Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ xơ dừa

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

Họ tên sinh viên: TRƯƠNG THỊ MAI TƯ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ
TRONG DUNG DỊCH NƯỚC
BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ XƠ DỪA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Đà Nẵng – tháng 4 năm 2016


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

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ
TRONG DUNG DỊCH NƯỚC
BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ XƠ DỪA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Họ tên sinh viên

: TRƯƠNG THỊ MAI TƯ

Lớp
Giáo viên hướng dẫn

: 12CHP
:TS. Đinh Văn Tạc

Đà Nẵng – tháng 4 năm 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HÓA


NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG THỊ MAI TƯ

Lớp: 12CHP

1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước
bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ xơ dừa.
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị: xơ dừa, dung dịch metyl đỏ, axit citric,
dung dịch cồn, HCl, NaOH.
3. Nội dung nghiên cứu:

- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa.
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến quá trình chế tạo VLHP.
- Khảo sát các yếu tốt ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ.
- Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
4. Giáo viên hướng dẫn: TS.Đinh Văn Tạc
5. Ngày giao đề tài: 01/09/2015
6. Ngày hoàn thành: 27/04/2016
Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên)

(Ký và ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày …. tháng .… năm 2016.
Kết quả điểm đánh giá:................................................
Ngày .… tháng .… năm .....
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ, tên)


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Đinh Văn Tạc, người thầy đã tận
tình chu đáo và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành
luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Hóa học Trường ĐHSP Đà
Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu
đề tài.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo, cán bộ phịng thí nghiệm khoa Hóa

học Trường ĐHSP Đà Nẵng và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện
cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm.
Xin trân trọng cảm ơn!.


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu: ...........................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: ............................................................................2
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................3
TỔNG QUAN .............................................................................................................3
1.1. Nước thải dệt nhuộm:........................................................................................3
1.1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm:.............................................................................3
1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm. ......................5
1.1.4. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm: ........................6
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ. .................................................................7
1.2.1. Hiện tượng hấp phụ. ...................................................................................7
1.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước. ................................................................8
1.2.3. Động học hấp phụ. ......................................................................................9
1.2.4. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ. ......................9
1.3. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang ............................................13
1.3.1 Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang ..........................................14
1.3.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang ........................15
1.4. Giới thiệu về VLHP xơ dừa. ...........................................................................16
1.4.1 Tổng quan về cây dừa [18],[21], [20] .......................................................16
1.4.2. Cấu trúc sợi xơ dừa [1], [9], [10] ............................................................17

1.4.3. Tính chất của sợi xơ dừa [6],[9],[10],[17],[18] ......................................17
CHƯƠNG 2 ..............................................................................................................20
THỰC NGHIỆM .......................................................................................................20
2.1. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ ............................................................................20
2.1.1. Hoá chất ....................................................................................................20
2.1.2. Thiết bị ......................................................................................................20


2.2. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ ..................................................................21
2.3. Định lượng metyl đỏ .......................................................................................21
2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến quá trình chế tạo vật liệu hấp
phụ ..........................................................................................................................23
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP .................23
2.5.1. Ảnh hưởng của thời gian...........................................................................23
2.5.2. Ảnh hưởng của lượng VLHP.....................................................................23
2.5.3. Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ ban đầu ...............................................24
2.5.4. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất hấp phụ. ..............................24
CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................25
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................25
3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến quá trình chế tạo vật
liệu hấp phụ ............................................................................................................25
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP ....26
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian...........................................................................26
3.2.2. Ảnh hưởng của lượng VLHP.....................................................................28
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ ban đầu ...............................................29
3.3.4. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất hấp phụ. ..............................31
KẾT LUẬN ...............................................................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................34

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm .......... 7
Bảng 1.2: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng ...................................... 11
Bảng 1.3: Tính chất cơ lý của sợi xơ dừa............................................................... 18
Bảng 1.4: Thành phần hóa học của sợi xơ dừa ...................................................... 18
Bảng 2.1: Số liệu xây dựng xác định nồng độ metyl đỏ ........................................ 22
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến quá trình chế tạo VLHP .......... 25
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP ................. 27
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ của VLHP .. 28
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ ban đầu đến hiệu suất và dung lượng
hấp phụ của VLHP ................................................................................................. 29
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ............................................. 31


DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .................................................... 13
Hình 1.2: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb.................................................................. 13
Hình 2.1: Vật liệu hấp phụ ..................................................................................... 21
Hình 2.2: Dãy chuẩn xác định nồng độ metyl đỏ................................................... 22
Hình 2.3: Đường chuẩn xác định nồng độ metyl đỏ .............................................. 22
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng dộ axit citric đến quá trình chế tạo
VLHP ..................................................................................................................... 26
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ .................................... 27
Hình 3.3: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ..................... 28
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ ban đầu đến khả năng hấp phụ của
VLHP ..................................................................................................................... 29
Hình 3.5: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metyl đỏ ........................ 30
Hình 3.6: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với
metyl đỏ .................................................................................................................. 31
Hình 3.7: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP………………...32

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ơ nhiễm mơi trường nước hiện nay là một vấn đề được toàn xã hội quan tâm.
Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất
chỉ được xử lí sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi trường. Hậu quả là môi trường
nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ơ nhiễm nghiêm trọng.
Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con người, xiết chặt cơng tác quản lí mơi
trường thì việc tìm ra phương pháp nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp
chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: dệt
may, cao su, giấy, mỹ phẩm…Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là tác nhân gây ô
nhiễm các nguồn nước và hậu quả là tổn hại 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 oxy hoá. Trong số nhiều phương pháp được nghiên
cứu để tách loại các phẩm màu trong môi trường nước, phương pháp hấp phụ được
lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao. Ưu điểm của phương pháp này là đi từ
nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn giản và khơng đưa thêm vào mơi trường
những tác nhân độc hại.
Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (như: bã mía, vỏ lạc, lõi
ngơ, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi…) được sử dụng để loại bỏ các chất gây độc
hại trong môi trường nước. Xơ dừa đang được đánh giá là tiềm năng để chế tạo các
vật liệu hấp phụ (VLHP) để xử lí ơ nhiễm mơi trường.
Xuất phát từ những lí do trên, trong luận văn này chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp
phụ chế tạo từ xơ dừa”.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau:

1


1. Chế tạo VLHP từ xơ dừa.
2. Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ
của các VLHP chế tạo từ xơ dừa đối với metyl đỏ trong môi trường nước.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng: Xơ dừa
3.2. Phạm vi nghiên cứu: Quy mơ phịng thí nghiệm
- Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình biến tính xơ dừa.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1 Nghiên cứu lý thuyết
Tổng quan tài liệu:
- Tổng quan về cây dừa, sợi xơ dừa.
- Nước thải dệt nhuộm.
- Qúa trình hấp phụ chất trong nước.
- Phương pháp trắc quan.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Xử lý sợi xơ dừa.
- Phản ứng este hóa biến tính xơ dừa bằng axit citric.
- Phương pháp UV-VIS xác định nồng độ metyl đỏ trong nước.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
- Phương pháp biến tính xơ dừa nhằm tạo ra vật liệu hấp phụ mới, có khả
năng hấp phụ cao đối với các hợp chất hữu cơ trong nước, tạo ra hướng phát triễn
mới trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ bằng xơ dừa.

2

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Nước thải dệt nhuộm:
Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành quan trọng và có từ lâu đời vì
nó gắn liền với nhu cầu cơ bản của loài người là may mặc. Sản lượng dệt trên thế
giới ngày càng tăng cùng với gia tăng về chất lượng sản phẩm, đa dạng về mẫu mã,
màu sắc của sản phẩm. Chẳng hạn ở Ấn Độ, hàng năm sản xuất khoảng 4000 triệu
mét vải với lực lượng lao động của ngành xấp xỉ 95 vạn người trong 670 xí nghiệp.
Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may đang trở thành một trong những ngành
mũi nhọn trong các ngành công nghiệp, mục tiêu của ngành là đến năm 2010 sản
xuất 1 tỷ mét vải [12].
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn
hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hồn tất, trong đó lượng nước thải chủ yếu do
q trình giặt sau mỗi cơng đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm
rất lớn và thay đổi theo mặt hàng khác nhau. Nhu cầu sử dụng nước cho 1 mét vải
nằm trong phạm vi từ 12 đến 65 lít và thải ra từ 10 đến 40 lít. Vấn đề ơ nhiễm chủ
yếu trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn nước [12], [3].
1.1.1. Sơ lược về 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 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: 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 như:

3

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 [2].
- Khái quát về một số loại thuốc nhuộm
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 hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm
antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [3] .
2. Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hồn ngun, thuốc
nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ
cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [3] .
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ
hơn về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của luận văn.
● Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (NN) phân tử thuốc
nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo).
● Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát Ar–
SO3Na. Khi hồ tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt
màu vào sợi. Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo.
● Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, bông
cầm màu bằng tananh. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ
chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ,
các lớp hoá học được phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%),
arycydin (7%), antriquinon (5%) và các loại khác.
● Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan trong
nước phân ly thành ion: Ar–SO3Na →Ar–SO3–+Na+, anion mang màu thuốc
nhuộm tạo liên kết ion với tâm tĩnh điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có
khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường

4

axit. Xét về cấu tạo hố học có 79% thuốc nhuộm axit azo,10% là antraquinon, 5%
là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác.
1.1.2. Thuốc nhuộm azo
Thuốc nhuộm azo chứa nhóm azo (NN) trong phân tử và các nhóm trợ
màu tuỳ theo đặc tính của nhóm trợ màu. Nếu nhóm trợ màu mang tính bazơ có các
nhóm đẩy electron mạnh như –NH2,–NR2 … gọi là thuốc nhuộm azo-bazơ. Nếu
nhóm trợ màu có tính axit do các nhóm thế –OH,– COOH,–SO3H gọi là thuốc
nhuộm azo-axit. 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 [2], [4].
Phần lớn thuốc nhuộm được sử dụng là thuốc nhuộm azo. Đây là phẩm
nhuộm có màu sắc tươi sáng do sự hiện diện của một hoặc một vài nhóm azo

(NN) tạo hệ liên hợp với cấu trúc nhân thơm. Metyl đỏ là một monoazo thường
được sử dụng trong phịng thí nghiệm, dệt may và các ngành cơng nghiệpkhác.
Metyl đỏ có thể gây các bệnh về mắt, da, đường hô hấp, đường tiêu hóa [15].
Cơng thức phân tử: C15H15N3O2
Cơng thức cấu tạo:

1.1.3. 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 rộng rãi thuốc nhuộm và các
sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới con người và môi
5


trường. 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
[16], [19].
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 hố 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 [16].
1.1.4. Nguồn phát sinh nước thải trong cơng nghiệp dệt nhuộm:
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. Cơng đoạn xử lý ướt sử dụng nhiều
nước, nói chung để xử lý hồn tất 1kg hàng dệt cần 50 300lít 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.

6


Bảng 1.1 Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm [3]
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(vớilen100%)

Làm bóng

Làm bóng

Định hình ướt

Nấu – tẩy trắng

Nấu–tẩy trắng

Tẩy trắng (nếu yêu cầu)

Nhuộm

Nhuộm

Nhuộm

Inhoa

Inhoa

In hoa

Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải của cơng 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 [12].
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ.
1.2.1. Hiện tượng hấp phụ.
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí-rắn, lỏng-rắn,
khí- lỏng, lỏng-lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất
hấp phụ; cịn chất được tích luỹ trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Tuỳ theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt
hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học [7], [12], [13].

7


1.2.1.1. Hấp phụ vật lý.
Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân
tử, các ion...) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng
hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng.
Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ.
Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ khơng
tạo thành hợp chất hố học (khơng hình thành các liên kết hoá học) mà chất bị hấp
phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ.
Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn [7], [12], [13].
1.2.1.2. Hấp phụ hoá học.
Hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hoá học
với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hố học khi đó là lực liên kết hố học
thơng thường (liên kết ion, liên kết cộng hố trị, liên kết phối trí...). Lực liên kết này
mạnh nên khó bị phá vỡ. Nhiệt hấp phụ hố học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol
[7], [12], [13].
1.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước.
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp
hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ
và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung mơi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp
phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào
có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương tác
phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc
kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường
nước. So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong mơi trường nước thường có
tốc độ chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước
và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan

chậm.
Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ

8


(các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH
khác nhau) mà cịn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ [7],
[12], [13].
Đặc tính của chất hữu cơ trong môi trường nước.
Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp
phụ trên VLHP đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu
cơ có độ tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự
đốn khả năng hấp phụ chúng trên VLHP.
Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hồ, ít bị
phân cực. Do đó q 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 dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ…[2].
1.2.3. Động học hấp phụ.
Trong mơi trường nước, 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 đến bề mặt chất hấp phụ - 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 - Giai đoạn khuếch tán màng.
♦ Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ Giai đoạn khuếch tán vào trong mao quản.
♦ Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - 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 [7], [12], [13].
1.2.4. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ.
Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phân tử chất bị hấp phụ
khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang.
9


Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc
độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp
phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một
hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:
q=f(T,PhoặcC)

(1.1)

Ở nhiệt độ không đổi (T=const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q vào P
hoặc C (q=fT (P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng nhiệt
hấp phụ có thể xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm
tuỳ thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm xử lý số liệu thực nghiêm
[1], [3], [4].
Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng được nêu ở bảng 1.2.

10


Bảng 1.2 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng [2]
Đường đẳng nhiệt
hấp phụ

Phương trình
𝑣

Langmuir

=

𝑏.𝑝

Bản chất sự hấp
phụ
Vật lí và hóa học

𝑣𝑚𝑎𝑥 1+𝑏.𝑝

Henry

Freundlich
Shlygin-FrumkinTemkin
Brunauer-EmmettTeller(BET)

v=k.p
1

Vật lí và hóa học

1

Hóa học

𝑣 = 𝑘. 𝑝𝑛 (n˃1)
𝑣
𝑣𝑚𝑎𝑥

Vật lí và hóa học

= .ln𝐶𝑜. 𝑝
𝛼

𝑝
1
(𝐶 − 1) 𝑝
=
+
.
𝑣(𝑝𝑜 − 𝑝) 𝑣𝑚 . 𝐶
𝑣𝑚 . 𝐶 𝑝𝑜

Vật lí, nhiều lớp

Trong các phương trình trên, ν là thể tích chất bị hấp phụ, νm là thể tích hấp
phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, po là áp suất hơi bão hồ của
chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết ở cùng nhiệt độ. Các kí hiệu a, b, k, n là
các hằng số.
Trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ của các VLHP đối
với metyl đỏ trong mơi trường nước theo mơ hình đường đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên
các giả thuyết:

♦ Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác
định.
♦ Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
♦ Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các
tiểu phân là như nhau và khơng phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ
trên các trung tâm bên cạnh.

11


Phương trình đẳng nhiệt Langmuir nêu ở bảng 1.2 được xây dựng cho hệ hấp
phụ rắn- khí. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong
mơi trường nước. Khi đó phương trình Langmuir được biểu diễn như sau:
𝑞
𝑞𝑚𝑎𝑥

=𝜃=

𝑏𝐶𝑐𝑏
1 + 𝑏𝐶 𝑐𝑏

(1.2)

Trong đó:
q,qmax: dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
θ : độ che phủ
b : hằng số Langmuir
Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:
+Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb<<1thì q=qmax.b.Ccb mơ tả vùng hấp phụ

tuyến tính.
+Trong vùng nồng độ cao: b.Ccb>>1 thì q=q max mơ tả vùng hấp phụ bão
hịa.
Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt
biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt
Langmuir, đưa phương trình (1.2) về dạng phương trình đường thẳng:
𝐶𝑐𝑏
1
1
=
+
𝐶
𝑞
𝑏𝑞𝑚𝑎𝑥 𝐶𝑞𝑚𝑎𝑥 𝑐𝑏
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của

𝐶𝑐𝑏
𝑞

vào Ccb sẽ xác định được các hằng số:

b ,qmax trong phương trình. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và đồ thị sự phụ
thuộc của

𝐶𝑐𝑏
𝑞

vào Ccb có dạng như hình 1.1 và 1.2.

12

𝐶𝑐𝑏

𝑞(𝑚𝑔/𝑔)

𝑞

𝑞𝑚𝑎𝑥
tgα
𝑁
𝑂

𝐶𝑐𝑏 (𝑚𝑔/𝑙)

𝑂

Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của
𝐶𝑐𝑏
vào Ccb

Langmuir
𝑡𝑔𝛼 =

1
𝑞𝑚𝑎𝑥

=˃ qmax =

𝐶𝑐𝑏 (𝑚𝑔/𝑙)

𝑞

1

ON =

𝑡𝑔α

1
𝑞𝑚𝑎𝑥 .𝑝

1.3. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang
Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích được sử dụng phổ biến nhất
trong các phương pháp phân tích hóa lý. Bằng phương pháp này có thể định lượng
nhanh chóng với độ nhạy và độ chính xác cao. Thực tế phương pháp này có khả
năng sử dụng vơ hạn để xác định hầu hết các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần
hồn (trừ các khí trơ), các hợp chất vơ cơ cũng như các hợp chất hữu cơ. Các cơng
trình khoa học đăng trên các tạp chí thì phương pháp trắc quang chiếm khoảng 40%
tổng số các cơng trình được cơng bố. Phương pháp phân tích trắc quang được phát
triển mạnh vì nó đơn giản, đáng tin cậy và được sử dụng nhiều trong kiểm tra sản
xuất hoá học, luyện kim và trong nghiên cứu hố địa, hố sinh, mơi trường và nhiều
lĩnh vực khác [14].
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập vài nét của phương pháp trắc quang nhằm làm sáng
tỏ hơn những vấn đề sẽ trình bày trong phần thực nghiệm.

13

1.3.1 Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang
Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trắc quang là muốn xác định
một cấu tử X nào đó, chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo
sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X.
Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng BouguerLambert-Beer. Biểu thức của định luật:
A = 𝑙𝑔

𝐼0
𝐼

= 𝜀LC

(1.3)

Trong đó:
Io, I lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏi dung dịch.
L là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua.
C là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
ε là hệ số hấp thụ quang phân tử, nó phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ
ánh sáng và bước sóng của ánh sáng tới ( ε = f (λ)).
Như vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lượng: bước sóng, bề
dày dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng.
A = f (λ, L, C)

(1.4)

Do đó nếu đo A tại một bước sóng λ nhất định với cuvet có bề dày L xác định
thì đường biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đường thẳng. Tuy nhiên,
do những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của

ánh sáng tới, sự pha lỗng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ
thị trên khơng có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Do vậy biểu thức
1.3 có dạng:
Aλ = k.ε.L.(Cx )b

(1.5)

Trong đó:
Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
k: hằng số thực nghiệm.
b: hằng số có giá trị 0 < b £ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx.
Khi Cx nhỏ thì b = 1, khi Cx lớn thì b < 1.

14


Đối với một chất phân tích trong một dung mơi xác định và trong một cuvet có
bề dày xác định thì ε = const và L = const. Đặt K = k.ε.L ta có:
Aλ = K.Cb

(1.6)

Phương trình (1.5) là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo phổ hấp thụ
quang phân tử UV-Vis (phương pháp trắc quang). Trong phân tích người ta chỉ sử
dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ
thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm [13],
[14].
1.3.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang
Có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng một chất bằng phương pháp
trắc quang. Từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như: phương pháp

dãy chuẩn nhìn màu, phương pháp chuẩn độ so sánh màu, phương pháp cân bằng
màu bằng mắt… các phương pháp này đơn giản, không cần máy móc đo phổ nhưng
chỉ xác định được nồng độ gần đúng của chất cần định lượng, nó thích hợp cho việc
kiểm tra ngưỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay khơng. Các phương
pháp phải sử dụng máy quang phổ như: phương pháp đường chuẩn, phương pháp
dãy tiêu chuẩn, phương pháp chuẩn độ trắc quang, phương pháp cân bằng,
phương pháp thêm, phương pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và đối tượng
phân tích cụ thể mà ta chọn phương pháp thích hợp. Trong đề tài này chúng tôi sử
dụng phương pháp đường chuẩn để định lượng metyl đỏ.
Phương pháp đường chuẩn: Từ phương trình cơ sở A = k.(Cx)b về nguyên tắc,
để xây dựng một đường chuẩn phục vụ cho việc định lượng một chất trước hết phải
pha chế một dãy dung dịch 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 được dựng đồ thị A = f(C).
Sau khi có đường chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện
giống như khi xây dựng đường chuẩn. Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều
kiện đo như khi xây dựng đường chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng

15


bước sóng) được các giá trị Ax. Áp các giá trị Ax đo được vào đường chuẩn sẽ tìm
được các giá trị nồng độ Cx tương ứng [14].
1.4. Giới thiệu về VLHP xơ dừa.
1.4.1 Tổng quan về cây dừa [18],[21], [20]
Cây dừa là một trong những cây lấy dầu quan trọng nhất thế giới phân bố
rộng rãi từ vĩ độ 20 Nam của đường xích đạo với tổng diện tích 12,47 triệu ha được
trồng tạ 93 quốc gia, trong đó các quốc gia thuộc hiệp hội dừa Châu Á- Thái Bình
Dương (APCC) chiếm 10.762 ha. Điều kiện tự nhiên và xã hội ở nước ta thuận lợi
cho cây dừa phát triễn. Diện tích dừa ở Việt Nam có khoảng 150.000 ha phân bố

chủ yếu ở miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long. Riêng đồng bằng sông Cửu
Long (ĐBSCL) chiếm hơn 78% diện tích dừa cả nước, khoảng 110.000 ha. Bến Tre
có diện tích trồng dừa là 58.441 ha (năm 2012) , chiếm 35% diện tích dừa cả nước
và chiếm 43,6% diện tích dừa ĐBSCL.
Sản lượng dừa thế giới hiện nay đạt 11.439 triệu tấn cơm dừa khơ (trong đó
các nước thuộc APCC đạt 9.442 triệu tấn, chiếm 82,54%). Sản lượng dừa Việt Nam
tính đến năm 2004 là 680.684.000 trái. Sản lượng dừa ở Bến Tre trên 430 triệu
trái/năm, năng suất : 7.700 trái/ha.
Cấu tạo quả dừa gồm bốn lớp có vỏ ngồi cứng và nhẵn.Tiếp đến là các sợi
xơ dừa, có nhiều mụn bao quanh gáo dừa, gáo dừa đã hóa gỗ nên khá cứng. Lớp
trong cùng là cơm dừa. Dừa phát triễn đầy đủ khoảng 300 ngày và khoảng 1 năm thì
gáo dừa hồn tồn cứng và dừa đã chín.
Vỏ dừa chứa 10% sợi xơ cứng, 20% sợi mềm, 70% là sợi ngắn và mụn dừa.
Tính theo trong lượng khơ trong vỏ dừa có 19% là lớp vỏ ngoài, 34% là mụn dừa và
47% là xơ dừa.
Xơ dừa là một lớp xơ tự nhiên được tách ra từ vỏ dừa và được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực như trong nông nghiệp, thủ công mỹ nghệ, trang trí nội thất,
xây dựng… Về mặt kỹ thuật xơ dừa là vật liệu sợi được tìm thấy ngồi lớp vỏ cứng
của trái dừa.

16


1.4.2. Cấu trúc sợi xơ dừa [1], [9], [10]
Các sợi xơ dừa có các tế bào sợi được thu hẹp và rỗng, với những bức tường
dày được làm từ xenlulozo. Chúng có màu nhạt khi chưa trưởng thành nhưng sau đó
trở thành cứng và có màu vàng của một lớp lignin được lắng đọng trên các
xenlulozo.
Mỗi tế bào của sợi có chiều dài khoảng 1 mm (0,04 in) và đường kính
thường từ 10 đến 20 micromet (từ 0,0004 đến 0,0008 in). Có hai loại xơ dừa. Xơ

dừa nâu được thu hoạch từ dừa chín hồn tồn, dày, chắc và có khả năng chống mài
mòn cao, được sử dụng trong chiếu, bàn chải… Sợi xơ dừa nâu trưởng thành có
chứa lignin và xenlulozo ít hơn so với những sợi khác như lanh, bơng và vì vậy mà
nó mạnh mẽ nhưng ít linh hoạt hơn. Sợi xơ dừa trắng được thu hoạch từ các quả dừa
trước khi chín. Những sợi này có màu trắng hoặc màu nâu, mượt mà và mịn hơn
nhưng cũng yếu hơn. Chúng thường được quay thành sợi để sử dụng trong chiếu ,
thảm chùi chân hoặc dây thừng.
Các sợi xơ dừa tương đối không thấm nước và là một trong những loại sợi tự
nhiên có khả năng chịu được sự phá hủy của nước muối. Nước ngọt được sử dụng
để xử lý xơ dừa nâu, trong khi nước biển và nước ngọt đều được sử dụng trong sản
xuất xơ dừa trắng.
1.4.3. Tính chất của sợi xơ dừa [6],[9],[10],[17],[18]
Xơ dừa được tách ra từ vỏ quả dừa. Chiều dài sợi khác nhau, từ 10 đến 30
cm. Sợi xơ dừa mạnh, đàn hồi, có độ bền màu thấp và độ bền cao ( vì thành phần
xenlulozo 35 đến 45%, 40 đến 45% lignin và pectin 2,7 đến 4% và hemixenlulozo
0,15 đến 0,25%).
Giống như những sợi tự nhiên khác, thành phần hóa học của sợi xơ dừa cũng
phụ thuộc vào điều kiện thổ nhưỡng trong quá trình phát triễn của cây nhưng thành
phần chính của sợi vẫn là xenlulozo, hemixenlulozo, lignin và pectin. Tính chất cơ
lý của sợi xơ dừa được thể hiện dưới bảng.

17