Đồ án: Khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân

Chia sẻ: Vũ Chu Cung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

385
lượt xem 87
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác.Phần nhiều các lọai thuốc nhuộm, dựa trên tính chất lý hóa của chúng, sẽ thâm nhập vào tế bào hoặc cấu trúc của tế bào. Trong màu nhuộm, các chất có tính tạo màu thường ở dạng ion. Khi chất màu này có điện dương (+), thì chúng có tính cách kềm. Khi...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân

II ------ Đồ Án Khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phƣơng pháp điện phân -1-
Mục Lục Tổng quan về thuốc nhuộm ........................................................................................................ 3 Giới thiệu thuốc nhuộm .............................................................................................................. 3 Khái niệm về thuốc nhuộm......................................................................................................... 3 Cấu tạo và màu sắc ..................................................................................................................... 4 Phân loại các màu nhuộm ........................................................................................................... 4 Cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu ................................................................................... 5 Phân loại theo lớp kỹ thuật ......................................................................................................... 8 Tổng quan về thuốc nhuộm trực tiếp ........................................................................................ 10 Đặc điểm ................................................................................................................................... 10 Cấu tạo hóa học ........................................................................................................................ 11 Phạm vi sử dụng ....................................................................................................................... 13 Nƣớc thải ngành dệt nhuộm ..................................................................................................... 14 Các chất rắn trong nƣớc thải dệt nhuộm ................................................................................... 17 Nhu cầu về nƣớc và nƣớc thải trong xí nghiệp dệt nhuộm....................................................... 18 Tác nhân gây ô nhiễm và đặc tính của dòng thải...................................................................... 19 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải............................................................................................. 25 Cơ sở lựa chọn thiết kế hệ thống nƣớc thải .............................................................................. 27 Sử dụng lại dung dịch dệt nhuộm ............................................................................................. 29 Tổng quan về điện phân............................................................................................................ 31 Khái niệm ................................................................................................................................. 31 Cần có màng ngăn không cho Cl2 tác dụng trở lại với Na ở trạng thái nóng chảy làm giảm hiệu suất của quá trình điện phân. Một số chất phụ gia nhƣ NaF, KCl giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hệ… .................................................................................................................. 32 Hình 3.2. Điện phân nóng chảy ................................................................................................ 32 1.3.2.2.1 Khả năng phóng điện của các cation ở catot: .................................................... 33 1.3.2.2.2 Khả năng phóng điện của các anion ở anot: ...................................................... 33 RCOO- < Cl- < Br- < I- < S2-… ................................................................................................. 33 1.3.2.2.3 Một số ví dụ: ......................................................................................................... 34 Hình 3.3. Điện phân dung dịch CuSO4.................................................................................... 35 H2 + 2OH- ne = 10-3 mol Tại catot (–) xảy ra phản ứng: 2H2O + 2e n  F 10 3  96500 t   50s .................................................................................................. 36 I 1.93 m  n  F 10 3  2  96500 hoặc  mH2 =10-3 gam  t    50s  Đáp án A ................... 36 A I 2  1.93 Hình 3.4. Ứng dụng của điện phân trong mạ điện ................................................................... 36 Các kết quả nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm .......................................................................... 36 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM ............................................................................................... 38 Phƣơng pháp đo màu của máy quang phổ ................................................................................ 38 Phƣơng pháp đo ........................................................................................................................ 38 Tiến hành đo màu ..................................................................................................................... 38 Kế hoạch thực nghiệm .............................................................................................................. 38 Em xin chân thành cảm ơn! ...................................................................................................... 41 TÀI LIỆI THAM KHẢO ....................................................................................................... 42 -2-
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN Tổng quan về thuốc nhuộm Giới thiệu thuốc nhuộm Khái niệm về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác. Các loại thuốc nhuộm 1..1.1 Phần nhiều các lọai thuốc nhuộm, dựa trên tính chất lý hóa của chúng, sẽ thâm nhập vào tế bào hoặc cấu trúc của tế bào. Trong màu nhuộm, các chất có tính tạo màu thƣờng ở dạng ion. Khi chất màu này có điện dƣơng (+), thì chúng có tính cách kềm. Khi chất màu có mang điện âm ( -) thì chúng có tính acid. Lệ thuộc vào độ pH của dung môi chất màu sẽ ở dạng ion hoặc không ở dạng ion. Cách gọi tên 1..1.2 Gồm 3 phần - Phần thứ 1: viết cả chữ, chỉ tên phân lớp kỹ thuật của thuốc nhuộm. - Phần thứ 2: viết cả chữ, thƣờng là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc nhuộm. - Phần thứ 3: đƣợc viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cƣờng độ của thuốc nhuộm. Để chỉ cƣờng độ màu ngƣời ta dùng hai chữ cái đi liền với nhau nhƣ BB, RR …., hoặc thêm vào các chữ số nhƣ: 2R, 6B, 4G…. Cấu tạo và màu sắc của thuốc nhuộm 1..2 Ánh sáng và màu sắc 1..2.1 Màu sắc là kết quả tƣơng tác giữa ánh sáng với vật thể. Màu mà mắt chúng ta nhận đƣợc là màu phụ với màu hấp thụ. Mắt chúng ta chỉ nhận đƣợc các dao động điện từ ánh sáng ở vùng có bƣớc sóng 400-750 micromet. -3-
Khi ánh sáng trắng đập vào một vật thể bị phản xạ hoàn toàn thì mắt ta thấy vật thể màu trắng. Toàn bộ các tia sáng đập vật thể bị hấp thụ hết thì vật ấy có màu đen. Vật thể chỉ hấp thụ một số tia và tán xạ những tia còn lại mắt cho ta thấy vật có màu của những tia không bị hấp thụ tán xạ. Nhƣ vậy, màu sắc có thể nói là sự hấp thụ chọn lọc những miền xác định trong phổ liên tục của ánh sáng đập vào mắt. Bảng 1.1: Mối liên hệ giữa bước sóng hấp thụ vào màu sắc của vật hấp thụ. Bƣớc sóng nm Bƣớc sóng nm Tên màu Tên màu Tím lục_vàng Lục vàng tím 400_435 560_580 Lam vàng 435_480 Vàng lam 580_590 Lam_lục nhạt da cam Da cam lam_lục nhạt 595_600 480_490 Lục_lam nhạt đỏ Đỏ lục_Lam nhạt 490_500 605_750 Lục đỏ đỏ tía 500_560 Cấu tạo và màu sắc Năng lƣợng bức xạ phụ thuộc vào bƣớc sóng và tần số bức xạ. Vùng nhìn thấy khá hẹp có năng lƣợng từ 110-69 kcal/mol. Trong hóa học hữu cơ các hợp chất có màu thƣờng phân tử của nó đƣợc tạo thành từ liên kết p và liên kết d. Các chất có màu có liên kết p liên hợp, phân tử của chúng có những nhóm đặc biệt có tác dụng làm mở rộng hệ liên kết kéo dài hệ liên hợp p. Phân loại các màu nhuộm + Màu cơ bản (hoặc màu thiên nhiên): các chất màu có sẵn trong các tế bào nhƣ chlorophyll, hemoglobin, anthocyane.. -4-
+ Màu thứ cấp: các loại màu không có sẵn trong tế bào, mà đƣợc dùng để nhuộm đƣa vào tế bào. Loại này bao gồm các màu thiên nhiên nhƣ: Safranin, hoặc các loại màu nhân tạo... + Màu nhuộm sống (vitalis): tất cả các loại màu dùng để nhuộm tế bào còn hoạt động, còn sống. + Màu bright field (diachrome): loại màu này hấp thụ một phần ánh sáng và trong ánh sáng trắng (bright field) của kính sẽ hiện ra màu. Loại này cũng có tự nhiên trong tế bào nhƣ chlorophyll, hemoglobin hoặc anthocyan. + Màu fluorescence ( Fluorochrome): màu fluorescence có đặc tính không chỉ hấp thụ một phần ánh sáng nhƣ bright field, mà chúng còn phóng một phần ánh sáng hấp thụ ngƣợc trở lại. Cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu 1.1.3.1 Liên kết ion Liên kết này đƣợc thực hiện giữa các gốc mang màu tích điện âm của thuốc nhuộm (axít, trực tiếp) và các tâm tích điện dƣơng của vật liệu. Trong quá trình nhuộm, khi tiếp cận với vật liệu, ion âm của thuốc nhuộm sẽ bị thu hút về các tâm tích điện dƣơng này và thực hiện liên kết ion hay còn gọi là liên kết muối nhƣ sau: HOOC-P-NH3+ + -O3S-Ar  HOOC-P-NH3+--O3S-Ar Nhờ có năng lƣợng lớn nên thuốc nhuộm liên kết với vật liệu khá mạnh, tốc độ bắt màu nhanh, phải điều chỉnh tốc độ nhuộm bằng cách điều ch ỉnh trị số pH của dung dịch nhuộm. 1.1.3.2 Liên kết Hydro Liên kết hydro đƣợc thực hiện giữa các nhóm định chức của xơ và thuốc nhuộm nhƣ: hydroxyl, nhóm amin, nhóm amít và nhóm carboxyl. Khi phân tử thuốc nhuộm tiếp cận với vật liệu ở khoảng cách cần thiết thì lự c liên kết hydro sẽ phát sinh do tƣơng tác của các nhóm định chức với nhau. Liên kết hydro có vai trò quan trọng trong một số trƣờng hợp để cố định thuốc nhuộm trên vật liệu. -5-
1.1.3.3 Liên kết hóa trị Liên kết hóa trị đƣợc thực hiện chủ yếu ở thuốc nhuộm hoạt tính với các vật liệu chứa các nhóm hydroxyl và nhóm amin. Liên kết hóa trị giúp cho màu của vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm hoạt tính có độ bền màu cao với nhều chỉ tiêu, đặc biệt là với xử lý ƣớt. 1.1.3.4 Liên kết Vander Waals Liên kết Vander Waals đƣợc thực hiện ở hầu hết các lớp thuốc nhuộm khi tƣơng tác với vật liệu. Liên kết Vander Waals đƣợc coi là tổ hợp của các lực hút: lƣỡng cực, phân cực cảm ứng và lực phân tán. Phân loại thuốc nhuộm 1.1.4 1.1.4.1 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). Hình 1.1. Thuốc nhuộm nhóm Nitro + 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. Hình 1.2. Thuốc nhuộm azo -6-
+ Thuốc nhuộm Antraquinon: trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm Antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó. Gốc mang màu: Hình 1.3. Thuốc nhuộm Antraquinon + Thuốc nhuộm Indigoit: loại thuốc nhuộm này trƣớc kia có nguồn gốc từ thực vật màu xanh sẫm trích từ lá cây chàm. Hiện nay, ngƣời ta tổng hợp đƣợc thuốc nhuộm Indigoit có công thức của gốc mang màu nhƣ sau: Hình 1.4. Thuốc nhuộm Indigoit Trong đó: X,Y là O, Se, NH… + Thuốc nhuộm lƣƣ huỳnh: là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều nguyên tử lƣu huỳnh. Gốc mang màu: Hình 1.5. Thuốc nhuộm lưư huỳnh + Thuốc nhuộm Arylmetan: là những dẫn xuất của mêtan, trong đó nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang màu. -7-
Hình 1.6. Thuốc nhuộm Arylmetan + Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: 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. Hình 1.7. Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng 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 công 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 môi trƣờng có khả năng tạo thành các amin thơm đƣợc xem là tác nhân gây ung thƣ. -8-
+ Thuốc nhuộm axít: thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa 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. Công thức tổng quát có thể viết dƣới dạng: Ar-SO3Na Trong đó: Ar-SO3: là ion mang màu. + 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 môi 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. + Thuốc nhuộm hoàn nguyên: là những hợp chất màu hữu cơ không hòa 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 và có dạng tổng quát là: + Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nƣớc do trong phân tử không chứa nhóm tạo tính tan –SO3Na, -COONa, có kích thƣớc phân tử nhỏ, khối lƣợng phân tử không lớn, cấu tạo không phức tạp. Phân tử chứa các nhóm –NH2, -HR2, -OH, -OR (R có thể là gốc alkyl, aryl, alkyl hydroxyl). -9-
Tổng quan về thuốc nhuộm trực tiếp Đặc điểm Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu, là hợp chất hoà tan trong nƣớc, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu nhƣ: xơ xenlulô, giấy, tơ tằm, da và xơ polyamit màu là những một cách trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trƣờng trung tính hoặc kiềm. Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp thuộc về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của đioxazin và ftaloxianin, tất cả đƣợc sản xuất dƣới dạng muối Natri của axit sunfonic hay các cacboxylic hữu cơ, một vài trƣờng hợp đƣợc sản xuất dƣới dạng muối amoni và kali, nên đƣợc viết dƣới dạng tổng quát là: Ar – SO3Na Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm. Khi hoà tan vào nƣớc thuốc nhuộm phân ly nhƣ sau: Ar – SO3Na Ar – SO3- + Na+ Ion Ar – SO3- là ion mang màu, tích điện âm.  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 không dƣới tám kể từ đầu nhóm trợ màu này đến đầu nhóm trợ màu kia, nhƣ vậy phân tử thuốc nhuộm sẽ luôn ở trạng thái chƣa bảo hoà hoá 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 xenlulô 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. - 10 -
Cấu tạo hóa học Thuốc nhuộm trực tiếp là loại thuốc nhuộm mà các ion mang màu của thuốc nhuộm liên kết với xenlulô bằng lực liên kết hóa học và các phân tử thuốc nhuộm xen kẻ với xơ sợi bằng lực liên kết Vander Waals … - Chúng tan trong môi trƣờng trung tính, môi trƣờng tốt để nhuộm là pH = 7, môi trƣờng kiềm yếu. Nhiệt độ tối ƣu của quá trình nhuộm từ 50-60oC. - Thuốc nhuộm trực tiếp có cấu tạo là muối sunfonat của hợp chất hữu cơ, thƣờng là muối diazo có gốc S hoặc SO3Na … - Đặc điểm chung là trong phân tử có một hệ thống nối đôi liên hợp thẳng và phẳng, các nhóm SO3Na xếp đều và thẳng góc với phân tử thuốc nhuộm thẳng hàng nên có ái lực mạnh với sợi xenlulô. - Công thức chung và đơn giản nhất của loại này là chứa tám nối đôi liên hợp thƣờng là nhiều nhân thơm và tối thiểu có các nhóm ƣa nƣớc SO3Na. + Thuốc nhuộm trực tiếp azo: trong phân tử chứa một hoặc nhiều nhó m azo (- N = N -), nhóm này chiếm đại bộ phận các thuốc nhuộm trực tiếp và xếp thành bốn loại: loại thông thƣờng, loại có độ bền màu cao, loại chứa hoặc có khả năng kết hợp với ion kim loại thành phức không tan và loại có khả năng điazo hoá sau khi nhuộm. + Thuốc nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của đioxazin. + Thuốc nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của ftaloxyanin.  Dựa vào các chỉ tiêu về độ bền màu và phƣơng pháp sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp đƣợc chia làm bốn nhóm: - Gồm những màu có độ bền với ánh sáng dƣới cấp bốn (theo thang tám cấp), còn độ bền với xử lý ƣớt dƣới cấp ba (theo thang năm cấp). - Gồm những thuốc nhuộm trực tiếp có độ bền ánh sáng trên cấp bốn, bền với xử lý ƣớt ở mức trung bình, sau khi cầm màu độ bền sẽ tăng lên. - Gồm những thuốc nhuộm cần xử lý cầm màu với muối đồng nên trong tên gọi có chữ “cupro”, độ bền màu với giặt đạt trên cấp ba, còn với ánh sáng không dƣới cấp năm. - 11 -
- Gồm những thuốc nhuộm có thể điazo hoá trên vải và kết hợp tiếp với một thành phần azo nữa để tăng độ bền màu với giặt lên p của các hãng nổi tiếng trên thế giới có thể xem ở bảng sau: cấp bốn. Bảng 1.2: Tên thương phẩm của các thuốc nhuộm trực tiếp của các hãng nổi tiếng trên thế giới. Tên nhóm thuốc nhuộm trực tiếp Nƣớc sản Hãng sản xuất xuất 1 2 3 4 Anh ICI Chlorazol Durazol,fixazol Durazol Chlorazol cupro Balan Chemicolor Direct Helion Diazo Đức Sirius bền Bayer Benzo ánh Benzo Benzamin cuprol Đức Sirius supra Benzo Benzo para cuper Hochst Remastral Dianin BASF Lurantin Wolfen Columbia Solamin Cupracon Naftogen Solamin –fau Zambenzi Mỹ D- pont pontamine Pomtamin fast Pontamin Pontamin cuper diazo 1.1.4.2 Tính chất kỹ thuật của thuốc nhuộm trực tiếp Khi chuẩn bị dung dịch nhuộm với những thuốc nhuộm trực tiếp khó tan cần phải thêm natri cacbonat vào máng để tạo môi trƣờng kiềm yếu. - 12 -
+ Nhiệt độ nhuộm và độ hấp phụ tối ƣu: chỉ tiêu này đƣợc xác định theo mức độ hấp phụ tối đa của vải bông trong các dung dịch thuốc nhuộm có nồng độ khác nhau để nhận đƣợc màu có nồng độ trung bình. Nhiệt độ nhuộm tối ƣu của thuốc nhuộm trực tiếp trong khoảng từ 750C đến 950C tuỳ thuộc vào mỗi màu và mỗi loại vật liệu. Độ hấp phụ tối ƣu đƣợc xác định khi nhuộm sợi bông đã làm bóng ở nhiệt độ tối ƣu với dung tỷ bằng 40 khi có mặt 15% muối ăn. Số liệu hay đồ thị hấp phụ tối ƣu của mỗi thuốc nhuộm đƣợc sử dụng khi ghép màu với các thuốc nhuộm khác. + Độ bền màu và sự biến sắc: thuốc nhuộm trực tiếp có ƣu điểm là có đủ gam màu từ vàng đến đen, màu tƣơng đối tƣơi, song nhiều thuốc nhuộm trực tiếp kém bền màu với giặt và ánh sáng. Độ bền màu và ánh màu của thuốc nhuộm trực tiếp sẽ thay đổi khi nhuộm cho các vật liệu khác nhau. Để nâng cao độ bền màu ch o vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp ngƣời ta dùng các biện pháp khác nhau nhƣng phổ biến hơn cả là dùng các chế phẩm từ nhựa cao phân tử tích điện trái dấu với thuốc nhuộm hoặc muối kim loại nặng. Sau khi cầm màu bằng các chế phầm này độ bền với giặt và ánh sáng có thể tăng lên 1-2 cấp nhƣng màu sẽ kém tƣơi (bị biến sắc). Các chế phẩm cầm màu cho vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp đƣợc các hãng sản xuất và sử dụng phổ biến trong ngành dệt gồm có: muối copratin II, muối copratin TS, Sapamin, Sapamin A, Sapamin CH, Sapamin BCH, Sapamin MS, Sapamin KW, muối ăn và không cần hãm màu. Phạm vi sử dụng Do có khả năng tự bắt màu, công nghệ nhuộm đơn giản và rẻ nên thuốc nhuộm trực tiếp đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ: để nhuộm trong ngà nh dệt (vải, sợi,bông, hàng dệt kim từ bông, lụa visco, lụa, tơ tằm, sợi polyamit, sợi đay), để nhuộm giấy, nhuộm các sản phẩm từ tre nứa, mành trúc, để nhuộm da và chế mực viết. Một số thuốc nhuộm trực tiếp có độ bền màu cao vẫn đƣợc dùng để nhuộm một số vải và sợi bông kể cả hàng dệt kim từ sợi bông hoặc có thành phần bông trong vải pha. - 13 -
Thuốc nhuộm trực tiếp cũng đƣợc dùng phổ biến để nhuộm lụa visco kể cả thành phần visco trong vải pha. Do xơ visco có cấu trúc xốp nên nó dễ bắt màu bằng loại thuốc nhuộm này, màu bền hơn và tƣơi hơn so với khi nhuộm vải bông. Tơ tằm là mặt hàng dệt quý hiếm cũng đƣợc nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp. Thành phần nhuộm và công nghệ nhuộm cũng tƣơng tự nhƣ vải bông, điều khác chủ yếu là phải khống chế trị số pH để không ảnh hƣởng đến độ bền của tơ (pH=8-8,5), ít phải dùng phẩm dệt từ xơ polyamit với các gam màu nhạt. Đặc biệt nó đƣợc dùng để nhuộm vải lanh, sợi đay và các sợi từ xơ libe cho màu bền và tƣơi. Trong công nghiệp giấy thuốc nhuộm trực tiếp đƣợc dùng để nhuộm giấy hoặc bằng cách đƣa ngay vào bể chứa bột giấy trƣớc khi xeo hoặc nhuộm phủ mặt bằng cách cán ép hoặc quét dung dịch thuốc nhuộm lên giấy. Trong công nghiệp thuộc da một số thuốc nhuộm trực tiếp đƣợc dùng để nhuộm da nhất là các màu đen, nâu và một số màu xanh. Ở nƣớc ta thuốc nhuộm trực tiếp còn đƣợc dùng để nhuộm hàng mây tre, mành trúc, các đồ dùng đan từ tre nứa, tăm hƣơng và nhuộm gỗ trƣớc khi phủ vecni. Nước thải ngành dệt nhuộm Thành phần và tính chất trong nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.1 Đề tài chúng em nghiên cứu khả năng khừ màu thuốc nhuộm trục tiếp, đây là một phần trong việc xử lý nƣớc thải dệt nhuộm. Để hiểu rõ hơn về nƣớc thải dệt nhuộm và có hƣớng ứng dụng đề tài hợp lý nhất, chúng em sẽ đi tìm hiểu về phần nƣớc thải mà chủ yếu là nƣớc thải dệt nhuộm. Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây truyền công nghệ phức tạp, áp dụng nhiều loại hình công nghệ khác nhau. Đồng thời trong quá trình sản xuất sử dụng các nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau và cũng sản xuất ra nhiều mặt hàng có mẫu mã, màu sắc, chủng loại khác nhau. Ở nƣớc ta hiện nay đã đạt đƣợc trên 2000 triệu mét vải/năm. Công nghệ dệt sợi, in hoa ngày càng phát triển và hiện đại, đồng thời cũng dùng một lƣợng nƣớc ngày càng tăng, và lƣợng nƣớc thải ra cũng rất lớn. Trong quá trình dệt nhuộm phải sử dụng nhiều hóa chất phụ gia và thuốc nhuộm, nên nƣớc thải của công nghệ dệt nhuộm bị ô nhiễm khá nặng và có độc tính. Nguồn nƣớc thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lƣợng nƣớc thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn là chính. Nhu cầu sử dụng nƣớc trong nhà máy dệt nhuộm rất - 14 -
lớn và thay đổi theo các mặt hàng khác nhau. Nhìn chung sự phân phối nƣớc trong nhà máy dệt nhƣ sau: Sơ đồ 2.1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải - 15 -
Kéo sợi, chải, ghép, Nguyên liệu đầu đánh ống H2O, tinh bột, phụ gia Nƣớc thải chứa hồ Hồ sợi Hơi nƣớc tinh bột, hóa chất Dệt vải Nƣớc thải chứa hồ Enzym tinh bột bị thủy phân, Giũ hồ NaOH NaOH NaOH, hóa chất Nấu Hơi nƣớc Nƣớc thải H2SO4 H2 O Nƣớc thải Xử lý acid, giặt Chất tẩy giặt H2O2, NaOCl, Nƣớc thải Tẩy trắng hóa chất H2SO4,H2O2, Giặt chất tẩy giặt Nƣớc thải NaOH, hóa chất Làm bóng Nƣớc thải Dung dịch nhuộm Nhuộm, in hoa Dịch nhuộm thải H2SO4 Giặt H2O2, chất tẩy giặt Nƣớc thải Hơi nƣớc Nƣớc thải Hoan tất, văng khổ Hồ, hóa chất Sản phẩm Các kết quả phân tích đặc điểm nƣớc thải cho thấy: - 16 -
- Lƣợng nƣớc thải thƣờng lớn (khoảng 50 đến 3000m3 nƣớc cho 1 tấn hàng dệt) chủ yếu từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy. - Nƣớc thải chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dƣ thừa (phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngấm, chất tạo môi trƣờng, men, chất oxy hóa) dƣới dạng các ion, các kim loại nặng và các tạp chất tách ra từ xơ sợi. Nƣớ c thải giặt có pH dao động từ 9-12, hàm lƣợng chất hữu cơ cao (COD có thể lên tới 1000- 3000mg/l). Độ màu của nƣớc thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể lên tới 10.000 Pt-Co, hàm lƣợng cặn lơ lửng đạt giá trị 2000mg/l. Nƣớc thải nhuộm thƣờng không ổn định và đa dạng (hiệu quả hấp thụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 60- 70%, 30-40% các phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thủy hoặc bị phân hủy ở một dạng khác, do đó nƣớc có độ màu rất cao đôi khi lên đến 50.000 Pt-Co. COD thay đổi từ 80- 18.000 mg/l. Các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên, thƣờng thải trực tiếp ra môi trƣờng, lƣợng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu. - Mức độ ô nhiễm của nƣớc thải dệt nhuộm phụ thuộc rất lớn vào loại và lƣợng hóa chất sử dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in hoa…), vào tỷ lệ sử dụng sợi tổng hợp, vào các loại hình công nghệ sản xuất (gián đoạn, liên tục hay bán liên tục), vào đặc tính máy móc thiết bị sử dụng… Các chất rắn trong nước thải dệt nhuộm Chất rắn chủ yếu của nhà máy dệt nhuộm báo gồm các chất thải kém hiệu quả khi sử lý sinh học nhƣ: vải vụn, bụi bông, bao bì, chai lọ thủy tinh đựng hóa chất, giấy vụn, két nhựa, xỉ than, cặn dầu bụi cặn xử lý nƣớc. Crom VI, kim loại nặng, các polime tổng hợp, xơ sợi, các muối trung tính, chất hoạt động bề mặt. Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.2 + Nhiệt độ + pH + BOD5 + COD + Hàm lƣợng cặn lơ lửng + Oxi hòa tan + Độ đục - 17 -
+ Tổng N + Tổng P + Kim loại nặng + Coliform Nhu cầu về nước và nước thải trong xí nghiệp dệt nhuộm Nhu cầu sử dụng nƣớc cho công nghệ dệt nhuộm là khá lớn: từ 12 đến 65 lít nƣớc cho 1m vải và thải ra từ 10 đến 40 lít nƣớc. Nƣớc dùng trong nhà máy dệt đại thể phân bổ nhƣ sau: - Sản xuất hơi nƣớc 5,3% - Làm mát thiết bị 6,4% - Phun mù và khử bụi trong các phân xƣởng 7,8% - Nƣớc dùng trong các công đoạn công nghệ 72,3% - Nƣớc vệ sinh và sinh hoạt 7,6% - Phòng hỏa và cho các việc khác 0,6% 100,0% Nƣớc thải của các mặt hàng dệt đƣợc tính theo H.Ruffer nhƣ sau: - Hàng len nhuộm, dệt thoi (bao gồm cả xử lí sơ bộ và nhuộm là 100 đến 250 m3/1 tấn vải). - Hàng vải bông, nhuộm, dệt thoi là 80 đến 240m3/1 tấn vải, bao gồm: Hồ sợi: 0,02 m3 Nấu, giũ hồ, tẩy: 30 đến 120 m3 Nhuộm: 50 đến 120 m3 - Hàng vải bông in hoa, dệt thoi là 65 đến 280m3/1 tấn vải, bao gồm: Hồ sợi: 0,02 m3 Giũ hồ, nấu tẩy: 30 đến 120 m3 In, sấy: 5 - 20 m3 - 18 -
Giặt: 30 - 140 m3 - Chăn len màu từ sợi polyacrylonitrit là 40 - 140 m3/1 tấn, bao gồm: Nhuộm sợi: 30 - 80 m3 Giặt sau dệt: 10 - 70 m3 - Vải trắng từ polyacrylonitrit là 20 - 60 m3/1tấn. Tác nhân gây ô nhiễm và đặc tính của dòng thải Các chất gây ô nhiễm chính trong nƣớc thải dệt nhuộm là: - Tạp chất tách ra từ xơ sợi nhƣ dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin, các chất bẩn dính vào sợi ( trung bình là 6% khối lƣợng xơ sợi). - Các hóa chất dùng trong quá trình công nghệ: hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin, alginat, các loại acid, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3…các loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Lƣợng hóa chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại màu thƣờng khác nhau và chủ yếu đi vào nƣớc thải của từng công đoạn tƣơng ứng. + Nhu cầu ôxy sinh hoá: là một chỉ số quan trọng của sự ô nhiễm nƣớc thải; chỉ số này chỉ ra mức độ ô nhiễm của nƣớc ô nhiễm dựa trên các chất hữu cơ. Theo đó, nƣớc đƣợc sục khí đủ và sạch đƣợc đƣa vào một bình nút kín cùng với Nitơ, Phôt pho, Magiê và các chất dinh dƣỡng khác. Trong một bình khác, bỏ vào đó một lƣợng xác định nƣớc ô nhiễm, các vi sinh vật cũng đƣợc bổ sung vào bình. Sau năm ngày để yên, hàm lƣợng ôxy (ôxy hoà tan) của bình đƣợc đo để lấy giá trị các chất gây ô nhiễm hữu cơ trong nƣớc ô nhiễm. Lƣợng ôxy đƣợc tiêu thụ tỷ lệ thuận với lƣợng chất hữu cơ theo cùng cách nhƣ quá trình chuyển hoá của con ngƣời. Thông thƣờng bình đƣợc để yên trong năm ngày tại 20 0C. Giá trị nhận đƣợc gọi là BOD. + Nhu cầu oxy hóa học: COD khác với BOD ở chỗ nó đo nhu cầu ôxy cần để phân huỷ các chất hữu cơ trong nƣớc ô nhiễm; sử dụng các chất ôxy hoá mạnh hơn nhƣ là pecmanganat kali hoặc bicromat kali. Trong khi BOD chỉ ra nồng độ của các chất dễ bị phân huỷ sinh học thì COD chỉ ra nồng độ của các chất dễ dàng bị phân huỷ “hoá học”. Kết quả là số đo COD không chỉ ra nguồn chất dinh dƣỡng cho vi sinh vật nhƣ là sunphat sắt (II) và axit nitơ - 19 -
hoá trị III, nhƣng nó chỉ ra một giá trị cao khi nƣ ớc chứa các chất dễ liên kết hoá học với ôxy. Mặc dầu axit axetic và các nguồn dinh dƣỡng tƣơng tự cho vi sinh vật có thể đo đƣợc bằng BOD, chúng không thể đo đƣợc bằng COD. BOD và COD do đó sinh ra các giá trị hoàn toàn khác nhau, mặc dầu cả hai ngày nay đƣợc dùng nhƣ là các chỉ số chỉ ra sự ô nhiễm. Có thể sử dụng nhiều chỉ số khác để phân loại cƣờng độ của dòng thải từ quá trình xử lý dệt nhƣ đƣợc chỉ ra trong bảng 2.1 Bảng 2.1. Các đặc tính của dòng thải tổng thể cho nhà máy dệt Nhuộm/Xử lý Các chỉ số Vải dệt thoi Vải dệt kim hoàn tất sợi Nhu cầu ôxy sinh học (mg/l) 550 250 200 Các chất rắn lơ lửng (mg/l) 185 300 50 Nhu cầu ôxy hoá học (mg/l) 850 850 524 Sunphit (mg/l) 3 0-2 Màu (ADMI) 325 400 600 pH 7-11 6-9 7-12 Sử dụng nƣớc (l/kg) 297 277 297 Qua thực tế chúng ta thấy: ngành công nghiệp dệt nhuộm có rất nhiều vẻ, rất đa dạng, đặc trƣng, tác động làm ô nhiễm chính là nƣớc thải. Mỗi công đoạn của công nghệ có các dạng nƣớc thải và đặc tính của chúng (bảng 2.2). Bảng 2.2. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt_nhuộm Công đoạn Chất ô nhiễm trong nƣớc thải Đặc tính của nƣớc thải Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucozơ, carboxy metyl BOD cao (34-50% tổng sản xelulozơ, polyvinyl alcol, nhựa, chất lƣợng BOD) béo và sáp - 20 -