Nghiên cứu điều chế nano lưỡng kim fecu và ứng dụng xử lý xanh methylen trong nước thải dệt nhuộm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA

HUỲNH NGUYỄN HỒNG PHƯỚC
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO LƯỠNG KIM Fe/Cu
VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ XANH METHYLEN
TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

ĐÀ NẴNG, 5/2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO LƯỠNG KIM Fe/Cu
VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ XANH METHYLEN
TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện

: Huỳnh Nguyễn Hồng Phước

Lớp

: 13 CHP

Giáo viên hướng dẫn

: TS. Bùi Xuân Vững

ĐÀ NẴNG, 5/2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘi CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HỐ
NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : Huỳnh Nguyễn Hồng Phước
Lớp

: 13CHP

1. Tên đề tài

: Nghiên cứu điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu và ứng dụng để

xử lý xanh methylen trong nước thải dệt nhuộm

2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
2.1. Thiết bị, dụng cụ
 Dụng cụ thủy tinh: Cốc, pipet, ống li tâm, bình định mức, bình nón, đũa thủy
tinh,…
 Máy khuấy từ.
 Máy li tâm.
 Máy đo pH sensION+PH31, HACH.
 Cân phân tích Adventurer (Độ chính xác đến ± 0.001 𝑔).
 Máy rung siêu âm.
 Máy UV-Vis Lambda–25.
2.2. Hóa chất
 Tinh thể xanh metylen.
 Tinh thể FeSO4.7H2O.
 Tinh thể CuSO4.5H2O.
 NaBH4 rắn.
 Hồ tinh bột.
 Cồn 95%.
 Dung dịch axit HCl 0.1M.
 Dung dịch bazơ NaOH 0.1M.


3. Nội dung nghiên cứu
 Nghiên cứu điều chế nano Fe/Cu.
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình với các thơng số như ảnh hưởng
thời gian, ảnh hưởng pH dung dịch, ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu, ảnh hưởng
của nồng độ xanh methylen.
4. Giáo viên hướng dẫn

:TS. Bùi Xuân Vững

5. Ngày giao đề tài

: 30/8/2016

6. Ngày hoàn thành

: 7/4/2017

Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên)

(Ký và ghi rõ họ, tên)

TS. LÊ TỰ HẢI

TS. Bùi Xuân Vững

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày… tháng…năm 20...
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày…tháng…năm 20…
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Qua 5 tháng nỗ lực phấn đấu, cuối cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy
cơ và bạn bè tơi đã hồn tất đề tài này. Qua đây tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc

đến thầy Bùi Xuân Vững – người đã tận tình truyền đạt những kiến thức và trực tiếp
hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu để hoàn thành tốt khóa luận.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn trân trọng nhất đến các thầy cơ trong khoa đã
nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức trong những năm học vừa qua, xin
bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cơ phụ trách phịng thí nghiệm đã tạo điều kiện
thuận lợi trong suốt thời gian hồn thành khóa luận này.
Chân thành cảm ơn các bạn trong tập thể lớp 13CHP đã nhiệt tình giúp đỡ
mình trong việc tìm kiếm tài liệu, có các ý kiến đóng góp và động viên những lúc
gặp khó khăn trong suốt q trình hồn thành khóa luận này.

Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2017
Sinh Viên

Huỳnh Nguyễn Hồng Phước


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................5
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm trong công nghiệp dệt nhuộm .................................5
1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm ...............................................................................5
1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm ......................................................................................5
1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học .....................................................................6
1.1.2.2. Phân loại theo đặc tính áp dụng .....................................................................6
1.2. Giới thiệu về xanh methylen ...............................................................................9
1.2.1. Lịch sử nghiên cứu ............................................................................................9
1.2.2. Cấu trúc hóa học và đặc tính ...........................................................................10
1.2.3. Ứng dụng .........................................................................................................10
1.2.4. Tác hại đến môi trường và con người .............................................................11

1.3. Nước thải dệt nhuộm .........................................................................................11
1.3. 1. Hiện trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ở nước ta.......................................11
1.3.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp .................................12
1.3.3. Nguồn phát sinh nước thải và các chất gây ô nhiễm trong công nghiệp dệt
nhuộm .......................................................................................................................13
1.3.4. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm ...........................13
1.3.5. Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm ............................................14
1.4. Khái quát về nano...............................................................................................15
1.4.1. Công nghệ nano...............................................................................................15
1.4.2. Vật liệu nano ...................................................................................................15
1.4.2.1. Khái niệm .....................................................................................................15
1.4.2.2. Tính chất của vật liệu nano ..........................................................................15
1.4.2.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano .......................................................17
1.4.2.4. Một số ứng dụng của vật liệu nano ..............................................................19
1.4.3. Giới thiệu về vật liệu chứa sắt nano và nano lưỡng kim.................................20


1.4.3.1. Tính chất của hạt sắt nano ............................................................................20
1.4.3.2. Tính chất của hạt nano lưỡng kim................................................................21
1.4.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X .........................................................................21
Chương 2: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ..........................................................23
2.1. Thiết bị và dụng cụ .............................................................................................23
2.2. Hóa chất .............................................................................................................23
2.3. Chuẩn bị dung dịch chuẩn ..................................................................................23
2.3.1. Dung dịch chuẩn xanh methylen 1000ppm.....................................................23
2.3.2. Dung dịch chuẩn xanh metylen 100ppm........................................................24
2.4. Quy trình điều chế vật liệu và khảo sát yếu tố ảnh hưởng .................................24
2.4.1. Điều chế vật liệu nano .....................................................................................24
2.4.1.1. Chế tạo vật liệu nano sắt ..............................................................................24
2.4.1.2. Chế tạo vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu .......................................................24

2.4.3. Khảo sát quá trình xử lý xanh methylen bằng nano lưỡng kim Fe/Cu ...........25
2.4.3.1. Xác định bước sóng tối ưu và lập đường chuẩn...........................................25
2.4.3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến quá trình xử lý ...........................26
2.4.3.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến
quá trình xử lý ...........................................................................................................26
2.4.3.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của dung dịch xanh methylen
đến quá trình xử lý ....................................................................................................27
2.4.3.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý xanh methylen ............28
2.5. Tính tốn ............................................................................................................29
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................30
3.1. Kết quả XRD của nano lưỡng kim Fe/Cu ..........................................................30
3.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X của nano lưỡng kim Fe/Cu ...............................................30
3.1.2. Kết quả tính kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu ........................................31
3.2. Kết quả khảo sát bước sóng tối ưu của xanh methylen ......................................32
3.3. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của xanh methylen và xây dựng
đường chuẩn của xanh methylen ...............................................................................33
3.3.1. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của xanh methylen ...................33


3.3.2. Xây dựng đường chuẩn của xanh methylen ....................................................34
3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình xử lý MB bằng vật liệu
nano lưỡng kim Fe/Cu...............................................................................................35
3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến
quá trình xử lý MB. ...................................................................................................37
3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB đến quá trình xử lý bằng vật liệu nao
lưỡng kim Fe/Cu .......................................................................................................38
3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý MB bằng vật liệu nao
lưỡng kim Fe/Cu .......................................................................................................39
3.8. Tính tốn giá trị COD ........................................................................................40
KẾT LUẬN………………………………………………………………………...41

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................42


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các thông số cơ bản về xanh methylen ....................................................10
Bảng 1.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may .............12
Bảng 2.1. Cách tiến hành chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn MB ..................................26
Bảng 2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian (khuấy) đến quá trình xứ lý MB ........26
Bảng 2.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình xứ lý MB .....27
Bảng 2.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch MB đến quá trình..28
Bảng 2.5. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình xứ lý dung dịch MB ..............29
Bảng 3.1. Kết quả kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu ........................................31
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của xanh methylen ............33
Bảng 3.3. Khoảng nồng độ tuyến tính của xanh methylen ứng với mật độ quang ...34
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thời gian ........................................................................36
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát hàm lượng vật liệu ........................................................37
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát nồng độ MB ..................................................................38
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát pH ..................................................................................39


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Dạng oxi hóa và dạng khử của xanh methylene .......................................10
Hình 1.2. Ứng dụng của sắt nano trong mơi trường .................................................20
Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của nano lưỡng kim Fe/Cu .........................................30
Hình 3.2. Ảnh nhiễu xạ tia X của nano lưỡng kim Fe/Cu được chế tạo bởi Chien-Li
Lee & Chih-Ju G Jou ................................................................................................31
Hình 3.3. Đồ thị xác định bước sóng tối ưu của xanh methylen ...............................32
Hình 3.4. Bước sóng tối ưu của xanh methylen .......................................................32
Hình 3.5. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của xanh methylen ...............34

Hình 3.6. Đường chuẩn xanh methylene...................................................................35
Hình 3.7. Sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý MB ................................36
Hình 3.8. Sự ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến hiệu quả xử lý MB ................37
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ MB đến hiệu quả xử lý của quá trình ...............38
Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả của quá trình xử lý .............................39


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

VL

Vật liệu

COD

Chemical Oxygen Demand

BOD

Biochemical oxygen demand

MB

Methylene blue

SS

Suspended Solids

UV – VIS

Ultraviolet–visible spectroscopy

XRM

X-ray Diffraction


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, đất nước ta đang trên con đường cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa,
việc phát triển kinh tế phải luôn luôn đi đôi với vấn đề về môi trường. Các ngành
công nghiệp ngày càng phát triển đồng nghĩa với sự phát thải, sử dụng hóa chất
ngày càng tăng cao. Việc quản lý không tốt, thiếu kiến thức và ý thức sẽ gây hậu
quả vô cùng nghiêm trọng đối với mơi trường. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý
thức của con người, siết chặt công tác quản lý mơi trường thì việc tìm ra phương
pháp nhằm loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải có ý nghĩa hết sức
quan trọng.
Điển hình như các ngành cơng nghiệp cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực
phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy,… đặc biệt là ngành
dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu lớn của Việt
Nam. Đây là một trong những ngành có khả năng gây ô nhiễm môi trường nước rất
lớn. Ngành dệt nhuộm áp dụng nhiều quy trình sản xuất khác nhau, sử dụng nhiều

chủng loại nguyên vật liệu, hoá chất, đặc biệt là phẩm nhuộm. Do tính tan cao, các
thuốc nhuộm chính là các tác nhân chính gây ơ nhiễm nguồn nước và hậu quả là tác
động xấu đến con người và các sinh vật sống. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước
thải rất khó loại bỏ vì chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây ơxi
hóa, có thể gây ơ nhiễm mơi trường trầm trọng trong thời gian dài. Nếu chưa được
xử lý và xử lý chưa đạt QCVN mà thải ra ngồi thì chính sự hiện diện của thuốc
nhuộm trong nước sẽ ngăn cản sự xuyên thấu của ánh sáng mặt trời vào nước, làm
giảm quá trình quang hợp kéo theo sự giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, giết
chết vi sinh vật, làm chết cá và các loại động vật sống dưới nước. Ngồi ra các chất
độc này cịn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm,
bên cạnh đó cịn ảnh hưởng đến đời sống của con người. Do vậy, xử lý nước thải
của các cơ sở dệt nhuộm ngày càng trở thành vấn đề cấp thiết.
Để hạn chế và khắc phục tình trạng ơ nhiễm mơi trường do nước thải dệt
nhuộm có rất nhiều phương pháp nghiên cứu đã đưa ra rất nhiều các quy trình cơng

Trang 1


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

nghệ xử lý nước thải ngành dệt nhuộm ở quy mô công nghiệp. Với sự phát triển của
khoa học và cơng nghệ thì cụm từ “nano” đã ngày càng trở nên phổ biến hơn bao
giờ hết bởi những thành cơng mà nó đem lại trong rất nhiều lĩnh vực. Chính vì thế
việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano vào việc xử lý nước thải nghành dệt
nhuộm thu hút rất nhiều sự quan tâm của giới khoa học.
Công nghệ nano được nghiên cứu lần đầu tiên trên thế giới vào năm 1959 bởi
nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman, song chỉ bắt đầu thu được thành quả
trong vòng hai thập kỷ trở lại đây, công nghệ nano đã tạo ra một cuộc cách mạng

đối với khoa học nhân loại. Với rất nhiều ứng dụng triển vọng, những hạt phân tử
nano với kích thước bé nhỏ đã mở đường cho một xu hướng phát triển mới của
tương lai.
Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thước chỉ ở cấp
độ nano mét (nm). Chính vì vậy mà nó có khả năng xử lý cao hơn so với các vật
liệu thông thường khác. Đặc biệt, công nghệ này cũng được đánh giá là thân thiện
với mơi trường hơn, ít gây ô nhiễm và hiệu quả hơn so với các công nghệ khác.
Từ những lí do trên, tơi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu điều chế nano lưỡng
kim Fe/Cu và ứng dụng để xử lý xanh methylen trong nước thải dệt nhuộm”.
2. Mục đích nghiên cứu
 Nghiên cứu điều chế nano Fe/Cu.
 Tìm ra những thơng số tối ưu của q trình xử lý MB bằng vật liệu nano
Fe/Cu.
 Đóng góp thêm những thông tin, tư liệu về vật liệu nano và phương pháp để
xử lý nước thải dệt nhuộm.
3. Đối tượng và nội dung nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano Fe/Cu tự điều chế và tiến hành làm trên
mẫu giả có chứa thuốc nhuộm MB.
 Phạm vi nghiên cứu
+ Nước thải dệt nhuộm là một loại nước phức tạp về thành phần và tính
chất, muốn đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm thì cần đánh giá ở nhiều
chỉ tiên như : pH, độ màu, độ đục, mùi, COD, BOD, SS, N, P, các kim loại nặng…
Trang 2


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Mặt khác với loại vật liệu khá mới là nano Fe/Cu, vì thế, ở phạm vi đề tài này chỉ

tập trung xử lý thuốc nhuộm đó là xanh methylen (MB).
+ Sử dụng phương pháp khử hóa học: dùng tác nhân hóa học NaBH4 để
khử ion kim loại thành kim loại, hình thành nên vật liệu nano.
+ Sử dụng phương pháp oxy hóa khử để xử lý thuốc nhuộm MB.
+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý methylen xanh như
pH, thời gian, khối lượng VL, nồng độ MB ban đầu.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
 Thu thập các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài.
 Nghiên cứu tính chất và tác hại của thuốc nhuộm và nước thải có chứa thuốc
nhuộm.
 Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù
hợp.
 Phương pháp oxy hóa khử xử lý thuốc nhuộm.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
 Sử dụng phương pháp đo quang phổ UV – Vis để khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đến hiệu quả xử lý MB bằng vật liệu nano Fe/Cu.
 Xác định thành phần hóa học của vật liệu nano Fe/Cu bằng phương pháp
XRD.
 Dùng phương pháp thống kê xử lý số liệu để xử lý số liệu kết quả thu được,
tính được hiệu quả xử lý của vật liệu nano.
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình với các thơng số như ảnh hưởng
thời gian, ảnh hưởng pH, ảnh hưởng của lượng VL, ảnh hưởng của nồng độ MB.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 Nghiên cứu điều chế vật liệu nano Fe/Cu.
 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình nhằm đưa đến một phương
án xử lý xanh methylen trong nước thải: đơn giản, rẻ tiền, thân thiện môi trường.
6. Kết cấu luận văn

Trang 3

Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xn Vững

Ngồi phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung văn bản gồm:
Chương 1 – Tổng quan tài liệu
Chương 2 – Thực nghiệm
Chương 3 – Kết quả và bàn luận

Trang 4


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm trong công nghiệp dệt nhuộm
1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm [1], [11]
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
người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại
thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất khơng bị phân hủy. Màu sắc của thuốc
nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu.
 Nhóm mang màu là những nhóm có chứa các nối đôi 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 bằng cách dịch chuyển năng lượng của
hệ điện tử.
1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm [2]
Thuốc nhuộm tổng hợp vô cùng phong phú và đa dạng về thành phần hóa
học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Tùy thuộc vào cấu tạo, tính chất và phạm vi sử
dụng mà thuốc nhuộm được phân loại khác nhau. Hiện nay, phổ biến nhất, thuốc
nhuộm được phân thành hai loại chính sau:
 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học: thuốc nhuộm antraquinon,
thuốc nhuộm triaryl metan, thuốc nhuộm phtaloxianin, thuốc nhuộm azo, thuốc
nhuộm nitrozo, …
 Phân loại theo phạm vi sử dụng: ưu điểm của phân loại này là thuận tiện cho
việc tra cứu và sử dụng, người ta đã xây dựng từ điển thuốc nhuộm. Từ điển thuốc
nhuộm được sử dụng rộng rãi trên thế giới, trong đó mỗi loại thuốc nhuộm có chung
tính chất kỹ thuật được xếp trong cùng lớp như: nhóm thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc
nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ tự gam màu
lần lượt từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen.

