Nghiên cứu tổng hợp màng CA đồng lắng đọng PDA và MPD ứng dụng tách loại một số hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

HUỲNH THỊ THIÊN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG CA
ĐỒNG LẮNG ĐỌNG PDA VÀ MPD ỨNG DỤNG
••
TÁCH LOẠI MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ
•••
Ơ NHIỄM TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC
•••


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

Bình Định - Năm 2019

HUỲNH THỊ THIÊN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG CA
ĐỒNG LẮNG ĐỌNG PDA VÀ MPD ỨNG DỤNG
••
TÁCH LOẠI MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ
•••
Ơ NHIỄM TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC

Chuyên ngành : Hóa lý thuyết và Hóa lý

Mã số : 8 44 01 19

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thanh Bình


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan cơng trình này là kết quả nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố
trong bất cứ một cơng trình nghiên cứu nào.
Học viên

Huỳnh Thị Thiên Hương


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận văn, em
đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cơ, bạn bè cùng
nhóm nghiên cứu. Đặc biệt là sự giúp đỡ của Cơ TS. Nguyễn Thị Thanh Bình,
giảng viên phụ trách hướng dẫn luận văn tốt nghiệp.
Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc, em xin gởi đến cơ TS. Nguyễn
Thị Thanh Bình, cơ Đặng Thị Tố Nữ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em
hồn thành luận văn tốt nghiệp. Em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Cao Văn
Hồng đã góp ý để luận văn em được hồn chỉnh hơn.
Trong q trình thực hiện luận văn, em đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm và tạo điều kiện của q Thầy, Cơ khoa Hóa Trường Đại học Quy Nhơn.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới quý Thầy, Cô.
Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và tập thể lớp Cao học Hóa
K20 đã ln động viên, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu khoa học.
Mặc dù đã rất cố gắng trong thời gian thực hiện luận văn nhưng vì cịn

hạn chế về kiến thức cũng như thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thơng cảm và những ý
kiến đóng góp quý báu từ quý Thầy, Cơ để luận văn được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Huỳnh Thị Thiên Hương


MỤC LỤC
••
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH

3.4.2. Kết quả khảo sát khả năng tách loại của màng CA và CA biến tính

PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao)
STT

Chữ viết tắt Từ Tiếng Anh

Từ Tiếng Việt

1

CA

Cellulose acetate

Xenlulôzơ axetat

2

CE

Cellulose

Xenlulôzơ

3

CR

Con-go Red

Đỏ Công Gô

4

DMSO

Dimethyl sulfoxide

Đimêtyl sunfoxit

5

DS

Degree of substitution

Độ thay thế

6

MPD

m-phenylenediamine

m-phenyl điamin

7

TMC

Trimesoyl clorua

Trimesoyl clorua

8

PDA

Polydopamine

Poly Dopamin

9

DA

Dopamine

Dopamin


10

DTA

Differential

Thermal Phương pháp phân tích

Analysis
11

TGA

Thermo

nhiệt vi sai
Gravimetric Phương pháp phân tích

Analysis

nhiệt trọng lượng

12

PA

Polyamit

Polyamit

13

BSA

Bovine serum albumin

Huyết thanh bị


DANH MỤC CÁC BẢNG



Hình 3.7. Ảnh SEM bề mặt của các màng (A): CA; (B): CA/PU; (C), (D), (E),
(F) màng CA-PDA:MPD với tỉ lệ DA:MPD lần lượt là 0,025:1; 0,05:1 và


