo than hoạt tính từ tính dạng sợi có cấu trúc lỗ xốp từ tính bằng
phƣơng pháp kết hợp hoạt hóa với từ hóa từ sợi cây dứa bà (dứa mỹ).
Sợi dứa bà đƣợc hoạt hóa kết hợp từ hóa với muối sắt trong axit nitric ở

nhiệt độ cao, sau đó thử nghiệm khả năng hấp thụ của chúng với một số chất
hữu cơ trong dung dịch nƣớc. Kết quả cho thấy, than hoạt tính từ tính dạng
sợi đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp mới có khả năng hấp phụ metyl da cam
và phenol trong dung dịch nƣớc cao hơn so với than hoạt tính gáo dừa thƣơng
phẩm. Từ tính cao của than hoạt tính dạng sợi còn cho phép tách than khỏi
dung dịch một cách triệt để và dễ dàng khỏi dung dịch bằng hệ lọc từ, mở ra
triển vọng cải tiến công nghệ xử lý nƣớc bằng vật liệu hấp thụ có từ tính và hệ
lọc từ.
Trung tâm trắc quang và kỹ thuật tài nguyên môi trƣờng An Giang đã
nghiên cứu và chứng minh đƣợc khả năng hấp phụ metyl da cam của tro
trấu từ lị đốt gạch thủ cơng với 200mg tro trấu (đã hoạt hoá với hàm
lƣợng HF trong dung dịch là 10% thể tích) có khả năng loại bỏ 99% metyl
da cam từ 50ml dung dịch metyl da cam (10mg/l) với thời gian hấp phụ
là 30 phút, ở pH =5 [3]. Với metyl da cam thì ngồi các vật liệu chế tạo từ
phụ phẩm nơng nghiệp cịn có thể dùng hệ tác chất H2O2 /OMS-2 để hấp
phụ, hiệu suất xử lý sau 60 phút là 83-84% [12].
Với mục đích sử dụng VLHP hấp phụ metyl da cam,metylen xanh trong
dung dịch nƣớc, trong đề tài này chúng tôi tiến hành xử lý bã mía bằng
fomanđêhit và axit sunfuric[14].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên