Sử dụng đất sét làm xúc tác cho quá trình phân hủy phẩm màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm

LỜI CẢM ƠN
Sau khi hồn thành khóa luận tốt nghiệp của mình, em xin gửi lời cảm ơn
chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô` trƣờng Đại học Lâm Nghiệp,
đặc biệt là các thầy cô ở Trung tâm Phân tích và ứng dụng cơng nghệ địa khơng
gian đã tạo điều kiện tốt cho q trình thực tập của em.
Em cũng xin cám ơn thầy Vũ Huy Định và thầy Đặng Thế Anh đã tận
tình hƣớng dẫn hƣớng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn.
Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của thầy, cơ để luận văn của em
đƣợc hồn thiện hơn.
Em xin kính chúc các thầy cơ dồi dào sức khỏe, đạt đƣợc nhiều thành
cơng trong sự nghiệp cao q của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2017
Sinh viên

Đoàn Thanh Hà


TĨM TẮT NỘI DUNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận tốt nghiệp:
“SỬ DỤNG ĐẤT SÉT LÀM XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY
PHẨM MÀU HỮU CƠ TRONG NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM”
2. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Vũ Huy Định
Ths. Đặng Thế Anh
3. Sinh viên thực hiện: Đoàn Thanh Hà – K58A – KHMT
4. Mục tiêu nghiên cứu
1. Mục tiêu tổng qt: Tìm kiếm vật liệu thân thiện với mơi trƣờng, giá
thành thấp để biến tính thành vật liệu xúc tác cho quá trình Fenton xử lý các hợp
chất hữu cơ có trong nƣớc thải dệt nhuộm.
2. Mục tiêu cụ thể:
- Tìm đƣợc các điều kiện biến tính đất sét thành vật liệu xúc tác.

- Tìm ra điều kiện nhƣ nhiệt độ, pH,… thích hợp cho q trình Fenton
khi sử dụng hệ xúc tác đất sét biến tính.
- Áp dụng đƣợc q trình Fenton/đất sét biến tính để xử lý các mẫu phẩm
màu và nƣớc thải dệt nhuộm.
5. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đất sét: Đất làm đồ gố tại thôn Bát Tràng, xã Bát Tràng, huyện Gia Lâm,
Hà Nội.
- Phẩm màu: Đƣợc cung cấp bởi công ty TNHH Thƣơng Mại Tân Hồng
Phát – số 92 Cửa Bắc, Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội.
6. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu biến tính đất sét thành vật liệu có khả năng xúc tác.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu.
- Ứng dụng kỹ thuật Fenton – đất sét biến tính để xử lý các mẫu phẩm
màu và mẫu nƣớc thải dệt nhuộm.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp biến tính đất sét.


- Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM).
- Phƣơng pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu.
- Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxi hóa học (COD).
- Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình Fenton/ đất
sét biến tính.
8. Những kết quả đạt đƣợc
Các kết quả chính của khóa luận thu đƣợc nhƣ sau:
- Quy trình biến tính đất sét thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao: 10g
đất sét trộn cùng 1,08g FeCl3 và 20ml nƣớc. khuấy rồi cô cạn, sấy khô, nung 3
giờ với nhiệt độ 500˚C.
- Các đặc trƣng vật liệu nhƣ kích thƣớc, tính chất bề mặt của đất sét sau
khi biến tính đƣợc xác định bằng phƣơng pháp SEM. Kết quả cho thấy thành

phần bề mặt đất sét sau biến tính có cấu trúc đặc khít hơn, ngồi ra, trên bề mặt
cấu trúc đất sét có các khoảng trống lớn do sự hòa tan tạo điều kiện cho các tiểu
phân sắt (III) oxit bám trên bề mặt đất sét hình thành trung tâm xúc tác của hệ
xúc tác.
- Tìm đƣợc các điều kiện thích hợp tiến hành q trình Fenton, sử dụng
đất sét biến tính xử lý phẩm màu. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất khi áp
dụng kỹ thuật Fenton dị thể dùng hệ xúc tác đất sét cho đối tƣợng phẩm màu
RY160 và 4 phẩm màu (DB 199, DR 239, DR 224, AR 23) ở nồng độ 50 ppm
đã đƣợc nghiên cứu. Điều kiện thích hợp: lƣợng đất sét xúc tác 2,5 g/l; thể tích
H2O2 30% 0,1 ml; pH 2; nhiệt độ 40˚C. Hệ xúc tác có khả năng tái sử dụng
nhiều lần, tuy nhiên hiệu suất xử lý phẩm màu có xu hƣớng giảm khi tái sử
dụng.
- Đánh giá đƣợc khả năng áp dụng điều kiện xử lý tƣơng tự của phầm màu
RY 160 cho các phẩm màu DB 199, DR 239, DR 224, AR 23. Kết quả cho thấy
khả năng xử lý các phẩm màu này bằng kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu đất sét
biến tính cho kết quả tốt.


- Đánh giá đƣợc khả năng xử lý COD khi áp dụng q trình Fenton/đất sét
biến tính: COD của mẫu dung dịch phẩm nhuộm là tƣơng đối tốt, tất cả các mẫu
đều nằm trong giới hạn cho phép so với quy chuẩn. Đối với mẫu nƣớc thải dệt
nhuộm hiệu suất xử lý chƣa đạt nhƣ mong muốn (14,286% - 29,167%). Cần
tăng thời gian phản ứng, cũng nhƣ lƣợng chất oxy hóa.


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 3
1.1. Phẩm màu hữu cơ khó phân hủy ................................................................... 3
1.1.1. Phẩm nhuộm (thƣờng gọi: thuốc nhuộm) .................................................. 3
1.1.2. Phân loại phẩm nhuộm ................................................................................ 3
1.1.3.Một số loại phẩm nhuộm tiêu biểu .............................................................. 6
1.2.Nƣớc thải dệt nhuộm chứa phẩm màu hữu cơ khó phân hủy ........................ 8
1.2.1.Thành phần và tính chất trong nƣớc thải dệt nhuộm .................................. 8
1.2.2.Ảnh hƣởng của nƣớc thải dệt nhuộm ........................................................ 10
1.3.Tổng quan các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm trong nƣớc thải dệt
nhuộm ................................................................................................................ 12
1.3.1.Phƣơng pháp hấp phụ ................................................................................ 12
1.3.2.Phƣơng pháp oxi hóa ................................................................................. 13
1.3.3. Phƣơng pháp oxi hóa nâng cao ................................................................ 13
1.4.Tổng quan về vật liệu nghiên cứu: đất sét.................................................... 14
1.4.1.Nguồn gốc đất sét ...................................................................................... 14
1.4.2. Đặc tính của đất sét .................................................................................. 15
1.4.3. Ứng dụng của đất sét ................................................................................ 17
1.5. Các yếu tố ảnh hƣởng .................................................................................. 18
Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................... 20
2.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 20
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................. 20
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 22
2.4. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ ....................................................................... 22
2.4.1. Hóa chất..................................................................................................... 22


2.4.2. Thiết bị ..................................................................................................... 23
2.4.3. Dụng cụ .................................................................................................... 23
2.5. Các phƣơng pháp phân tích ......................................................................... 24

2.5.1. Phƣơng pháp biến tính đất sét .................................................................. 24
2.5.2. Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM) ......................... 24
2.5.3. Phƣơng pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu ................................. 25
2.5.4. Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxi hóa học COD ................................... 27
2.5.5. Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình Fenton/ đất sét
biến tính .............................................................................................................. 28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 30
3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn và xác định nồng độ phẩm màu ............................ 30
3.2. Nghiên cứu biến tính đất sét thành vật liệu có khả năng xúc tác ................ 31
3.2.1. Quy trình biến tính đất sét ........................................................................ 31
3.2.2. Ảnh hƣởng của lƣợng Fe(III) ................................................................... 31
3.2.3. Đặc tính của đất sét biến tính ................................................................... 32
3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu ............. 34
3.3.1. Ảnh hƣởng của nồng độ chất oxy hóa ..................................................... 34
3.3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng vật liệu đất sét biến tính ............................... 35
3.3.3. Ảnh hƣởng của pH ................................................................................... 36
3.3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tiến hành phản ứng ........................................... 37
3.3.5. Ảnh hƣởng của ion cản ............................................................................ 38
3.3.6. Ảnh hƣởng của tái sử dụng xúc tác Đất sét-Fe(III) ................................. 39
3.3.7. Ảnh hƣởng của các phẩm màu khác……………………………………..41
3.4. Ứng dụng kỹ thuật Fenton –đất sét biến tính trong xử lý mẫu phẩm màu và
mẫu nƣớc thải dệt nhuộm ................................................................................... 41
3.4.1. Mẫu phẩm màu ......................................................................................... 41
3.4.2. Mẫu nƣớc thải dệt nhuộm ........................................................................ 42
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Các chất ô nhiễm và đặc tính của nƣớc thải ngành dệt nhuộm .......... 10
Bảng 1.2. Các nguồn chủ yếu phát sinh nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm ....... 11
Bảng 3.1. Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của 5 phẩm màu ...................................... 30
Bảng 3.2. Đƣờng chuẩn nồng độ và độ hấp thụ quang của các phẩm màu ........ 30
Bảng 3.3. Tải lƣợng COD của mẫu phẩm màu .................................................. 41
Bảng 3.4. Tải lƣợng COD của mẫu nƣớc thải..................................................... 43


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của lƣợng Fe (III) đƣa vào biến tính đất sét..................... 32
Hình 3.2. Ảnh SEM của đất sét sau biến tính với các kích thƣớc khác nhau ..... 33
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ H2O2 tới hiệu quả xử lý ............................... 34
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng vật liệu tới hiệu quả xử lý ....................... 35
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của pH tới hiệu quả xử lý ................................................. 36
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thí nghiệm tới hiệu suất phẩm màu..................... 37
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của ion clorua (Cl- ) tới hiệu quả xử lý ............................ 38
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của ion nitrat (NO3- ) tới hiệu quả xử lý .......................... 38
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của ion sunfat (SO42- ) tới hiệu quả xử lý ........................ 39
Hình 3.10. Khả năng tái sử dụng đất sét qua 2 lần xử lý .................................... 40
Hình 3.11. Hiệu suất xử lý các phẩm màu .......................................................... 40
Hình 3.12. Tải lƣợng COD của mẫu phẩm màu so với QC ................................ 42
Hình 3.13. Tải lƣợng COD của mẫu nƣớc thải dệt nhuộm so với QC ............... 43


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
COD

Chemical oxygen demand: Nhu cầu oxy hóa học

RY 160

Reactive Yellow 160: Phẩm màu vàng 160

DB 199

Direct Blue 199: Phẩm màu xanh 199

DR 239

Direct Red 239: Phẩm màu đỏ cờ 239

DR 224

Direct Red 224: Phẩm màu đỏ sen 224

AR 23

Acid Red 23: Phẩm màu đỏ vang 23

SEM

Scanning electron microscope: Kính hiển vi điện tử quét

UV-vis

Ultraviolet-visible spectroscopy : Phổ tử ngoại khả kiến


MỞ ĐẦU
Hiện nay, trƣớc sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nƣớc về kinh tế

và xã hội, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh
hƣởng rất lớn đến môi trƣờng sống của con ngƣời. Bên cạnh sự lớn mạnh của nền
kinh tế đất nƣớc là hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và sự ô
nhiễm môi trƣờng đang ở mức báo động. Nguồn gốc ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
chủ yếu là do các nguồn nƣớc thải không đƣợc xử lý thải trực tiếp ra môi trƣờng
bao gồm từ: các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, vui chơi
giải trí.... Trong đó, nƣớc thải từ các hoạt động cơng nghiệp có ảnh hƣởng nhiều
nhất đến mơi trƣờng do tính đa dạng và phức tạp. Trong nƣớc thải cơng nghiệp,
thành phần khó xử lý nhất là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Một trong
những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trƣờng lớn là ngành dệt nhuộm. Bên
cạnh các cơng ty, nhà máy cịn có hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền
thống. Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lƣợng nƣớc thải sau sản xuất hầu nhƣ
không đƣợc xử lý, mà đƣợc thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng
xuống hồ ao, sơng, ngịi gây ơ nhiễm nghiêm trọng tầng nƣớc mặt, mạch nƣớc
ngầm và ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe con ngƣời.
Trong những năm gần đây, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu và sử dụng
các phƣơng pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nƣớc
thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hoá học,
phƣơng pháp điện hố... Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu điểm và hạn chế nhất
định về mặt kỹ thuật cũng nhƣ mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế của từng
quốc gia. Trong đó, việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại bằng phƣơng pháp hấp
phụ kết hợp và oxi hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton là một trong những hƣớng
nghiên cứu mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan
tâm nghiên cứu.

1


Việc tìm ra vật liệu có khả năng xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao vẫn
đang đƣợc quan tâm nhằm tìm ra vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, chi phí thấp, ít

ảnh hƣởng đến mơi trƣờng. Trong khóa luận vật liệu đƣợc chọn là đất sét, một
loại vật liệu đã, đang và sẽ đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm,
nghiên cứu nhiều hơn do các ứng dụng vô cùng mới mẻ và hữu ích của nó trong
nhiều lĩnh vực. Cũng bởi những lý do trên em lựa chọn đề tài “Sử dụng đất sét
làm xúc tác cho quá trình phân hủy phẩm màu hữu cơ trong nƣớc thải dệt
nhuộm” để tập trung nghiên cứu xử lý phẩm màu có trong nƣớc thải dệt nhuộm
bằng phƣơng pháp Fenton dị thể sử dụng hệ xúc tác là đất sét sau khi biến tính.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Phẩm màu hữu cơ khó phân hủy
1.1.1. Phẩm nhuộm (thường gọi: 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) [9].
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 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 đơi 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: -NH2, COOH, - SO3H, -OH…đóng vai trị tăng cƣờng màu của nhóm mang màu bằng
cách dịch chuyển năng lƣợng của hệ điện tử [9].
1.1.2. Phân loại phẩm nhuộm
a. Phân loại theo cấu tạo hóa học
+ Thuốc nhuộm Nitro: Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân
đơn (benzen, naphtalen) ít nhất là một nhóm nitro (NO2) và một nhóm cho điện

tử (NH2,OH).
+ Thuốc nhuộm azo: Là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát
triển rất lâu đời, chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lƣợng thuốc nhuộm. Trong
phân tử chứa một hoặc nhiều nhóm azo.
+ Thuốc nhuộm Antraquinon: Trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm
Antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó.
+ Thuốc nhuộm Indigoit: Loại thuốc nhuộm này trƣớc kia có nguồn gốc
từ thực vật màu xanh sẫm trích từ lá cây chàm.

3


+ Thuốc nhuộm lƣu huỳnh: Là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều
nguyên tử lƣu huỳnh.
+ Thuốc nhuộm Arylmetan: Là những dẫn xuất của metan, trong đó
nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang
màu.
+ Thuốc nhuộm hồn ngun đa vịng: Trong phân tử có hệ mang màu là
các hợp chất đa tụ giữa antraquinon với các vòng dị thể khác tạo nên mạch đa
vòng [8].
b. Phân loại theo lớp kỹ thuật
+ 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 mối liên kết cộng hóa trị
với vật liệu nói chung nhờ vậy nên độ bền màu cao.
Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có cơng thức cấu tạo tổng quát là:
S-R-T-X
Trong đó:
S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan.
R: là phần mang màu, thƣờng là các hợp chất Azo (-N=N), antraquynon,
axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin.

T: là gốc mang nhóm phản ứng.
X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng.
Loại thuốc nhuộm này khi thải vào mơi trƣờng có khả năng tạo thành các
amin thơm đƣợc xem là tác nhân gây ung thƣ.
+ Thuốc nhuộm axit: Thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hịa
tan trong nƣớc thƣờng dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da.
Theo cấu tạo hóa học, đa số loại thuốc nhuộm này thuộc về nhóm azo,
một số tạo phức với kim loại. Cơng thức tổng qt có thể viết dƣới dạng:
Ar-SO3Na
Trong đó:
Ar-SO3: là ion mang màu.
4


+ Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm tự bắt màu, chúng là
những hợp chất màu tự hòa tan trong nƣớc và có khả năng tự bắt màu với các
vật liệu một cách trực tiếp nhờ các lực hấp thụ trong mơi trƣờng trung tính hoặc
kiềm.
Hầu hết chúng thuộc nhóm azo, một số ít là dẫn xuất của dioxazin và
ftaloxianin, nhƣng dạng tổng quát chung đƣợc biểu diễn: Ar-SO3Na
Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm.
Khả năng tự bắt màu của thuốc nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố
dƣới đây:
- Phân tử thuốc nhuộm phải chứa một hệ thống mối liên kết nối đôi cách
khơng dƣới tám kể từ đầu nhóm trợ màu này đến đầu nhóm trợ màu kia, nhƣ vậy
phân tử thuốc nhuộm sẽ ln ở trạng thái chƣa bảo hồ hố trị và có khả năng
thực hiện các liên kết Vander Waals và liên kết Hydro với vật liệu.
- Phân tử thuốc nhuộm phải thẳng vì xơ xenlulo nói riêng và những vật
liệu mà thuốc nhuộm có khả năng bắt màu điều có cấu tạo phân tử mạch thẳng,
có nhƣ vậy phân tử thuốc nhuộm mới dễ dàng tiếp cận với vật liệu và thực hiện

các liên kết.
- Phân tử thuốc nhuộm phải có cấu tạo thẳng, các nhân thơm hoặc các
nhóm chức của thuốc nhuộm phải nằm trên cùng một mặt phẳng để nó có thể
tiếp cận cao nhất với mặt phẳng của phân tử vật liệu, cũng là yếu tố quan trọng
cho việc phát sinh và duy trì các lực liên kết của nó với vật liệu.
+ Thuốc nhuộm hồn ngun: Là những hợp chất màu hữu cơ khơng hịa
tan trong nƣớc, tuy có cấu tạo hóa học và màu sắc khác nhau nhƣng chúng có
chung một tính chất.
Tất cả đều chứa các nhóm ceton trong phân tử.
+ Thuốc nhuộm phân tán: Là những hợp chất màu không tan trong nƣớc
do trong phân tử khơng chứa nhóm tạo tính tan –SO3Na, -COONa, có kích
thƣớc phân tử nhỏ, khối lƣợng phân tử không lớn, cấu tạo không phức tạp.

5


Phân tử chứa các nhóm –NH2, -HR2, -OH, -OR (R có thể là gốc alkyl,
aryl, alkyl hydroxyl) [8].
1.1.3. Một số loại phẩm nhuộm tiêu biểu
- Phẩm nhuộm Acriđin: Dẫn xuất của acriđin hoặc 9 - phenylacriđin, có
những nhóm thế khác nhau (OH, NH2, SH, v.v…) ở vị trí 3 và 6. Phẩm nhuộm
acriđin thuộc loại phẩm nhuộm arylmetan có màu vàng và da cam. Dùng để
nhuộm da, giấy, gỗ, v.v… [10].
- Phẩm nhuộm Azo: Phẩm nhuộm tổng hợp mà trong phân tử có chứa
một hoặc vài nhóm mang màu azo (-N = N-) liên kết với các gốc thơm. Phẩm
nhuộm azo là những chất rắn, chỉ hoà tan trong nƣớc khi trong phân tử có chứa
các nhóm SO3H, COOH hoặc R4N+. Nhiều phẩm nhuộm azo (đặc biệt khi khơng
có nhóm SO3H và có nhóm NO2) là chất cháy và dƣới dạng hỗn hợp với bụi
khơng khí dễ nổ nguy hiểm. Nhờ nguyên liệu đầu phong phú, phƣơng pháp tổng
hợp đơn giản, hiệu suất cao, phẩm nhuộm azo thuộc loại các phẩm nhuộm quan

trọng nhất (chiếm trên 50% tổng sản lƣợng các loại phẩm nhuộm). Dùng để
nhuộm vải, sợi, giấy, da, cao su, chất dẻo, v.v... Ƣu điểm của phẩm nhuộm azo
là sử dụng đơn giản và giá rẻ. Tuy nhiên, hiện nay phẩm nhuộm azo đã bị cấm
sử dụng ở hầu hết các nƣớc trên thế giới vì có khả năng gây ung thƣ mạnh [10].
- Phẩm nhuộm hoàn nguyên: Gồm các phẩm màu indigo, một số dẫn xuất
của antraquinon và đồng đẳng, một vài phẩm nhuộm lƣu huỳnh. Loại phẩm này
không tan trong nƣớc nên khi sử dụng phải khử với natri hidrosunfit trong môi
trƣờng kiềm mạnh nhằm chuyển thành dạng hoà tan gọi là dẫn xuất loco bám rất
chắc vào sợi xenlulozơ. Khi nhuộm, sợi đƣợc tẩm ƣớt dung dịch loco, sau đó
phẩm màu đƣợc tái sinh do loco bị oxi hóa. Thƣờng loco dễ bị oxi hố khi phơi
ngồi khơng khí hoặc dùng các chất oxi hố nhƣ H2O2, kali dicromat, v.v... Phẩm
có nhiều màu khác nhau, rất bền đối với ánh sáng, thời tiết và giặt giũ [10].
- Phẩm nhuộm Nitro: Phẩm nhuộm hữu cơ thuộc dãy benzen và
naphatalen có chứa ít nhất một nhóm nitro cùng với nhóm hiđroxi - OH, imino =
NH, sunfo-SO3H hoặc các nhóm khác. Ví dụ: vàng naphtol… Phẩm nhuộm nitro
6


chủ yếu có màu vàng; dùng để nhuộm len, da, sợi axetat, poliamit, và các chất
dẻo [10].
- Phẩm nhuộm sunfua: Hỗn hợp phức tạp gồm nhiều chất mà phân tử có
chứa các phần dị vịng, vịng thơm và vịng quinoit; các phần này đƣợc liên kết
với nhau bằng các nhóm disunfua, sunfoxit hoặc các nhóm cầu nối khác. Phẩm
nhuộm sunfua không tan trong nƣớc, nhƣng nếu khử bằng dung dịch Na2S trong
nƣớc thì phẩm nhuộm chuyển thành dạng loco tan đƣợc (chủ yếu là do khử các
nhóm cầu nối SS thành nhóm SNa) và bám chắc vào vải bơng. Sau khi bị oxi
hố bởi khơng khí trên thớ sợi, phẩm nhuộm lại chuyển thành dạng không tan.
Màu phẩm nhuộm sunfua không tƣơi nhƣng bền với ánh sáng (trừ màu vàng,
màu da cam) và độ ẩm, khơng bền với vị xát và tác dụng của clo. Phẩm nhuộm
sunfua không bền khi bảo quản, phƣơng pháp nhuộm phức tạp; thang màu thiếu

màu đỏ. Điều chế bằng cách cho hợp chất hữu cơ (vd: aminophenol, nitrophenol,
các amin và diamin thơm, các indophenol, các azin, các dẫn xuất của
diphenylamin) tác dụng với lƣu huỳnh (S) hoặc dung dịch nƣớc Na2Sx (x ≥ 2). [10]
Ví dụ: Phẩm nhuộm sunfua vàng hoặc da cam có chứa vịng thiazol đƣợc
điều chế bằng cách đun nóng chảy toluđin, nitrotoluđin, hoặc nitrotoluen với S ở
200 - 250˚C; phẩm nhuộm sunfua màu xanh nƣớc biển, xanh lục và màu đen có
chứa vịng thiazin và thiantren đƣợc điều chế bằng cách đun nitro-, aminophenol
indoanilin và các hợp chất dị vòng khác nhau (ví dụ: phenoxazon) với các dung
dịch natri polisunfua ở 100 đến 150˚C; phẩm nhuộm sunfua tím chứa các phần
phenazin và thiazin, đƣợc điều chế bằng phản ứng của các phẩm nhuộm azin với
natri polisunfua trong sự có mặt của đồng sunfat (CuSO4). Phẩm nhuộm sunfua
quan trọng nhất là đen sunfua. Phẩm nhuộm sunfua thuộc loại rẻ tiền, đƣợc dùng
để nhuộm các loại vải bông thông thƣờng và nhuộm sợi.
- Phẩm đen anilin: Phẩm đen đƣợc tạo ra do sự oxi hố anilin và các đồng
đẳng của nó. Dùng làm phẩm nhuộm cho vải, da, gỗ...; làm mực viết, xi đánh
giày, v.v… [10].

7


1.2. Nƣớc thải dệt nhuộm chứa phẩm màu hữu cơ khó phân hủy
Nƣớc thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nƣớc thải phát sinh từ tất cả các công
đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hồn tất. Theo
phân tích của các chun gia, trung bình, một nhà máy dệt nhuộm sử dụng
một lƣợng nƣớc đáng kể, trong đó, lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng trong các công
đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là trong cơng đoạn nhuộm và hồn tất
sản phẩm [4]. Xét hai yếu tố là lƣợng nƣớc thải và thành phần các chất ô
nhiễm trong nƣớc thải, ngành dệt nhuộm đƣợc đánh giá là ô nhiễm nhất
trong số các ngành công nghiệp [2]. Các chất ơ nhiễm chủ yếu có trong
nƣớc thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm,

các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ (AOXAdsorbable Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng hàm lƣợng
chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất là 40°C) và pH của nƣớc thải cao từ 9
đến 12, do lƣợng kiềm trong nƣớc thải lớn. Trong số các chất ơ nhiễm có
trong nƣớc thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc
biệt là thuốc nhuộm azo không tan – loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng phổ biến
nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần.
Thông thƣờng, các chất màu có trong thuốc nhuộm khơng bám dính hết
vào sợi vải trong q trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lƣợng dƣ
nhất định tồn tại trong nƣớc thải. Lƣợng thuốc nhuộm dƣ sau công đoạn
nhuộm có thể lên đến 50% tổng lƣợng thuốc nhuộm đƣợc sử dụng ban đầu
[2]. Đây chính là nguyên nhân làm cho nƣớc thải dệt nhuộm có độ màu cao,
và nồng độ chất ơ nhiễm lớn.
1.2.1. Thành phần và tính chất trong nước thải dệt nhuộm
Tính chất nƣớc thải giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ
thống xử lý và quản lý chất lƣợng môi trƣờng. Sự dao động về lƣu lƣợng và tính
chất nƣớc thải quyết định tải trọng thiết kế cho các cơng trình đơn vị.

8


Nƣớc thải dệt nhuộm sẽ khác nhau khi sử dụng các loại nguyên liệu khác
nhau. Chẳng hạn nhƣ len và cotton thô sẽ thải ra chất bẩn tự nhiên của sợi. Nƣớc
thải này có độ màu, độ kiềm, BOD và chất lơ lửng (SS) cao. Ở loại nguyên liệu
sợi tổng hợp, nguồn gây ơ nhiễm chính là hóa học do các loại hóa chất sử dụng
trong giai đoạn tẩy và nhuộm [13].
Hóa chất sử dụng: hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCL, H2O2,
Na2CO3, Na2SO3, …các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngấm, chất cầm
màu, chất tẩy giặt.
Thành phần nƣớc thải phụ thuộc vào: Đặc tính của vật liệu nhuộm, bản
chất của thuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác đƣợc sử dụng.

Nguồn nƣớc thải bao gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm
và hồn tất [13].
Nƣớc thải dệt nhuộm nhìn chung rất phức tạp và đa dạng, đã có hàng trăm
loại hóa chất đặc trƣng nhƣ phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly,
chất tạo môi trƣờng, tinh bột men, chất oxy hóa… đƣợc đƣa vào sử dụng. Trong
q trình sản xuất, lƣợng nƣớc thải ra 12-300m3/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn
nhuộm và nấu tẩy. Nƣớc thải dệt nhuộm ô nhiễm nặng trong môi trƣờng sống
nhƣ độ màu, pH, chất lơ lửng, BOD, COD, nhiệt độ đều vƣợt quá tiêu chuẩn cho
phép xả vào nguồn tiếp nhận [13].
Nƣớc thải dệt nhuộm gây ô nhiễm cho nguồn xả chủ yếu do độ đục, độ
màu, lƣợng chất hữu cơ và pH cao. Nhiều cơng trình nghiên cứu trƣớc đây cho
thấy keo tụ bằng phèn nhơm có thể khử màu hiệu quả 50-90%, đặc biệt hiệu quả
cao với loại thuốc nhuộm sulfur [13].
Các loại thuốc nhuộm đƣợc đặc biệt quan tâm vì chúng thƣờng là nguồn
sinh ra các kim loại, muối và màu trong nƣớc thải. Các chất hồ vải với lƣợng
BOD, COD cao và các chất hoạt động bề mặt là nguyên nhân chính gây ra tính
độc cho thuỷ sinh của nƣớc thải dệt nhuộm [13].
Theo nghiên cứu của CIBA GELGY Service Limited (1993) thì phèn
nhơm và phèn sắt có thể loại bỏ 40% COD và 80% crom tổng cộng từ 0,6mg/L
9


xuống còn 0,1mg/L. Nghiên cứu TURKMAN (1991) cho thấy với liều lƣợng
phèn sắt 500mg/L hiệu quả khử độ đục là 98,3% [13].
Bảng 1.1. Các chất ơ nhiễm và đặc tính của nƣớc thải ngành dệt nhuộm
Công

Chất ô nhiễm trong nƣớc thải

Đặc tính của nƣớc thải

Hồ sợi, rũ

Tinh bột, glucose, polyvinyl, alcol,

BOD cao (34 – 50 tổng lƣợng

hồ

nhựa,…

BOD)

Nấu tẩy

NaOH, chất sáp, soda, silicat và sợi vải

Độ kiềm cao, màu tối, BOD

vụn

cao

Hypoclorit, các hợp chất chứa Clo, axit,

Độ kiềm cao, BOD thấp, (dƣới

tạp chất,…

1% BOD tổng)

NaOH, tạp chất

Độ màu rất cao, BOD khá cao

đoạn

Tẩy trắng

Làm bóng

(6% BOD tổng), SS cao
Nhuộm

Các loại thuốc nhuộm, axit axetic, các

Độ kiềm nhẹ, BOD thấp,…

muối kim loại
Chất màu, tinh bột, dầu muối, kim loại,

In

axit,…
Hoàn tất

Vết tinh bột, mỡ động vật, muối
Nguồn: [11]

1.2.2. Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và đƣợc sử dụng nhiều trong ngành nhƣ:
dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dƣợc 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 về màu sắc. Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản
phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nƣớc ảnh hƣởng tới con ngƣời và môi
trƣờng. Khi đi vào nguồn nƣớc nhƣ sông, hồ…Với một nồng độ rất nhỏ của
thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nƣớc thải cản trở sự
hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trƣởng của các
loại thuỷ sinh vật. Nhƣ vậy nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh
10


đối với các chất hữu cơ trong nƣớc 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 [3], [5].
Đối với con ngƣời có thể gây ra các bệnh về da, đƣờng hơ hấp, phổi.
Ngồi ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có
thể gây ung thƣ (nhƣ thuốc nhuộm Benzidin, Sudan). Các nhà sản xuất châu Âu
đã ngừng sản suất loại này, nhƣng trên thực tế chúng vẫn đƣợc tìm thấy trên thị
trƣờng do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao [3].
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 hoàn tất 1kg hàng dệt cần 50 đến 300lít nƣớc tùy
chủng loại vật liệu và máy móc thiết bị. Hầu hết lƣợng nƣớc này cỡ 88,4% sẽ
thải ra ngồi, 11,6% lƣợng nƣớc bay hơi trong q trình gia công.
Bảng 1.2. Các nguồn chủ yếu phát sinh nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm
Sản xuất vải sợi bông

Sản xuất vải sợi pha (tổng

Sản xuất vải, sợi len và pha

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

Nhuộm

Nhuộm

Nhuộm

In hoa

In hoa

In hoa

Các chất gây ơ nhiễm chính trong nƣớc thải của công nghiệp dệt nhuộm
bao gồm:
Các tạp chất tách ra từ vải sợi nhƣ dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin,
các chất bụi bẩn dính vào sợi (trung bình chiếm 6% khối lƣợng xơ sợi).
11


Các hố chất sử dụng trong quy trình cơng nghệ nhƣ 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. Lƣợng hoá chất sử dụng
với từng loại vải, từng loại màu thƣờng khác nhau và chủ yếu đi vào nƣớc thải
của từng công đoạn tƣơng ứng [1].
1.3. Tổng quan các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm trong nƣớc thải dệt nhuộm
1.3.1. Phương pháp hấp phụ
Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nƣớc thải

khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng nhƣ xử lý cục bộ khi
trong nƣớc thải có chứa một hàm lƣợng rất nhỏ các chất đó. Những chất này
khơng phân huỷ bằng con đƣờng sinh học và thƣờng có độc tính cao. Nếu các
chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lƣợng chất hấp phụ khơng lớn
thì việc áp dụng phƣơng pháp này là hợp lý hơn cả.
Trong trƣờng hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
+ Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nƣớc thải tới bề mặt hạt hấp phụ.
+ Thực hiện q trình hấp phụ.
+ Di chuyển chất ơ nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán
trong). Ngƣời ta thƣờng dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất
thải của sản xuất nhƣ xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản
nhƣ đất sét, silicagen…Để loại những chất ô nhiễm nhƣ: chất hoạt động bề mặt,
chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá, dẫn xuất phenol và hydroxyl…
Ứng dụng của phƣơng pháp hấp phụ bằng vật liệu:
+ Tách các chất hữu cơ nhƣ phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc
nhuộm, các hợp chất thơm từ nƣớc thải bằng than hoạt tính.
+ Có thể dùng than hoạt tính khử thuỷ ngân.
+ Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân huỷ.

12


1.3.2. Phương pháp oxi hóa
Để làm sạch nƣớc thải có thể dùng các chất oxy hóa nhƣ clo ở dạng khí và
hóa lỏng, clodioxit, canxiclorat, natri hypoclorit, kali pemanganat, kali bicromat,
oxy khơng khí, ozon...
Trong q trình oxy hóa, các chất độc hại trong nƣớc thải đƣợc chuyển
thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nƣớc thải. Quá trình này tiêu tốn một
lƣợng lớn tác nhân hóa học, do đó q trình oxy hóa học chỉ đƣợc dùng trong
những trƣờng hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nƣớc thải không thể tách

bằng những phƣơng pháp khác.
- Oxy hóa bằng clo:
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thơng dụng nhất.
Ngƣời ta sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa
metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nƣớc thải.
Khi clo tác dụng với nƣớc thải xảy ra phản ứng:
Cl2 + H2O → HClO + HCl
HClO → H+ + ClOTổng clo, HClO và ClO- đƣợc gọi là clo tự do hay clo hoạt tính.
Các nguồn cung cấp clo hoạt tính cịn có hypoclorit, clorat, dioxyt clo…
Lƣợng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nƣớc thải là: 10g/m3
đối với nƣớc thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hồn tồn.
- Phƣơng pháp ozon hóa:
Ozon tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa
bằng ozo cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nƣớc. Sau q
trình ozon hóa số lƣợng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozon cịn oxy hóa
các hợp chất nito, photpho...
1.3.3. Phương pháp oxi hóa nâng cao
Trong xử lý nƣớc thải, nó đƣợc đặt tên là oxy hóa nâng cao (AOPsAdvanced Oxidation Processes). Giải pháp này địi hỏi tạo ra một chất trung
gian có hoạt tính cao, có khả năng oxy hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân
13


hủy sinh học, trong xứ lý nƣớc thải đó là các gốc hydroxyl tự do (OH •). Trong
việc áp dụng giải pháp này (AOPs), quá trình Fenton và các quá trình kiểu
Fenton (Fenton – like processes) đƣợc cho là giải pháp có hiệu quả cao và tính
ứng dụng lớn trong xử lý các phẩm mẫu hữu cơ bền, khó phân hủy bằng phƣơng
pháp khác. Cơng trình nghiên cứu này đƣợc J.H. Fenton cơng bố vào năm 1894
trong tạp chí hội hóa học ở Mỹ. Q trình này dùng tác nhân là tổ hợp H 2O2 và
muối sắt Fe2+ làm tác nhân oxy hóa, thực tế đã chứng minh hiệu quả xử lý và
kinh tế của phƣơng pháp này khá cao. Nhƣợc điểm của của nó là phải duy trì

đƣợc mơi trƣờng pH thấp, tốn hóa chất, sản phẩm sau khi xử lý có thể bị khống
hóa hồn tồn, khơng tận dụng đƣợc nguyên liệu cho quá trình xử lý sinh hóa
tiếp theo. Vì vậy, trong các trƣờng hợp chỉ nên áp dụng quá trình Fenton để
phân hủy từng phần, chuyển các chất khó phân hủy sinh học thành có khả năng
phân hủy sinh học rồi tiếp tục dùng các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.
1.4. Tổng quan về vật liệu nghiên cứu: đất sét

1.4.1. Nguồn gốc đất sét
Đất sét hay sét là một thuật ngữ đƣợc dùng để miêu tả một nhóm các
khống vật phyllosilicat nhơm ngậm nƣớc (xem khống vật sét), thơng thƣờng
có đƣờng kính hạt nhỏ hơn 2 μm [7].
Đất sét nói chung đƣợc tạo ra do sự phong hóa hóa học của các loại đá
chứa silicat dƣới tác động của axít cacbonic nhƣng một số loại đất sét lại đƣợc
14


hình thành do các hoạt động thủy nhiệt. Đất sét đƣợc phân biệt với các loại hạt
đất đá nhỏ khác có trong đất, chẳng hạn nhƣ bùn nhờ kích thƣớc nhỏ của chúng,
hình dạng tạo bơng hay tạo lớp, khả năng hút nƣớc cũng nhƣ chỉ số độ dẻo cao [6].
Nhƣ vậy sự hình thành các mỏ cao lanh và đất sét là do chịu sự tác dụng
tƣơng tác lẫn nhau của các q trình hóa học, cơ học, sinh vật học bao gồm các
hiện tƣợng phong hóa, rửa trơi và lắng đọng trong thời gian dài.
Đất sét tự nhiên tồn tại ở một số dạng chính nhƣ:
+ Loại sét vang, đỏ, có khi xám đen, pha đất thịt và cát mịn.
+ Loại sét xám xanh nằm ở khu vực nƣớc lợ, có độ nhớt cao.
+ Loại sét gốm sứ nằm thành vỉa màu trắng dẻo, xuất hiện ở những vùng
trũng giữa hai giồng cát, do đồng thủy triều tạo nên [6].
1.4.2. Đặc tính của đất sét
a. Thành phần hạt
Nhìn chung kích thƣớc các hạt đất sét nằm trong giới hạn phân tán keo (<60

μm). Kích thƣớc các loại tạp chất bao gồm thạch anh, tràng thạch, mica thƣờng
khá lớn.
Thành phần và kích thƣớc hạt có tác dụng rất lớn đến khả năng hấp phụ
trao đổi ion, tính dẻo, độ co khi sấy, cƣờng độ mộc cũng nhƣ diễn biến tính chất
của khống đó theo nhiệt độ nung.
b. Khả năng trương nở thể tích và hấp phụ trao đổi ion
Tính chất này của đất sét chủ yếu là do cấu trúc tinh thể của các đơn
khống của 9 nó quyết định.
Các silicat 2 lớp (caolinit): sự hấp phụ trao đổi cation trƣớc hết và chủ yếu
xảy ra ở các mặt cơ sở chứa SiO2 bên ngoài của các cạnh tinh thể, đặc biệt là khi
có sự thay thế đồng hình của Si4+ bằng Al3+ hay Fe3+. Các silicat 3 lớp
(monmorilonit): đại lƣợng hấp phụ trao đổi ion lớn do sự thay thế đồng hình xảy
ra đồng thời cả trong lớp tứ diện và bát diện.
Khả năng trƣơng nở thể tích lớn do có kiểu cấu trúc dạng vi vảy chồng
khít lên nhau, tạo điều kiện cho các phân tử nƣớc dễ bám chắc vào khoảng
15


khơng gian giữa các gói làm trƣơng nở thể tích cúa nó lên đến 16 lần so với thể
tích lúc đầu khan nƣớc.
c. Tính dẻo
Khi nhào trộn với nƣớc, đất sét sẽ tạo hỗn hợp dẻo có khả năng tạo hình.
Tính dẻo là do đất sét có cấu tạo dạng lớp, có khả năng trao đổi ion và hấp thụ nƣớc.
Do có khả năng trao đổi ion nên khi gặp nƣớc, đất sét sẽ bị hydrat hóa và
hình thành những lớp nƣớc bao quanh các hạt đất sét. Các lớp nƣớc càng xa đất
sét thì lực liên kết càng yếu, nhất là lớp nƣớc tự do ngoài cùng. Màng nƣớc này
làm các lớp đất sét trƣợt tƣơng đối lên nhau dƣới tác dụng của ngoại lực làm đất
sét có tính dẻo.
Để tăng độ dẻo cho đất sét, ngƣời ta có thể:
+ Thêm đất sét dẻo monmorilonite.

+ Tăng các quá trình cơ học nhƣ đập, nghiền, trộn, ngâm, ủ, lọc,…
+ Dùng phụ gia tăng tính dẻo nhƣ: rỉ đƣờng, chất thải trong công nghiệp
giấy… Muốn giảm độ dẻo của đất sét thƣờng cho thêm các chất trơ nhƣ: bột đá,
cát, mùn cƣa, bột than,…
d. Tính co ngót
Độ co là độ giảm kích thƣớc và thể tích của đất sét khi sấy khơ và nung.
Độ co rút đƣợc tính bằng phần trăm so với kích thƣớc ban đầu.
Tùy theo loại đất sét, ta có:
+ Độ co ngót khi sấy thƣờng trong khoảng 2-3% đến 10-12%.
+ Độ co ngót khi sấy thƣờng trong khoảng 2-3%.
Vậy độ co ngót tổng cộng là 5-18%.
Hiện tƣợng co ngót thƣờng đi đơi với các hiện tƣợng nứt, tách, cong vênh.
e. Sự biến đổi của đất sét khi nung
Đất sét là hệ đa khoáng nên khi gia nhiệt sẽ xảy ra nhiều q trình hóa lý phức tạp.
Khi nung nóng xảy ra các hiên tƣợng chính sau đây:
+ Biến đổi thể tích kèm theo mất nƣớc lý học.

16