10

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Đất nước ta đang trong quá trình hội nhập và phát triển về mọi mặt kinh
tế xã hội, văn hóa. Q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đã mang những
thành tựu to vơ cùng lớn cho đất nước, góp phần xây dựng đất nước và nâng
cao đời sống cả về vật chất và tinh thần cho nhân dân. Tuy nhiên, bên cạnh đó,
một vấn đề nóng mang tính chất cấp thiết tồn cầu mà hầu hết các nước trên thế
giới kể cả nước ta đang đối mặt, đó là vấn đề ơ nhiễm mơi trường. Ơ nhiễm mơi
trường có thể chia thành 3 phần: ơ nhiễm đất, nước và khơng khí. Đặc biệt, ơ
nhiễm mơi trường nước và khơng khí có ảnh hưởng trực tiếp đến con người và
sinh vật. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết các
cơ sở sản xuất xử lý sơ sài thậm chí đưa trực tiếp ra mơi trường. Vì vậy, việc
tìm ra phương pháp nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi mơi trường
nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Thuốc nhuộm được sử dụng để rộng rãi trong các ngành công nghiệp,
như dệt may, nhuộm, da, giấy, mỹ phẩm... Thuốc nhuộm có nguồn gốc tổng
hợp và cấu trúc phân tử thơm phức tạp làm cho phân tử thuốc nhuộm ổn định
với ánh sáng, nhiệt độ và tác nhân oxi hóa. Do tính tan tốt trong nước, thuốc
nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước. Chỉ một lượng nhỏ thuốc
nhuộm thải ra môi trường cũng làm nước có màu. Như vậy, việc xử lý chất hữu
cơ trong nước hiện nay đang được quan tâm và tìm biện pháp giải quyết. Trong
số những phương pháp nghiên cứu để tách loại phẩm màu trong môi trường
nước thì phương pháp màng lọc mang lại hiệu quả cao, nguồn nguyên liệu rẻ
tiền, dễ kiếm, quy trình đơn giản, không đưa thêm chất độc hại vào môi trường.
Hiện nay có nhiều vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm, thân thiện với mơi trường
như bã chè, bã mía, chuối sợi, vỏ dừa, rơm, bèo tây, đài sen.được sử dụng để
loại bỏ các chất độc hại trong môi trường nước. Trên thế giới có rất nhiều quốc


11

gia và vùng lãnh thổ trồng mía. Bã mía là một phụ phẩm của ngành cơng
nghiệp sản xuất đường mía, bã mía chiếm khoảng 25-30% trọng lượng mía đem
ép, trong đó chứa trung bình 45-55% cellulose. Trước đây, bã mía được dùng
chủ yếu để đốt lò hơi trong nhà máy sản xuất đường, ngồi ra bã mía cịn được
dùng để làm bột giấy. Ngày nay, bã mía đang được đánh giá là tiềm năng chế
tạo vật liệu để xử lý nước thải.
Cellulose acetate (CA) là một trong những vật liệu màng polymer đầu
tiên sử dụng để tách nước cơ bản. CA là polymer dễ phân hủy sinh học, thân
thiện môi trường, bền nhiệt, khơng độc, có khả năng tạo màng tốt và là vật liệu
có thể tái sử dụng. CA được điều chế từ các phụ phẩm nông nghiệp giúp tận
dụng có hiệu quả các phụ phẩm nơng nghiệp và giảm chi phí sản xuất. Màng
CA có tính ưa nước, kháng tắc nghẽn (fouling) cao, và được ứng dụng nhiều
trong xử lí nước thải. Với mục đích cải thiện tính thấm nước, kích thước lỗ
chân lơng, độ xốp và tăng độ nhám bề mặt thì việc biến tính màng là giải pháp
được đưa ra. Dopamine (DA tên viết gọn của 3,4-dihydroxyphenethylamine) là
hợp chất hữu cơ thuộc họ catecholamine và phenethylamine. Oxi hóa dung dịch
DA là phương pháp được sử dụng để sản xuất Polydopamine (PDA). PDA chứa
nhiều nhóm chức như catechol, amin và imine, giúp cho những vật liệu phủ
PDA có những tính chất linh hoạt hơn. Bên cạnh biến tính bề mặt với PDA, thì
trùng hợp interfacial giữa các monomer axit clo thơm như trimesoyl clorua
(TMC) được hòa tan trong dung môi hữu cơ và các monomer điamine như mphenylenediamine (MPD) được hòa tan trong nước cũng mang lại hiệu suất
đáng kể. Màng CA có chứa một lớp phân tách hoạt tính của polyamide (PA)
thơm để có khả năng thấm nước tốt hơn, khả năng loại bỏ chất hòa tan và ổn
định đối với hóa chất trong xử lý nước. Màng CA biến tính đồng lắng đọng
PDA và MPD giao thoa trên bề mặt sẽ khắc phục được những nhược điểm của
màng trước đó. Ngồi ra, ta cịn có thể kiểm sốt những thơng số ảnh hưởng
đến hiệu suất bao gồm các điều kiện phản ứng của sự trùng hợp bề mặt (loại


12

monomer, nồng độ monomer, thời gian phản ứng, nhiệt độ phản ứng và loại
dung mơi).
Như vậy, biến tính màng CA đồng lắng đọng PDA và MPD giao thoa
trên bề mặt để tạo ra vật liệu màng giúp tách loại hầu hết các hợp chất hữu cơ,
mang lại hiệu quả sử dụng cao, khả năng kháng nghẽn cao,không đưa thêm chất
độc hại vào mơi trường. Vì vậy tơi đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu
tổng hợp màng CA đồng lắng đọng PDA và MPD ứng dụng tách loại một số
hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tổng hợp được CA từ cellulose bã mía;
- Chế tạo màng nền CA;
- Biến tính bề mặt màng nền CA với DA và MPD;
- Khảo sát và đánh giá khả năng tách loại các hợp chất hữu cơ của vật
liệu màng CA biến tính.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1.

Đối tượng nghiên cứu

- Cellulose acetate được tổng hợp từ vật liệu tự nhiên là bã mía;
- Vật liệu màng CA biến tính bề mặt với DA và MPD;
- Khảo sát khả năng tách loại các hợp chất hữu cơ của vật liệu màng;
- Xử lý một số mẫu hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước.
3.2.

Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu thực hiện trên quy mơ phịng thí nghiệm.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Sơ lược về thuốc nhuộm

1.1.1.

Định nghĩa về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần của


13

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
n không cố định như: > C = C <, > C =N- , > C = O-, -N = N-,...
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.
1.1.2.

Phân 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: Đây là cách phân loại dựa theo cấu trúc
của nhóm mang màu, bao gồm thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon,
thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin.
Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: Theo đặc tính áp dụng người ta
quan tâm nhiều nhất đến thuốc nhuộm sử dụng cho tơ sợi cellulose, đó là các
loại thuốc nhuộm: thuốc nhuộm hồn nguyên, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc
nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc
nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính.
Ở đây chúng tơi 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 đề tài:
+ Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-) phân tử
thuốc nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (điazo, triazo,


14

polyazo).
+ Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm có dạng tổng quát là Ar SO3- Na, có hiệu suất bắt màu cao 90% khi nhuộm màu nhạt ở nồng độ thấp,
còn đối với những màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải ra tương đối lớn. Khi
hòa tan trong nước nó phân li về dạng anion thuốc nhuộm và bám vào sợi.
Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo. Do có khả
năng tự bắt màu, đơn giản trong sử dụng và rẻ tiền nên thuốc nhuộm trực tiếp
được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi
bông, lụa visco. Thuốc nhuộm hoàn nguyên phần lớn dựa trên hai họ màu
indigoit và antraquinon. Các thuốc nhuộm hồn ngun thường khơng tan trong
nước, không tan trong kiềm nên thường phải sử dụng các chất khử để chuyển

về dạng tan được.
+ 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%),
tryazylmetan (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-SO3-Na

Ar-SO3- + Na+

Ar-SO3- : là ion mang màu có điện tích âm.
Ar-SO3- tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc
nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu tơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit)
trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hố học có 79% thuốc nhuộm axit azo,
10% là antraquion, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác.


15

1.1.3.

Đỏ Cơng-gơ

• Cơng thức phân tử : C32H22N6O6S2N2
• Khối lượng phân tử : 696,68 đvC
• Cơng thức cấu tạo:

Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo của Cơng-gơ đỏ

Cơng gơ đỏ cịn được gọi là phẩm màu trực tiếp đỏ 28, thuộc loại thuốc
nhuộm trực tiếp, là chất bột màu đỏ gạch, không tan trong các dungmôi hữu cơ,
dễ tan trong nước, độ tan trong nước ở 250C là 25 g/l.

•
•
•
•

Hệ số hấp thụ phân tử công gô đỏ ở pH 2,8 là s = 36200.
Cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch: 498±5 nm
Khoảng pH chuyển từ xanh tím sang đỏ: 3,0 - 5,2.

Trong dung dịch kiềm công gô đỏ có màu đỏ, trong dung dịch axit vơ cơ
có màu xanh da trời.
• Cơng gơ đỏ thường được dùng để nhuộm các loại sợi cellulose, cơ chế
nhuộm màu như sau:
NH2[R]SO3- + Na+

NH2[R]SO3Na
[VLN]-OH

[VLN]-O- + H+

Trong dung dịch nước, ion mang màu của thuốc nhuộm và cellulose đều
tích điện âm nên khi nhuộm cần phải đưa thêm chất điện ly vào hồ nhuộm để
tăng nồng độ ion Na, làm giảm điện tích ion của cả thuốc nhuộm và xơ sợi làm
cho lực đẩy giữa xơ sợi và thuốc nhuộm giảm, dẫn đến lượng thuốc nhuộm
được hấp thụ trên xơ sợi tăng.

Phẩm màu đỏ công gô được ứng dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất
vải, các loại lụa. Tuy nhiên, một lượng nhỏ phẩm màu cũng làm dung dịch


16

nước mang màu và nguy hại đến các sinh vật sống trong nước. Sử dụng nguồn
nước nhiễm phẩm màu cũng gây bệnh về da như viêm da dị ứng.
1.2.

Tình trạng ô nhiễm nguồn nước

1.2.1.

Tình trạng ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm ở nước ta

Hiện nay, Việt Nam đang phải đối mặt với thách thức lớn về tình trạng ơ
nhiễm nguồn nước, đặc biệt là tại các khu công nghiệp và đô thị. Tại các thành
phố lớn, lượng nước thải chưa qua xử lý của hàng trăm cơ sở sản xuất công
nghiệp xả thẳng ra môi trường là nguyên nhân chính gây ơ nhiễm mơi trường
nguồn nước. Ngành dệt may là một trong những ngành công nghiệp mang lại
lợi nhuận kinh tế cho đất nước, thu hút nhiều lao động, khơng chỉ góp phần
quan trọng trong việc giải quyết vấn đề cơng ăn việc làm trong xã hội mà cịn
thúc đẩy tăng trưởng nhanh kim ngạch xuất khẩu cho đất nước. Tuy nhiên, ô
nhiễm môi trường do nước thải ngành dệt may là một thực tế cần có giải pháp
xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết. Đặc thù của nghề dệt nhuộm là sử dụng rất
nhiều nước, nước được sử dụng có chứa rất nhiều hóa chất và thuốc nhuộm nên
thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải làng nghề dệt nhuộm bao gồm: các
tạp chất tự nhiên (tách ra từ sợi vải), chất bẩn, dầu, sáp, hợp chất chứa nitơ,
pectin (trong quá trình nấu tẩy), chuội tơ và các hóa chất (sử dụng trong quy

trình xử lý vải như hồ tinh bột, NaOH, H 2SO4, HCl, N2CO3) các loại thuốc
nhuộm, chất tẩy giặt. Trong một lượng chất màu hữu cơ được đưa vào dệt
nhuộm có khoảng 20-30% chất màu thải ra ngồi mơi trường gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến con người và sinh vật.
Theo quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm
năm 2008, chỉ số của các chất cho phép được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 1.1. Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm năm 2008

TT

Thông số

1

Nhiệt độ

2

pH

Đơn vị

A

B

C

40

40

-

6-9

5,5-9

o


17

3

Độ màu

Pt-Co

50

150

4

BOD5

mg/l

30

50

5

COD

mg/l

75

150

mg/l
50
6 Tổng chất rắn lơ lửng
100
Với cột A là quy định giới hạn của các thông số trong nước thải công nghiệp
khi xả vào nguồn nước được dùng cho cấp nước sinh hoạt.
Cột B là quy định giới hạn của các thông số trong nước thải công nghiệp
khi xả vào nguồn nước được dùng cho hoạt động sản xuất.
Tuy nhiên, một số cơ sở dệt nhuộm thải ra lượng nước thải vượt gấp 2, 3
lần so với quy chuẩn cho phép. Điều này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến con
người, sinh vật, gây ô nhiễm môi trường.
1.2.2.

Tác hại của ô nhiễm nước do chất thải màu hữu cơ

Những chất hữu cơ mang màu được xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà
khơng được xử lý thì sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng đến con người, sinh vật và các

hệ thống cơng nghiệp khác.
Với các hệ thống thốt nước, khi nước thải được thải trực tiếp ra môi
trường sẽ làm tăng pH của nước vì độ kiềm cao. Khi pH > 9 sẽ gây độc hại đối
với thủy sinh gây ăn mịn các cơng trình thốt nước và hệ thống xử lý nước
thải. Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn. Lượng thải lớn gây tác hại
đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá
trình trao đổi của tế bào. Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn
nước, gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong
nguồn nước. Chỉ một lượng nhỏ thuốc nhuộm thải ra ngồi cũng làm cho nước
có màu. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi làm gây màu cho dòng tiếp
nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các lồi thủy sinh, ảnh hưởng xấu
tới cảnh quan. Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa
tan trong nước ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh. Đối với con người,
hậu quả chung của tình trạng ơ nhiễm nước là tỉ lệ người mắc các bệnh cấp và


18

mạn tính liên quan đến ơ nhiễm nước như các bệnh về da, viêm màng kết, tiêu
chảy, ung thư... ngày càng tăng. Người dân sinh sống quanh khu vực ô nhiễm
ngày càng mắc nhiều loại bệnh mà nguyên nhân là do sử dụng nước bẩn [2].
1.3.

Một số phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ trong môi trường

nước
Một số phương pháp ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành
dệt nhuộm có thể thực hiện trong q trình sản xuất để hạn chế nước thải ô
nhiễm ra môi trường như sau:
Về nguyên lý xử lý, nước thải dệt nhuộm có thể ứng dụng các phương

pháp: Phương pháp cơ học như sàng, lọc, lắng để tách các chất thô như cặn bẩn
xơ, sợi rác_[3]. Phương pháp hóa lý như trung hịa, đơng keo tụ để khử màu,
các tập chất lơ lửng, các hợp chất khó phân hủy sinh học, phương pháp oxi hóa,
hấp phụ, điện hóa để khử màu thuốc nhuộm. Phương pháp sinh học để xử lý
các chất ô nhiễm hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. Phương pháp tách
màng dùng để thu hồi các loại hồ tổng hợp, khử mùi, tách muối vô cơ.
+ Phương pháp đông keo tụ [4]: Đây là phương pháp thông dụng để xử
lý nước thải dệt nhuộm. Trong phương pháp này người ta thường dùng các loại
phèn nhôm hay phèn sắt cùng với sữa vôi như sunfat sắt, sunfat nhôm hay hỗn
hợp của 2 loại phèn này và hydroxyt canxi Ca(OH)2 với mục đích khử màu và
một phần COD. Nếu dùng sắt (II) sunfat thì hiệu quả đạt tốt nhất ở độ pH = 10,
cịn nếu dùng nhơm sunfat thì pH = 5 - 6. Nguyên lý: khi dùng phèn thì sẽ tạo
thành các bông hydroxyt. Các chất màu và các chất khó phân hủy sinh học bị
hấp phụ vào các bông cặn này và lắng xuống tạo bùn. Để tăng q trình keo tụ,
tạo bơng người ta thường bổ sung chất trợ keo tụ như polymer hữu cơ.
Bên cạnh phương pháp keo tụ hóa học, phương pháp keo tụ điện hóa đã
được ứng dụng để khử màu ở quy mơ công nghiệp. Nguyên lý của phương
pháp này là trong thiết bị keo tụ có các điện cực, giấu các điện cực có dịng điện
một chiều để làm tăng q trình kết bám tạo bông cặn dễ lắng. Điều kiện làm


19

việc tối ưu của hệ thống này là: điện thế 8 V, pH = 5,5 - 6,5, cường độ dòng
điện 1800 mA.
+ Phương pháp hấp phụ: Phương pháp hấp phụ có khả năng dùng để xử
lý các chất khơng có khả năng phân hủy sinh học và các chất hữu cơ khơng
hoặc khó xử lý bằng phương pháp sinh học. Cơ sở của quá trình là hấp phụ chất
tan lên bề mặt chất rắn xốp (chất hấp phụ). Các chất hấp phụ thường là than
hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magie, trong đó than hoạt tính có bề mặt

riêng lớn từ 400 đến 500 m2/g.
+ Phương pháp oxi hóa: Các chất nhuộm vải hầu hết đều là các chất bền
hóa học nên phải dùng các chất oxi hóa mạnh như clo, ozon, peroxit............để
oxi hóa thuốc nhuộm.
+ Phương pháp sinh học: Phần lớn các chất có trong nước thải dệt nhuộm
là những chất có khả năng phân hủy sinh học. Trong một số trường hợp nước
thải dệt nhuộm có thể chứa các chất có tính độc đơi với vi sinh vật như các chất
khử vô cơ, formandehit, kim loại nặng, clo,...và các chất khó phân hủy sinh học
như các chất tẩy rửa, hồ poly vinylaxetat, các loại dầu khoáng.. .do đó trước khi
đưa vào xử lý sinh học, nước thải cần được khử các chất gây độc và giảm tỷ lệ
các chất khó phân hủy sinh học bằng phương pháp xử lý cục bộ.
+ Phương pháp màng lọc: Phương pháp này đã được ứng dụng trong xử
lý nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi các chất tái sử dụng lại như
hồ tinh bột, poly vinylaxetat, thu hồi muối và thuốc nhuộm. Một số kết quả
nghiên cứu về việc áp dụng kỹ thuật lọc màng nano và màng thẩm thấu ngược
đã cho thấy phương pháp này khá hiệu quả, có thể giảm COD tới 99,5%. Việc
áp dụng cơng nghệ màng có thể giảm lượng nước sạch tiêu tốn cho quá trình
nhuộm vải tới 70%. Kỹ thuật lọc màng có thể áp dụng để xử lý nước thải
nhuộm tốt hơn rất nhiều so với các phương pháp thông thường [5]. Cho đến
nay, việc thu hồi thuốc nhuộm từ dịch nhuộm bằng phương pháp lọc màng đã
được thực hiện thành công ở một số nước để thu hồi thuốc nhuộm từ quá trình


20

nhuộm sợi bơng. Sau khi nhuộm thì phần thuốc nhuộm không gắn vào sợi sẽ đi
vào nước giặt với nồng độ 0,1 ppm. Để thu hồi thuốc nhuộm, dùng phương
pháp lọc màng để nâng nồng độ thuốc nhuộm sau lọc lên 60 đến 80 ppm và có
thể đưa vào bể nhuộm để sử dụng lại.
1.4.

Giới thiệu về bã mía


21

Theo từ điển bách khoa tồn thư, mía là tên gọi chung của một số loài
trong loại “Saccharum”, bên cạnh các loài lau, lách khác. Chúng vốn là các
loài cỏ, có thân cao từ 2-6 m, chia làm nhiều đốt, bên trong có chứa đường. Tất
cả các giống mía trồng đều là các giống mía lai nội chi hoặc nội loại phức tạp.
Cây mía cịn được coi là một trong sáu cây nhiên liệu sinh học tốt nhất của thế
giới trong tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến là cọ dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành
và tảo). Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp
đường. Trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong dịch có chứa
khoảng 16-18% đường. Vào thời kì mía già, người ta thu hoạch mía rồi đem ép
lấy nước dịch. Nước dịch mía được chế lọc và cơ đặc thành đường. Mật rỉ
đường cũng là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường thu được sau khi kết
tinh đường tinh thể. Phần nguyên liệu còn lại sau khi chiếtxuất đường được gọi
là bã mía. Bã mía là một phụ phẩm của ngành cơng nghiệp sản xuất đường mía,
bã mía chiếm khoảng 25-30% trọng lượng mía đem ép, trong đó chứa trung
bình 45-55% cellulose. Ở Việt Nam, phần lớn bã mía được dùng chủ yếu để đốt
lò hơi trong nhà máy sản xuất đường, ngồi ra bã mía cịn được dùng để làm
bột giấy thường được dùng làm thức ăn cho gia súc hoặc phơi khô làm chất đốt
đun nấu hàng ngày, hoặc đem vứt bỏ. Như vậy, nguồn nguyên liệu phế phẩm
này hiện nay đang sử dụng không hiệu quả và gây ra ơ nhiễm mơi trường. Ngày
nay, bã mía đang được đánh giá là tiềm năng chế tạo vật liệu hấp phụ để xử lý
nước thải.
Hàm lượng phần trăm các thành phần chính của bã mía được thể hiện
trong bảng sau [6]:
1.2. Thành

củacấu
bã mía
Cellulose: là hợp Bảng
chất cao
phân tửphần
được
tạo từ liên kết các mắt xích

Thành phần

Khối lượng (%)

Cellulose

40 - 50

Hemicelluloses

20 - 25

Lignin

18 - 23

Chất hòa tan khác (tro, sáp, protein)

5-3


22

0-D-Glucose, có cơng thức cấu tạo là (C 6HioO5)n hay [C6H7O2(OH)3]n, trong đó
n có thể nằm trong khoảng 5000-14000.
Hemicelluloses: về cơ bản, hemicelluloses cũng là hợp chất cao phân tử
giống cellulose, nhưng có số lượng mắc xích nhỏ hơn. Hemicellulose được tạo
thành từ các monosaccharide không cùng loại như glucose, fructose, xylose, ...
nói chung chứa hầu hết các loại đường D-pentose và đơi khi cũng có một lượng
nhỏ đường dạng L.
Lignin: là một chất cao phân tử có cấu trúc vơ định hình, dạng phức hợp
polymer khó phân giải. Lignin thường nằm những khoảng trống nối giữa
cellulose, hemicellulose và các thành phần pectin [6].

Hình 1.2. Cấu trúc của phân tử cellulose

Đặc trưng cấu trúc và tính chất cellulose:
Cellulose là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật, giúp
cho các mơ có độ bền cơ học và tính đàn hồi tốt. Khối lượng cellulose tạo ra
hằng năm rất lớn, vượt lên tất cả các sản phẩm tự nhiên khác.
Mỗi loại thực vật sẽ có hàm lượng cellulose khác nhau, chẳng hạn trong
gỗ chứa khoảng 5% cellulose, sợi bơng 97-98 %, sợi lanh, sợi gai 8190%, hay
bã mía 40-50%,... Cellulose là một polymer được tạo thành từ các phân tử
glucose lặp đi lặp lại đến khi kết thúc chuỗi và các D-glucose được liên kết với


23

nhau bằng liên kết p 1,4-glucosid. Một phân tử này có thể dài từ vài trăm đến
hơn 10.000 đơn vị glucose. Nhóm -OH ở hai đầu mạch có tính chất khác nhau,
vị trí C1 có tính khử và vị trí C4 mang tính chất của rượu.
Mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hidro và liên kết Van

der Walls, hình thành cấu trúc khơng đồng nhất gồm hai vùng: kết tinh, vơ định
hình. Trong vùng kết tinh, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau,
vùng này rất bền vững với tác động bên ngoài. Ngược lại trong vùng vơ định
hình, vì cellulose liên kết kém chặt chẽ dẫn đến ít bền vững hơn.

Hình 1.3. Liên kết hidro trong và ngồi mạch cellulose

Cellulose khi thủy phân khơng hoàn toàn cho sản phẩm: cellotetraose (4
đơn vị), cellotriose (3 đơn vị), cellobiose (2 đơn vị) và thủy phân hoàn tồn cho
glucose khi đun nóng với axit hoặc kiềm. Liên kết glucocid không bền với axit,
dưới tác dụng của axit, cellulose tạo thành các sản phẩm thủy phân, có độ bền
cơ học kém hơn. Cellulose là một trong những nguồn năng lượng tái tạo phong
phú nhất, là sợi bán tinh thể được hình thành từ các đơn vị lặp lại tuyến tính của
cellobiose [7]. Cellulose cùng các dẫn xuất của nó được ứng dụng vơ cùng rộng
rãi, đặc biệt việc chuyển đổi thành este cellulose và ete có giá trị đã thu hút sự


24

chú ý lớn trong các lĩnh vực hóa học xanh và cân đối sự phát triển của công
nghệ môi trường thân thiện.
1.5.

Cellulose acetate (CA)

Cellulose acetate (CA) là một trong những dẫn xuất chính của cellulose.
Do có mặt của các nhóm hydroxyl hoạt hóa, cellulose và các dẫn xuất của nó có
thể được biến đổi hóa học với các nhóm chức liên quan khác như q trình oxy
hóa, ester hóa, ether hóa, thủy phân,... và được ứng dụng rộng rãi. Tùy thuộc
vào q trình hình thành, có thể sử dụng CA cho các mục đích khác nhau như

trong dệt may; trong bộ lọc thuốc lá để hấp phụ những thành phần khói và hơi
thuốc lá; hay làm chất phụ gia cho lớp phủ bề mặt. và cũng có thể được sử dụng
chủ yếu ở màng, sợi, thiết bị lọc,... như một thành phần trong chất kết dính hoặc
dược phẩm.
Qua một số ứng dụng trên, có thể thấy rằng CA khá phổ biến trong cơng
nghiệp bởi những ưu điểm: chúng được hình thành từ nguồn có khả năng tái
tạo, dễ phân hủy sinh học, khơng độc hại, giá thành thấp và khó cháy [8, 9].

Hình 1.4. Cấu trúc của phân tử CA

CA được tổng hợp bởi phản ứng của cellulose với acid acetic và một
lượng dư của anhydride acetic, trong sự có mặt của sulfuric acid là chất xúc tác.
Phản ứng được thực hiện trong q trình hai bước acetyl hóa, cuối cùng là phản
ứng thủy phân để tạo ra CA với mức độ thay thế tùy thuộc vào điều kiên thực
nghiệm. Việc xác định DS rất cần thiết vì thơng số này có thể ảnh hưởng đến
đặc trưng về hình thái, cơ học, tính chất vật lý, hóa học của CA [10, 11].


25

Cellulose triacetate không tan trong nước và kỵ nước, trong khi cellulose
monoacetate hịa tan trong nước.
1.6.

Polyurethane (PU)

Polyurethane thuộc nhóm hợp chất gọi là polymer phản ứng, bao gồm
các epoxie, polyester chưa bão hòa và phenolic[12, 13]. Polyurethane được tạo
ra bằng phản ứng giữa một isocyanate chứa hai hoặc nhiều nhóm isocyanate
trên mỗi phân tử (R- (N = C = O)n) với một polyol chứa trung bình hai hoặc

nhiều nhóm hydroxyl trên mỗi phân tử (R '-(OH)n) với sự có mặt của chất xúc
tác hoặc kích hoạt bằng tia cực tím [14].

Hình 1.5. Tổng hợp polyurethane

Polyurethane (PU) có các thuộc tính cơ học, hóa học nổi bật chủ yếu là
kết quả của hình thái hai pha[15]. Hình thái hai pha đã tăng tính linh hoạt, độ
bền kéo, độ cứng, khả năng chống chịu với điều kiện nhiệt độ và pH khắc
nghiệt, điều này làm cho PU trở nên hấp dẫn đối với nhiều ứng dụng tách màng
công nghiệp.
Polyurethane được sử dụng trong sản xuất ghế xốp có độ đàn hồi cao,
tấm cách nhiệt xốp cứng, vòng đệm và miếng đệm xốp siêu nhỏ, bánh xe và lốp
xe đàn hồi bền (như tàu lượn siêu tốc, thang cuốn, giỏ mua hàng, thang máy và
bánh xe ván trượt), các hợp chất bầu điện, chất kết dính hiệu suất cao, lớp phủ
bề mặt và chất trám bề mặt, sợi tổng hợp (ví dụ Spandex), lớp lót thảm, các bộ
phận bằng nhựa cứng (ví dụ, cho các dụng cụ điện tử) và ống mềm. Việc pha
trộn PU vào màng nền CA để làm tăng độ xốp, có thể cải thiện khả năng thấm