Trang 5


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học
Cách phân loại này thuốc nhuộm được chia thành 20-30 họ thuốc nhuộm
khác nhau. Các họ chính là:
 Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc
nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Thuốc

nhuộm azo có khả năng nhuộm màu cao (gấp hai lần khả năng nhuộm màu của
thuốc nhuộm antraquinon), được sản xuất đơn giản từ các nguyên liệu rẽ tiền và dễ
kiếm nên giá thành thấp. Chúng rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, độ bền
màu cao. Do đó, đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất,
chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp.
 Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm
Antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó. Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số
lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
 Thuốc nhuộm triaryl metan: là dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử C
trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu. Họ thuốc nhuộm
này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
 Thuốc nhuộm phtaloxianin: Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là
những nguyên tử H trong nhóm amin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các
nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm
thay đổi. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng
2% tổng số lượng thuốc nhuộm.
 Ngoài ra cịn có các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn như:
thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymethyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu
huỳnh,…
1.1.2.2. Phân loại theo đặc tính áp dụng
 Thuốc nhuộm trực tiếp
Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp
chất màu hồ tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: các
tơ xenlulozơ, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong mơi trường trung tính hoặc mơi
trường kiềm. Tuy nhiên, khi nhuộm màu đậm thì thuốc nhuộm trực tiếp khơng cịn
Trang 6


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

hiệu suất bắt màu cao, hơn nữa trong thành phần có chứa gốc azo ( - N = N - ), đây
là loại hợp chất hợp chất hữu cơ độc hại nên hiện nay loại thuốc này khơng cịn
được khuyến khích sử dụng nhiều. Mặc dù vậy, do thuốc nhuộm trực tiếp dễ sử
dụng và rẻ nên vẫn được đa số các cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống sử
dụng để nhuộm các loại vải, sợi dễ bắt màu như tơ, lụa, cotton...
 Thuốc nhuộm axit
Là loại thuốc nhuộm được tạo thành từ axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng
tan trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na Ar-SO3- + Na+, anion mang màu
thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Theo cấu tạo hố
học thuốc nhuộm axit đều thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất của antraquinon,
triarylmetan, xanten, azin và quinophtalic, một số có thể tạo phức với kim loại. Các
thuốc nhuộm loại này thường sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật tức
là các nhóm xơ sợi có tính bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong mơi
trường axit.
 Thuốc nhuộm hoạt tính
Thuốc nhuộm hoạt tính là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng
có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện liên kết hố trị với vật liệu nói chung
và xơ dệt nói riêng trong q trình nhuộm. Dạng cơng thức hố học tổng quát của
thuốc nhuộm hoạt tính là: S — R — T — X. Trong đó:
S: là các nhóm – SO3Na, - COONa, - SO2CH3.
R: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu sắc, những gốc
mang màu này thường là monoazo và diazo, gốc thuốc nhuộm axit antraquinon,
hồn ngun đa vịng …
T: nhóm ngun tử phản ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc nhuộm với
xơ và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này, đóng vai trị quyết định
tốc độ phản ứng nucleofin.
X: nhóm ngun tử phản ứng, trong q trình nhuộm nó sẽ tách khỏi phân tử
thuốc nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hoá học với xơ.

Đây là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ tạo độ bền
màu cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc nhuộm được phát
Trang 7


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua. Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm
hoạt tính tương đối cao, khoảng 30%, có chứa gốc halogen hữu cơ (hợp chất AOX)
nên làm tăng tính độc khi thải ra mơi trường. Hơn nữa hợp chất này có khả năng
tích luỹ sinh học, do đó gây nên tác động tiềm ẩn cho sức khoẻ con người và động
vật.


Thuốc nhuộm bazơ
Thuốc nhuộm bazơ là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết

chúng là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ, được dùng để
nhuộm tơ tằm.
 Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Thuốc nhuộm hồn ngun khơng tan: là hợp chất màu hữu cơ khơng tan
trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng qt : R=C=O.
Thuốc nhuộm hồn ngun tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit
của thuốc nhuộm hồn ngun khơng tan, R=C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy phân trong
mơi trường axit và bị oxi hóa về dạng khơng tan ban đầu. Khoảng 80% thuốc
nhuộm hồn ngun thuộc nhóm antraquinon.
 Thuốc nhuộm lưu huỳnh
Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu chứa nguyên tử lưu huỳnh

trong phân tử thuốc nhuộm ở các dạng -S-, -S-S-, -SO-, -Sn-. Trong nhiều trường
hợp, lưu huỳnh nằm trong các dị vịng như: tiazol, tiazin, tiantren và vịng azin.
Thuốc nhuộm nhóm này rất phức tạp, đến nay vẫn chưa xác định được chính xác
cấu tạo tổng quát của chúng.
 Thuốc nhuộm azo khơng tan
Thuốc nhuộm azo khơng tan cịn có tên gọi khác như thuốc nhuộm lạnh,
thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naptol, chúng là những hợp chất có chứa nhóm azo
trong phân tử nhưng khơng có mặt các nhóm có tính tan như -SO3Na, -COONa nên
khơng hồ tan trong nước.
 Thuốc nhuộm pigment

Trang 8


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Pigment là những hợp chất có màu, có đặc điểm chung là khơng tan trong
nước do phân tử khơng chứa các nhóm có tính tan (- SO3H , - COOH) hoặc các
nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước.
Thuốc nhuộm này phải được gia công đặc biệt để khi hồ tan trong nước
nóng nó phân bố trong dung dịch như một thuốc nhuộm thực sự và bắt màu lên xơ
sợi theo lực hấp phụ vật lý.
 Thuốc nhuộm phân tán
Là những chất màu không tan trong nước, phân bố đều trong nước dạng
dung dịch huyền phù. Phân tử thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo (-N=N-) và
antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thay thế (-NH2, -NHR, -NR2,
-NH- CH2-OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của
thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 – 95%) nên nước thải khơng chứa nhiều

thuốc nhuộm và mang tính axit.
1.2. Giới thiệu về xanh methylen [12]
1.2.1. Lịch sử nghiên cứu
Năm 1925, Mansfield Clark đã nổi tiếng khi giới thiệu tổng quan về sự ứng
dựng của xanh methylen vào cơng trình kỹ thuật, sinh học và y học. Nhiều cơng
trình nghiên cứu về xanh methylen được xuất bản cách đây hơn 100 năm nhưng
hiện nay vẫn còn giá trị và đang tiếp tục nghiên cứu. Năm 1882, Robert Koch đã
phát hiện vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis gây ra bệnh lao cũng nhờ vào quan
sát dưới kính hiển vi nhuộm xanh methylen. Năm 1891, xanh methylen được sử
dụng trong việc điều trị bệnh sốt rét bởi hai nhà khoa học Paul Guttmann và Paul
Ehrlich. Sau đó, với sự phát triển của y học, một số hỗn hợp chứa xanh methylen
cũng được ra đời để đáp ứng cơng việc kiểm tra kí sinh trùng gây bệnh số rét và
phân tích tế bào bạch cầu như dung dịch Giemsa, Eosin A và Ezure B. Nhuộm màu
với xanh methylen cũng được sử dụng cho nghiên cứu y học hiện đại. Điều này lý
giải tại sao định nghĩa methylen là “thuốc” hay “chất nhuộm màu” được dùng lẫn
lộn cho đến năm 1918. Năm 2010, có hơn 11000 cơng trình nghiên cứu liên quan
đến xanh methylen trong y học.

Trang 9


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

1.2.2. Cấu trúc hóa học và đặc tính [17]
Bảng 1.1. Các thơng số cơ bản về xanh methylen
Công thức phân tử

C16H18ClN3S

Công thức cấu tạo

Phân tử khối

319.85 g/mol

Độ tan trong nước ở 20 oC

300 g/l

Nhiệt độ nóng chảy

100-110 oC

Trạng thái

Rắn dạng bột, màu xanh

Xanh methylen là một chất tinh thể màu xanh lục, có ánh kim, tan trong
nước, ổn định ở nhiệt độ phòng. Một số tên gọi khác như là tetramethylthionine
chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioninium chloride. Xanh methylen
(MB) là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, phân ly dưới dạng cation (MB+). Dạng
dung dịch 1% có pH từ 3 – 4.5. Xanh methylen đối kháng với các loại hóa chất
mang tính oxy hóa và khử, kiềm, dicromat, các hợp chất của iod. Khi phân hủy sẽ
sinh ra các khí độc như: Cl2, NO, CO, SO2, CO2, H2S.

Hình 1.1. Dạng oxi hóa và dạng khử của xanh methylene (Ramsay et al, 2007)
1.2.3. Ứng dụng
Xanh methylen là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành

nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản suất mực in; trong xây dựng như để kiểm nghiệm

Trang 10


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

đánh giá chất lượng bê tông và vữa và được sử dụng trong y học. Trong thủy sản,
xanh methylen được sử dụng vào giữa thế kỉ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi
khuẩn, nấm và kí sinh trùng. Ngồi ra, xanh methylen cũng được cho là hiệu quả
trong việc chữa bệnh máu nâu do Met-hemoglobin quá nhiều trong máu. Bệnh này
thể hiện dạng hemoglobin bất thường trong máu làm cho việc vận chuyển oxy trong
máu khó khăn.
1.2.4. Tác hại đến mơi trường và con người
Xanh methylen hấp thu rất mạnh bởi các loại đất khác nhau. Trong môi
trường nước, xanh methylen bị hấp thu vào vật chất lơ lửng và bùn đáy ao và khơng
có khả năng bay hơi ra ngồi môi trường nước ở bề mặt nước. Khi ước lượng chỉ số
tích lũy sinh học, Cơ quan Bảo vệ Mơi trường Hoa Kỳ (EPA) cho rằng xanh
methylen khơng có sự tích lũy sinh học trong thủy sinh vật (giá trị BCF = 1,5).
Xanh methylen khó phân hủy khi thải ra môi trường làm mất vẻ mỹ quan của môi
trường, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt của con người. Xanh methylen có thể
gây bỏng mắt gây tổn thương vĩnh viễn cho đôi mắt của động vật con người cũng
như thủy sản. Nó cũng có thể gây ra kích ứng đường tiêu hóa với các triệu chứng
buồn nơn và tiêu chảy. Xanh methylen cũng gây kích ứng da khi tiếp xúc với nó.
Nếu thải vào trong khơng khí, xanh methylen sẽ tồn tại cả dạng hơi và bụi lơ
lửng. Dạng hơi sẽ bị phân hủy do sự phản ứng quang phân với các gốc oxy hóa
[OH], thời gian bán hủy khoảng 2 giờ.
1.3. Nước thải dệt nhuộm [2]

1.3. 1. Hiện trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ở nước ta
Trong những năm gần đây, mặc dù lĩnh vực bảo vệ môi trường đã và đang
được nhà nước đặc biệt quan tâm, song một số công ty, nhà máy và hầu hết các làng
nghề sản xuất dệt nhuộm thủ công vẫn xả thải trực tiếp nguồn nước thải chưa qua
xử lý ra các con sông, hồ, kênh, rạch… gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống
và sức khỏe của người dân. Tại một số làng nghề, các khu công nghiệp, nhu cầu oxy
hố học COD trong các cơng đoạn tẩy, nhuộm đo được từ 380 – 890 mg/L, cao hơn
tiêu chuẩn cho phép từ 3 – 8 lần, độ màu đo được là 750 Pt – Co, cao hơn tiêu
chuẩn cho phép nhiều lần. Nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hoá
Trang 11


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

chất độc hại gây ô nhiễm cho các con sông, ao hồ, tiêu diệt các loài thuỷ sinh, gây
tác động xấu tới sản xuất, sinh hoạt của con người.
Các vấn đề về sự ô nhiễm môi trường dưới sự tác động của ngành công
nghiệp tẩy nhuộm đã gia tăng trong nhiều năm qua. Các q trình tẩy nhuộm có tỷ
lệ mất mát chất tẩy nhuộm lên đến 50%. Nguyên nhân của việc mất mát chất tẩy,
nhuộm là do các chất này không bám dính hết vào sợi vải, số phẩm nhuộm này sẽ đi
theo đường nước thải ra ngoài. Việc thu hồi các chất thất thốt chỉ đạt khoảng 75%
[14], [16]. Vì vậy việc xử lý nước thải dệt nhuộm là vấn đề cần được quan tâm
nghiên cứu.
1.3.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cơng nghiệp dệt may được trình
bày trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may [7]
STT

Thông số

Đơn vị

Giới hạn theo TCVN 2008
A

B

1

Độ màu

Pt – Co

50

150

2

Độ Ph

-

6–9

5,5 - 9

3

BOD5 (ở 20oC)

mg/L

30

50

4

COD

mg/L

75

150

Trong đó:
 Cột A quy định giá trị giới hạn của các thông số ô nhiễm trong nước thải
công nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
 Cột B quy định giá trị giới hạn của các thông số ô nhiễm trong nước thải
công nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Như vậy, nước thải cơng nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm
nói riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ
nghiêm ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ơ nhiễm mơi trường có mặt trong nước
thải sau khi sản xuất hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệp.

Trang 12


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

1.3.3. Nguồn phát sinh nước thải và các chất gây ô nhiễm trong cơng nghiệp
dệt nhuộm [8]
Q trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ướt và xử lý khô. Xử lý ướt gồm
xử lý trước, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa. Công đoạn xử lý ướt sử dụng nhiều
nước, nói chung để xử lý hồn tất 1kg hàng dệt cần 50 – 300 lít nước tùy chủng loại
vật liệu và máy móc thiết bị. Hầu hết lượng nước này cỡ 88,4% sẽ thải ra ngoài,
11,6% lượng nước bay hơi trong q trình gia cơng.
Các chất gây ơ nhiễm chính trong nước thải của công nghiệp dệt nhuộm bao
gồm:
 Các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin,
các chất bụi bẩn dính vào sợi (trung bình chiếm 6% khối lượng xơ sợi).
 Các hố chất sử dụng trong quy trình cơng nghệ như hồ tinh bột, H2SO4,
CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3, các loại thuốc nhuộm, các chất
trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Lượng hoá chất sử dụng với từng loại
vải, từng loại màu thường khác nhau và chủ yếu đi vào nước thải của từng công
đoạn tương ứng.
1.3.4. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều trong dệt
may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực
phẩm. Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định và đa
dạng so với màu sắc tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng mà khơng kiểm sốt và quản
lý nghiêm ngặt thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng đã gây ra vấn đề ô nhiễm
nguồn nước ảnh hưởng tới môi trường và con người. Gần đây, các nhà nghiên cứu

đã phát hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất này đối với môi trường và
con người, đặc biệt là loại thuốc nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng
sản phẩm. Ngồi ra, nước thải có màu sắc đậm làm mất thẩm mỹ và gây cản trở
việc tiếp nhận ánh sáng của các sinh vật thủy sinh.
Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc vào các hóa chất, chất trợ, thuốc
nhuộm và công nghệ sử dụng. Thuốc nhuộm thường được sử dụng hiện nay là các
thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ. Nước thải sinh ra từ quá trình dệt nhuộm thường lớn
Trang 13


Báo cáo khóa luận

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dư thừa: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề
mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại nặng… Các thuốc nhuộm thường có trong nước
thải xưởng nhuộm ở nồng độ 6 ÷ 50 mg/L [2].
Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ…với một nồng độ rất nhỏ của
thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp
thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại
thuỷ sinh vật. Như vậy nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với
các chất hữu cơ trong nước thải.
Đối với cá và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn 3000 thuốc
nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ khơng độc, độc vừa, rất độc đến cực độc.
Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc
nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh.
Đối với con người có thể gây ra các bệnh về da, đường hơ hấp, phổi. Ngồi
ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có thể gây ung
thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan). Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản
suất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá

thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao.
1.3.5. Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm [6]
Đối với việc giảm thiểu tác động mơi trường nước của nước thải nhà máy dệt
nhuộm có thể xem xét áp dụng các biện pháp sau:
 Phân luồng dòng nước thải bao gồm: các loại nước sạch, nước ơ nhiễm cơ
học, nước nhiễm bẩn hóa chất, chất hữu cơ và nước nhiễm bẩn dầu mỡ, chất rắn lơ
lửng… Đây là biện pháp vừa mang tính kỹ thuật, vừa mang tính quản lý rất hữu
hiệu và kinh tế để giảm bớt định mức tiêu hao nước cho sản xuất, tiết kiệm năng
lượng đồng thời giảm đi một lượng đáng kể nước thải cần xử lý.
 Tuần hoàn tái sử dụng nước làm lạnh sẽ tiết kiệm được một lượng nước lớn
(tối thiểu giảm 30% lượng nước thải).
 Khơi thơng hệ hống thốt nước thải và bố trí hố ga và đặt giỏ thu gom bã thải
rắn.

Trang 14