Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của Luận văn là nghiên cứu điều kiện tối ưu hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên (Điều kiện tối ưu để biến tính đá ong thành vật liệu hấp phụ bằng polime PSS). Xác định một số đặc trưng hóa lí của vật liệu. Nghiên cứu động học hấp phụ tím tinh thể trên đá ong biến tính. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ LINH TRANG NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ MỘT SỐ THUỐC NHUỘM TRÊN ĐÁ ONG BIẾN TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ LINH TRANG NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ MỘT SỐ THUỐC NHUỘM TRÊN ĐÁ ONG BIẾN TÍNH Ngành: Hóa Phân Tích Mã ngành: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Ngô Thị Mai Việt THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính" là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Linh Trang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên ngành Hóa Phân tích, Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, em đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Ngô Thị Mai Việt, cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để em có thể hoàn thành luận văn này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu của em có thể còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp để luận văn của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 09 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Linh Trang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan .................................................................................................................. i Lời cảm ơn .....................................................................................................................ii Mục lục ........................................................................................................................ iii Danh mục kí hiệu viết tắt .............................................................................................. iv Danh mục các bảng ........................................................................................................ v Danh mục các hình ....................................................................................................... vi MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 NỘI DUNG .................................................................................................................. 3 Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3 1.1. Nước thải dệt nhuộm ............................................................................................. 3 1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm .................................................................................. 3 1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm ....................................................................................... 3 1.2. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể .................................................... 5 1.2.1. Xanh metylen (MB) ............................................................................................ 5 1.2.2. Tím tinh thể (CV) ............................................................................................... 7 1.3. Giới thiệu về PSS ................................................................................................... 7 1.4. Phương pháp hấp phụ ............................................................................................ 8 1.4.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ .......................................... 8 1.4.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ......................................................... 9 1.4.3. Động học hấp phụ ............................................................................................. 11 1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu .......................................................................... 13 Chương 2. THỰC NGHIỆM .................................................................................. 16 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị máy móc ............................................................... 16 2.1.1. Hóa chất ............................................................................................................ 16 2.1.2. Dụng cụ ............................................................................................................. 16 2.1.3. Thiết bị máy móc .............................................................................................. 17 2.2. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS ................... 17 2.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ...................................... 17 2.3. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong biến tính bằng PSS ...................... 19 2.3.1. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................... 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2.3.2. Diện tích bề mặt riêng của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng PSS ...... 20 2.3.3. Thế zeta của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng PSS ............................ 19 2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính ........ 20 2.4.1. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis........ 20 2.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trên đá ong biến tính ...................................................................................... 20 2.5. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính............................ 24 2.6. Tái sử dụng vật liệu.............................................................................................. 25 2.6.1. Hấp phụ tím tinh thể trên đá ong biến tính ....................................................... 25 2.6.2. Tái sử dụng vật liệu lần thứ nhất ...................................................................... 25 2.6.3. Tái sử dụng vật liệu lần thứ hai ........................................................................ 25 2.6.4. Tái sử dụng vật liệu lần thứ ba ......................................................................... 26 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 27 3.1. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS ................... 27 3.1.1. Xác định nồng độ của polime PSS bằng phương pháp UV-Vis ....................... 27 3.2. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong biến tính bằng PSS ...................... 40 3.2.1. Ảnh SEM của vật liệu ....................................................................................... 40 3.2.2. Thế zeta của vật liệu ......................................................................................... 41 3.2.3. Diện tích bề mặt riêng của đá ong tự nhiên, đá ong biến tính bằng PSS và đá ong biến tính sau hấp phụ MB ............................................................................... 43 3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính ........ 44 3.3.1. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis ....... 44 3.3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trên đá ong biến tính ...................................................................................... 47 3.4. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính............................ 64 3.5. Tái sử dụng vật liệu.............................................................................................. 66 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 69 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT CV : Tím tinh thể ĐOBT : Đá ong biến tính ĐOTN : Đá ong tự nhiên IR : Infrared Spectroscopy MB : Xanh metylen ppm : Part per million PSS : Poly Styrene Sulfonate TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam UV - Vis : Ultraviolet - Visible VLHP : Vật liệu hấp phụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Các hóa chất cần dùng trong thực nghiệm .............................................. 16 Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang của dung dịch PSS ở các nồng độ khác nhau tại bước sóng 224,4 nm .................................................................................28 Bảng 3.2. Độ hấp thụ quang của dung dịch PSS ở các nồng độ khác nhau tại bước sóng 261,4 nm .................................................................................29 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ........30 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của lực ion tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ........32 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ..................................................................................34 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ..............................................................................................36 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ PSS tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên .....................................................................................................38 Bảng 3.8. Khảo sát pH tối ưu cho phép đo xanh metylen ........................................44 Bảng 3.9. Khảo sát pH tối ưu cho phép đo tím tinh thể ............................................45 Bảng 3.10. Độ hấp thụ quang của dung dịch xanh metylen ở các nồng độ khác nhau tại bước sóng 663 nm.......................................................................46 Bảng 3.11. Độ hấp thụ quang của dung dịch tím tinh thể ở các nồng độ khác nhau tại bước sóng 590 nm.......................................................................47 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ xanh metylen ...........................................................................................48 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ tím tinh thể ......................................................................................................49 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ xanh metylen .........................51 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ tím tinh thể ............................52 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ xanh metylen ...............54 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ tím tinh thể ..................55 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ xanh metylen ..................57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Bảng 3.19. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ tím tinh thể......................58 Bảng 2.20. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen ..........60 Bảng 2.21. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ Tím tinh thể............61 Bảng 2.22. Các mô hình hấp phụ CV, MB của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính........ 63 Bảng 3.23. Số liệu khảo sát động học hấp phụ CV của đá ong biến tính (“-“: không xác định) ........................................................................................64 Bảng 3.24. Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 đối với CV ...............................65 Bảng 3.25. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 đối với CV ...............................66 Bảng 3.26. Kết quả khảo sát quá trình tái sử dụng vật liệu ........................................66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen ..........................................................5 Hình 1.2. Công thức cấu tạo cation MB+ ...................................................................6 Hình 1.3. Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen ............................................6 Hình 1.4. Công thức cấu tạo của tím tinh thể .............................................................7 Hình 1.5. Công thức cấu tạo của PSS .........................................................................8 Hình 1.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt .......................................................................10 Hình 1.7. Sự phụ thuộc Langmuir Ccb/q vào Ccb ......................................................10 Hình 1.8. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe - qt) vào t ...................................................12 Hình 3.1. Phổ PSS trong khoảng bước sóng 200 - 400 nm ......................................27 Hình 3.2. Đường chuẩn xác định PSS bằng phương pháp UV - Vis tại bước sóng 224,4 nm...........................................................................................28 Hình 3.3. Đường chuẩn xác định PSS bằng phương pháp UV - Vis tại bước sóng 261,4 nm...........................................................................................29 Hình 3.4. Sự ảnh hưởng của pH tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên. .....31 Hình 3.5. Sự ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ..................................................................................33 Hình 3.6. Sự ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ..................................................................................35 Hình 3.7. Sự ảnh hưởng của thời gian tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên .....................................................................................................37 Hình 3.8. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.......................................................39 Hình 3.9. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb .................................................................39 Hình 3.10. Ảnh SEM của đá ong tự nhiên .................................................................40 Hình 3.11. Ảnh SEM của đá ong biến tính bằng PSS ................................................40 Hình 3.12. Thế zeta của đá ong tự nhiên ....................................................................41 Hình 3.13. Thế zeta của ĐOBT bằng PSS..................................................................41 Hình 3.14. Thế zeta của ĐOBT sau hấp phụ CV .......................................................42 Hình 3.15. Thế zeta của ĐOBT sau hấp phụ MB .......................................................42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.16. Xanh metylen và tím tinh thể trong khoảng bước sóng 400 - 800 nm .....44 Hình 3.17. Ảnh hưởng của pH đến phép xác định xanh metylen bằng UV - Vis ......45 Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH tối ưu cho phép đo tím tinh thể .................................45 Hình 3.19. Đường chuẩn xác định xanh metylen bằng phương pháp UV-Vis tại bước sóng 663nm. ....................................................................................46 Hình 3.20. Đường chuẩn xác định tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis tại bước sóng 590 nm ....................................................................................47 Hình 3.21. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ xanh metylen .....................................................................................................50 Hình 3.22. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ tím tinh thể ......................................................................................................50 Hình 3.23. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ MB của vật liệu.....................53 Hình 3.24. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu .....................53 Hình 3.25. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ MB của vật liệu ....56 Hình 3.26. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu......56 Hình 3.27. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ MB của vật liệu. .....................................................................................................59 Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu......................................................................................................59 Hình 3.29. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các VLHP đối với MB...........62 Hình 3.30. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các VLHP đối với MB. ....................62 Hình 3.31. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các VLHP đối với CV ...........62 Hình 3.32. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các VLHP đối với CV ......................62 Hình 3.33. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlick của VLHP đối với CV ................62 Hình 3.34. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlick của VLHP đối với MB ...............62 Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn phương trình động học bậc 1 đối với tím tinh thể .........65 Hình 3.36. Đồ thị biểu diễn phương trình động học bậc 2 đối với CV ......................65 Hình 3.37. Đồ thị khảo sát khả năng tái sử dụng ĐOBT............................................67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới. Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra. Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật…đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực về kinh tế là những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái do các khu công nghiệp gây ra. Nước thải của phần lớn nhà máy, các khu chế xuất…chưa được xử lí hoặc xử lí chưa triệt để là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước. Thuốc nhuộm được sử dụng trong các ngành dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm… Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước và hậu quả là tác động xấu đến con người và các sinh vật sống. Khi thải vào nguồn nước như sông, kênh rạch, các chất màu hữu cơ tạo màng nổi trên bề mặt, ngăn cản sự khuếch tán của oxi, cũng như ánh sáng vào nước, gây nguy hại cho các loài thủy sinh. Do đó, việc tìm ra phương pháp loại bỏ chúng ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Cho đến nay, đã có rất nhiều phương pháp xử lí nước thải nhằm loại bỏ các chất màu ra khỏi nguồn nước. Trong số các phương pháp đó, phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến do có nhiều ưu điểm như vật liệu chế tạo chất hấp phụ tương đối phong phú, chi phí thấp (nhất là các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên); quá trình xử lí đơn giản và không gây độc hại đến môi trường. Đá ong là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam và có đặc tính hấp phụ. Cho đến nay, việc nghiên cứu khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ của đá ong biến tính bằng polime hoặc chất hoạt động bề mặt còn chưa đầy đủ. Trên cơ sở đó chúng tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính" . Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau: 1. Nghiên cứu điều kiện tối ưu hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên (Điều kiện tối ưu để biến tính đá ong thành vật liệu hấp phụ bằng polime PSS). 2. Xác định một số đặc trưng hóa lí của vật liệu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trong môi trường nước của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính theo phương pháp tĩnh. 4. Nghiên cứu động học hấp phụ tím tinh thể trên đá ong biến tính. 5. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
NỘI DUNG Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Nước thải dệt nhuộm 1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không 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 có chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định như: > C = C C = N -, - N = N -, - NO2. Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: - NH2, - COOH, - SO3H, - OH …đóng vai trò tăng cường màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [8]. 1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Tùy thuộc vào cấu tạo, tính chất và pham vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân chia thành các loại khác nhau. Có 2 cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất. 1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học Theo các này thuốc nhuộm được chia thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau. Các họ chính là: * Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Thuốc nhuộm azo có khả năng nhuộm màu cao (gấp đôi khả năng nhuộm màu của thuốc nhuộm antraquinon), được sản xuất đơn giản từ các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm nên giá thành thấp. Đây là sản phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng và là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất cũng như có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
* Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm có chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó: Họ thuốc nuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp. * Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu: Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm. * Thuốc nhuộm phtaloxianin: Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H trong nhóm amin dễ bị thay thế bởi các ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm. Ngoài ra còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn như: thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh. 1.1.2.2. Phân loại theo đặc tính áp dụng * 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 hoàn nguyên thường không tan trong nước, kiềm nên thường phải sử dụng các chất khử để chuyển về dạng tan được (thường là dung dịch NaOH + Na2S2O3 ở 50 - 600C). Ở dạng tan được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên khuyếch tán vào xơ. * Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm đisunfua đặc trưng có thể chuyển về dạng tan qua quá trình khử. Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenlulo qua 3 gia đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại. * Thuốc nhuộm trực tiếp: là thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp vào xơ sợi xenlulo và dạng tổng quát là Ar-SO3Na. Khi hòa tan trong nước nó phân li về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu thuốc nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có tới 92% thuộc lớp azo. * Thuốc nhuộm phân tán: Là những chất màu không tan trong nước do không chứa các nhóm như SO3Na, -COONa. Phân bố đều trong nước dạng dung dịch Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
huyền phù, thường được dùng nhuộm xơ kị nước như xơ axetat, polyamit, polyeste, polyacrilonitrin. Phân tử thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo (- N = N -) và antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thay thế (- NH2, - NHR, - NR2, - NH - CH2 - OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 - 95%) nên nước thải không chứa nhiều thuốc nhuộm và mang tính axit. * Thuốc nhuộm bazo - cation: Các thuốc nhuộm bazo dễ tan trong nước cho các cation mang màu được dùng để nhuộm tơ tằm, hầu hết chúng là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. * Thuốc nhuộm axit: được tạo thành từ axit mạnh và bazo mạnh nên chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+, anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. * Thuốc nhuộm hoạt tính: Là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với xơ sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi. Trong cấu tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin. Đây là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha. 1.2. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể 1.2.1. Xanh metylen (MB) Xanh metylen là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác như là tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, methylthioninium chloride, glutylene, có CTPT là: C16H18N3SCl. Công thức cấu tạo của xanh metylen như sau: Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Xanh metylen có phân tử gam là 319,85 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy là: 100 - 110°C. Khi tồn tại dưới dạng ngậm nước (C16H18N3SCl.H2O) trong điều kiện tự nhiên, khối lượng phân tử của xanh metylen là 337,85 g/mol [10]. Xanh metylen là một chất màu thuộc họ thiôzin, phân ly dưới dạng cation MB+ là C16H18N3S+: Hình 1.2. Công thức cấu tạo cation MB+ Xanh metylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào. Hình 1.3. Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen Xanh metylen là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, là hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản xuất mực in. Trong thủy sản, xanh metylen được sử dụng vào giữa thế kỷ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và ký sinh trùng. Ngoài ra xanh metylen cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do Met-hemoglobin quá nhiều trong máu. Xanh metylen khó phân hủy khi thải ra ngoài môi trường, nó có thể gây tổn thương vĩnh viễn cho đôi mắt của con người, động vât cũng như thủy sản. Xanh metylen cũng có thể gây ra kích ứng đường tiêu hóa với các triệu chứng buồn nôn, tiêu chảy và gây kích ứng da khi tiếp xúc với nó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
1.2.2. Tím tinh thể (CV) Tím tinh thể hay tím gentian (còn gọi là Metyl Violet 10B, hexamethyl pararosaniline chloride hoặc pyoctanin là thuốc nhuộm triaryl metan [21]. Công thức phân tử: C25N3H30Cl Công thức cấu tạo: Hình 1.4. Công thức cấu tạo của tím tinh thể Khối lượng phân tử : 407,979 g/mol. Tên quốc tế: Tris(4-(dimethylamino)phenyl)methylium chloride Tím tinh thể được dùng để nhuộm mô và dùng trong phương pháp Gram để phân loại vi khuẩn. Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và anthelmintic, từng được coi là chất sát trùng hàng đầu. Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và kháng giun sán [19]. Đây là đặc tính được sử dụng trong y học, đặc biệt trong nha khoa, nó được gọi là "pyoctanin" (hay "pyoctanine") [21] Tím tinh thể không được dùng làm thuốc nhuộm vải mà nó được dùng làm thuốc nhuộm giấy, nhuộm gỗ và làm một thành phần của mực xanh đậm và mực đen trong ngành in, bút bi [22]. Nó cũng được dùng để tạo màu cho phân bón, chất chống đóng băng, áo da. 1.3. Giới thiệu về PSS Poly styrene sulfonate là polyme có nguồn gốc từ polystyrene bằng cách bổ sung các nhóm chức sulfonate. Chúng được sử dụng rộng rãi như các loại nhựa trao đổi ion để loại bỏ các ion như kali , canxi và natri khỏi các dung dịch trong các ứng dụng kỹ thuật hoặc y tế. Ngoài ứng dụng trên, PSS cũng như một số chất hoạt động bề mặt như SDS, CTAB… được sử dụng để biến tính các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên thành chất hấp phụ các chất độc hại trong môi trường nước [4, 31]. PSS là một Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
polyme bền, sự phân li các monome và cấu trúc của nó không phụ thuộc vào pH và nồng độ NaCl trong dung dịch, PSS là một polime mang điện tích âm, do vậy chúng tôi sử dụng PSS làm tác nhân biến tính đá ong tự nhiên thành chất hấp phụ các chất màu hữu cơ dạng cation như xanh metylen, tím tinh thể. Công thức cấu tạo của PSS được trình bày trong hình 1.5. Hình 1.5. Công thức cấu tạo của PSS 1.4. Phương pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp xử lý nước thải có các đặc tính ưu việt hơn hẳn và đang được chú ý nhiều trong thời gian gần đây. Vật liệu hấp phụ có thể chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp. Đặc biệt, các vật liệu hấp phụ này có độ bền khá cao, có thể tái sử dụng nhiều lần nên giá thành thấp, hiệu quả cao và quá trình xử lý không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại [2, 7]. 1.4.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ 1.4.1.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: (C0 -C cb ).V q= (1.5) m Trong đó: q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g). V: Thể tích dụng d ịch chất bị hấp phụ (L). m: khối lượng chất hấp phụ (g). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
C0: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L). Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L). 1.4.1.2. Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch ban đầu: (C0 - Ccb ) H= .100% (1.6) C0 1.4.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung dịch hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Với các chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt hấp phụ được mô tả qua các đường đẳng nhiệt như: đường đẳng nhiệt hấp phụ Henry, đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. 1.4.2.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng: b.Ccb q  q max . (1.10) 1  b.Ccb Trong đó: q : Dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g). qmax : Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g). b : Hằng số Langmuir. Ccb : Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L). Khi tích số b.Ccb > 1 thì q = qmax: mô tả vùng hấp phụ bão hòa. Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn