Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật chất: Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam, phenol đỏ của quặng apatit biến tính bằng sắt từ oxit

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của Luận văn là nghiên cứu khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ trong môi trường nước của quặng apatit biến tính theo phương pháp tĩnh. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ trong môi trường nước của quặng apatit biến tính theo phương pháp động. 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 Khoa học vật chất: Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam, phenol đỏ của quặng apatit biến tính bằng sắt từ oxit

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG THỊ THƠ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METYLEN, METYL DA CAM VÀ PHENOL ĐỎ CỦA QUẶNG APATIT BIẾN TÍNH BẰNG SẮT TỪ OXIT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thái Nguyên, năm 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG THỊ THƠ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METYLEN, METYL DA CAM VÀ PHENOL ĐỎ CỦA QUẶNG APATIT BIẾN TÍNH BẰNG SẮT TỪ OXIT Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: TS. Ngô Thị Mai Việt Thái Nguyên, năm 2017 i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 6 năm 2017 Tác giả HOÀNG THỊ THƠ Xác nhận Xác nhận của khoa chuyên môn của giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan TS. Ngô Thị Mai Việt ii
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 em sinh viên, bạn bè và gia đình. Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến 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 trong 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 để luận văn của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 6 năm 2017 Tác giả Hoàng Thị Thơ iii
MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ ................................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. iii MỤC LỤC ................................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................... vii MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 NỘI DUNG ................................................................................................................... 3 Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 3 1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm ................................................................................... 3 1.2.2. Metyl da cam .................................................................................................. 7 1.2.3. Phenol đỏ ........................................................................................................ 8 1.3. Giới thiệu về quặng apatit ................................................................................. 9 1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu ..................................................................... 10 1.5. Phương pháp hấp phụ ...................................................................................... 14 1.5.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ ................................... 14 1.5.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt .................................................................. 15 Chương 2. THỰC NGHIỆM ...................................................................................... 19 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị máy móc ........................................................... 19 2.1.1. Hóa chất ....................................................................................................... 19 2.1.2. Dụng cụ ........................................................................................................ 19 2.1.3. Thiết bị máy móc ......................................................................................... 20 2.2. Chuẩn bị quặng apatit và biến tính quặng apatit ............................................. 20 2.3. Xác định một số đặc trưng hóa lý của vật liệu ................................................ 20 2.4. Xác đinh ̣ điể m đẳ ng điê ̣n của vâ ̣t liê ̣u ............................................................. 21 2.5. Nghiên cứu điều kiện tối ưu cho phép xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ theo phương pháp UV – Vis ............................................................. 21 iv
2.5.1. Bước sóng .................................................................................................... 21 2.5.2. pH ................................................................................................................. 21 2.5.3. Thời gian ...................................................................................................... 21 2.5.4. Chất lạ .......................................................................................................... 21 2.6. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính, xây dựng đường chuẩn xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ theo phương pháp UV – Vis ....................... 22 2.7. Phương pháp hấp phụ tĩnh .............................................................................. 22 2.7.1. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ............................................... 22 2.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc .................................................. 23 2.7.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH ......................................................................... 23 2.7.4. Khảo sát ảnh hưởng của chất lạ ................................................................... 24 2.7.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của các chất màu nghiên cứu ........... 25 2.7.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................... 26 2.8. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ của vật liệu theo phương pháp hấp phụ động ............................................................... 26 2.8.1. Chuẩn bị cột hấp phụ ................................................................................... 26 2.8.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ động xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ của vật liệu ........................................................................................................ 27 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................ 28 3.1. Kết quả xác định một số đặc trưng hóa lí của vật liệu .................................... 28 3.2. Kết quả xác định điểm đẳng điện của vật liệu ................................................ 30 3.3. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho phép xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ theo phương pháp UV -Vis ....................................................... 31 3.3.1. Bước sóng .................................................................................................... 31 3.3.2. pH ................................................................................................................. 33 3.3.3. Thời gian ...................................................................................................... 34 3.3.4. Chất lạ .......................................................................................................... 34 3.4. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính và xây dựng đường chuẩn của xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ ............................................................. 37 3.4.1. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của xanh metylen, metyl da v
cam và phenol đỏ ................................................................................................... 37 3.4.2. Xây dựng đường chuẩn xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ .. 39 3.5. Tổng kết các điều kiện xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ bằng phép đo UV - Vis .......................................................................................... 39 3.6. Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ của vật liệu theo phương pháp hấp phụ tĩnh .................. 40 3.6.1. Ảnh hưởng khối lượng vật liệu .................................................................... 40 3.6.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ................................................................ 41 3.6.3. Ảnh hưởng của pH ....................................................................................... 43 3.6.4. Ảnh hưởng của chất lạ đến khả năng hấp phụ các chất màu ....................... 44 3.6.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ các chất màu .............. 45 3.6.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất hấp phụ các chất màu .... 48 3.7. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ của vật liệu theo phương pháp động ............................................................................. 49 KẾT LUẬN................................................................................................................. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 55 PHỤ LỤC ................................................................................................................... 60 vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu STT Nội dung viết tắt 1 AbsHIn Độ hấp thụ quang của phenol đỏ 2 AbsMB Độ hấp thụ quang của xanh metylen 3 AbsMO Độ hấp thụ quang của metyl da cam 4 BET Đo diện tích bề mặt riêng: Brunaur – Emmetle - Teller 5 SEM Kính hiển vi điện tử quét: Scanning Electron Microscopy 6 UV-Vis Phổ tử ngoại khả kiến: Ultra Violet – Visble Lượng oxy hòa tan mà các quá trình sinh học phân hủy chất 7 BOD hữu cơ sử dụng: Biochemical Oxygen Demand 8 COD Nhu cầu oxi hóa học: Chemical Oxygen Demand 9 IR Phổ hồng ngoại: Infrared Spectroscopy 10 HIn Phenol đỏ 11 MB Metylen xanh 12 MO Metyl da cam 13 BTNMT Bộ tài nguyên môi trường 14 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 15 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 16 VLHP Vật liệu hấp phụ v
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Kết quả phân tích thành phần hóa học của quặng apatit Lào Cai ................ 9 Bảng 1.2. Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ................................................... 15 Bảng 3.1. Điể m đẳ ng điê ̣n của vật liệu ....................................................................... 30 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát bước sóng tối ưu của xanh metylen ................................ 31 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát bước sóng tối ưu của metyl da cam ................................ 32 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát bước sóng tối ưu của phenol đỏ...................................... 32 Bảng 3.5. Sự ảnh hưởng của pH đến phép xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ bằng phương pháp UV - Vis ...................................................................... 33 Bảng 3.6. Sự ảnh hưởng của thời gian đến phép xác định xanh metylen, metyl ....... 34 da cam và phenol đỏ bằng phương pháp UV - Vis ..................................................... 34 Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của chất lạ đối với xanh metylen............................... 35 Bảng 3.8. Khảo sát ảnh hưởng của chất lạ đối với metyl da cam ............................... 35 Bảng 3.9. Khảo sát ảnh hưởng của chất lạ đối với phenol đỏ .................................... 36 Bảng 3.10. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ ........................................................................................................ 37 Bảng 3.11. Tổng kết các điều kiện xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ bằng phép đo UV - Vis .......................................................................................... 39 Bảng 3.12. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ xanh metylen vào khối lượng vật liệu ...................................................................................................... 40 Bảng 3.13. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ metyl da cam vào khối lượng vật liệu ...................................................................................................... 40 Bảng 3.14. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ phenol đỏ vào khối lượng vật liệu .............................................................................................................. 41 Bảng 3.15. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ của xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ vào thời gian ................................................................... 42 Bảng 3.16. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ vào pH....................................................................................... 43 Bảng 3.17. Ảnh hưởng nồng độ đầu của dung dịch xanh metylen, metyl da cam và vi
phenol đỏ đến dung lượng hấp phụ............................................................................. 45 Bảng 3.18. Thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của các chất màu nghiên cứu.... 47 Bảng 3.19. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ các chất màu ............. 48 Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen ......... 50 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ metyl da cam.......... 51 Bảng 3.22. Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ phenol đỏ ...................... 52 vii
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen ............................................................ 6 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 metyl da cam ............................................................ 7 Hình 1.5. Công thức cấu tạo của phenol đỏ .................................................................. 8 Hình 1.6. Cân bằng phản ứng của phenol vàng và phenol đỏ ...................................... 8 Hình 1.7. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ......................................................... 17 Hình 1.8. Đồ thị sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf ........................................................... 17 Hình 1.9. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ....................................................... 18 Hình 1.10. Sự phụ thuộc lgq vào lgCcb ...................................................................... 18 Hình 3.1. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của q u ặ n g apatit tự nhiên ..................... 28 Hình 3.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của q u ặ n g apatit biến tính .................... 28 Hình 3.3. Phổ hồng ngoại IR của quặng apatit tự nhiên ............................................. 29 Hình 3.4. Phổ hồng ngoại IR của quặng apatit biến tính ............................................ 29 Hình 3.5. Điể m đẳ ng điê ̣n của vật liệu ....................................................................... 30 Hình 3.6. Đồ thị xác định bước sóng tối ưu của xanh metylen .................................. 31 Hình 3.7. Đồ thị xác định bước sóng tối ưu của metyl da cam .................................. 32 Hình 3.8. Đồ thị xác định bước sóng tối ưu của phenol đỏ ........................................ 33 Hình 3.9. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của các chất màu vào pH ......................... 33 Hình 3.10. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của các chất màu vào thời gian .............. 34 Hình 3.11. Ảnh hưởng của chất lạ đến độ hấp thụ quang của metylen xanh ............. 35 Hình 3.12. Ảnh hưởng của chất lạ đến độ hấp thụ quang của metyl da cam ............. 36 Hình 3.13. Ảnh hưởng của chất lạ đến độ hấp thụ quang của phenol đỏ ................... 37 Hình 3.14. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của xanh metylen ................. 38 Hình 3.15. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của metyl da cam ................. 38 Hình 3.16. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của phenol đỏ....................... 38 Hình 3.17. Đồ thị đường chuẩn của các chất màu nghiên cứu ................................... 39 Hình 3.18. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ xanh metylen vào khối lượng vật liệu... 40 vii
Hình 3.19. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ metyl da cam vào khối lượng vật liệu... 40 Hình 3.20. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ phenol đỏ vào khối lượng vật liệu ..... 41 Hình 3.21. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ vào thời gian............................................................................................... 42 Hình 3.22. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ vào pH....................................................................................... 43 Hình 3.23. Ảnh hưởng của các chất lạ đến dung lượng hấp phụ xanh metylen ......... 44 Hình 3.24. Ảnh hưởng của các chất lạ đến dung lượng hấp phụ metyl da cam ......... 45 Hình 3.25. Ảnh hưởng của các chất lạ đến dung lượng hấp phụ phenol đỏ ............... 45 Hình 3.26. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metylen xanh, metyl da cam và phenol đỏ ........................................................................................................ 47 Hình 3.27. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ..................................................................................................................... 47 Hình 3.28. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ các chất màu vào nhiệt độ ..................... 49 Hình 3.29. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen .......... 50 Hình 3.30. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ metyl da cam .......... 51 Hình 3.31. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ phenol đỏ ................ 52 viii
MỞ ĐẦU Dệt nhuộm ở nước ta là ngành công nghiệp có mạng lưới sản xuất với nhiều mặt hàng và chủng loại khác nhau. Chiến lược phát triển kinh tế cho ngành dệt nhuộm đến năm 2020 đạt kim ngạch xuất khẩu là 36 – 38 tỉ USD, tạo điều kiện lao động cho 3,3 triệu người. Tuy nhiên đây chỉ là điều kiện cần cho sự phát triển kinh tế. Để ngành công nghiệp dệt nhuộm thực sự phát triển thì chúng ta phải giải quyết vấn đề nước thải và khí thải một cách triệt để. Nước thải ngành dệt nhuộm gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường. Các chỉ tiêu như độ màu, pH, COD, BOD5, nhiệt độ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Ngoài ra, hàm lượng chất hoạt động bề mặt đôi khi khá cao (10 - 12 mg/L). 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 đối với các loài thủy sinh. Ngoài ra, nó còn gây ảnh hưởng đến đời sống dân cư trong khu vực lân cận. Việc tìm ra phương pháp nhằm loại bỏ các chất màu hữu cơ ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Trong số nhiều phương pháp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm thuốc nhuộm, phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao. Trong những năm gần đây việc tận dụng các khoáng liệu tự nhiên, phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp có sẵn, rẻ tiền để chế tạo các vật liệu hấp phụ các chất gây ô nhiễm nói chung, thuốc nhuộm nói riêng trong các nguồn nước đang được nhiều nhà khoa học quan tâm. Quặng apatit là một nguồn khoáng liệu phổ biến ở Việt Nam và có đặc tính hấp phụ. Xuất phát từ lí do đó chúng tôi chọn đề tài : "Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam, phenol đỏ của quặng apatit biến tính bằng sắt từ oxit" . Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau: 1. Xác định một số đặc trưng hóa lí của vật liệu (quặng apatit). 2. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu. 3. Nghiên cứu điều kiện tối ưu cho phép xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ bằng phương pháp UV – Vis. 1
4. Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn xác định xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ theo phương pháp UV – Vis. 5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ trong môi trường nước của quặng apatit biến tính theo phương pháp tĩnh. 6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ trong môi trường nước của quặng apatit biến tính theo phương pháp động. 2
NỘI DUNG Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất 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 [19]. Thuốc nhuộm là tên chung của hợp chất hữu cơ có màu, rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu bằng cách bắt màu hay gắn màu trực tiếp lên vải. Sau đây là một số nhóm thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam [4]. Thuốc nhuộm trực tiếp Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: các tơ xenlulozơ, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc môi trường kiềm. Tuy nhiên, khi nhuộm màu đậm thì thuốc nhuộm trực tiếp không còn hiệu suất bắt màu cao, hơn nữa trong thành phần có chứa gốc azo (- N = N -), đây là loại hợp chất hữu cơ độc hại nên hiện nay loại thuốc này không còn được khuyến khích sử dụng nhiều. Mặc dù vậy, do thuốc nhuộm trực tiếp dễ sử dụng và rẻ nên vẫn được đa số các cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống sử dụng để nhuộm các loại vải, sợi dễ bắt màu như tơ, lụa, cotton... Thuốc nhuộm axit Theo cấu tạo hoá học, thuốc nhuộm axit đều thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất của antraquinon, triarylmetan, xanten, azin và quinophtalic, một số có thể tạo phức với 3
ion kim loại. Các thuốc nhuộm loại này thường được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật tức là các nhóm xơ sợi có tính bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axit. Thuốc nhuộm hoạt tính 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 liên kết hoá trị với vật liệu nói chung và xơ dệt nói riêng trong quá trình nhuộm. Dạng công thức hoá học tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính là: S — R — T — X. Trong đó: S: là các nhóm – SO3Na; - COONa; - SO2CH3. R: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu sắc, những gốc mang màu này thường là monoazo và diazo, gốc thuốc nhuộm axit antraquinon, hoàn nguyên đa vòng … T: nhóm nguyên tử phản ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc nhuộm với xơ và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này, đóng vai trò quyết định tốc độ phản ứng nucleofin. X: nhóm nguyên tử phản ứng, trong quá trình nhuộm nó sẽ tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hoá học với xơ. Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao, khoảng 30%, có chứa gốc halogen hữu cơ (hợp chất AOX) nên làm tăng tính độc khi thải ra môi trường. Hơn nữa hợp chất này có khả năng tích luỹ sinh học, do đó gây nên tác động tiềm ẩn cho sức khoẻ con người và động vật. Thuốc nhuộm bazơ Thuốc nhuộm bazơ là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Thuốc nhuộm lưu huỳnh Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu chứa nguyên tử lưu huỳnh trong phân tử thuốc nhuộm ở các dạng - S - ; - S - S - ; - SO - ; - Sn-. Trong nhiều trường hợp, lưu huỳnh nằm trong các dị vòng như: tiazol, tiazin, tiantren và vòng azin. 4
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 phân tán Là những chất màu không tan trong nước, phân bố đều trong nước dạng dung dịch 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 azo không tan Thuốc nhuộm azo không tan còn có tên gọi khác như thuốc nhuộm lạnh, thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naptol, chúng là những hợp chất có chứa nhóm azo trong phân tử nhưng không có mặt các nhóm có tính tan như - SO3Na; -COONa nên không hoà tan trong nước. Thuốc nhuộm pigment Pigment là những hợp chất có màu, có đặc điểm chung là không tan trong nước do phân tử không chứa các nhóm có tính tan (- SO3H; - COOH) hoặc các nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước. Thuốc nhuộm này phải được gia công đặc biệt, để khi hoà tan trong nước nóng nó phân bố trong dung dịch như một thuốc nhuộm thực sự và bắt màu lên xơ sợi theo lực hấp phụ vật lý. 1.2. Giới thiệu chung về xanh metylen, metyl da cam và phenol đỏ 1.2.1. Xanh metylen Xanh metylen là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác như là tetramethylthionine chlorhydrate, methylthioninium chloride, glutylene, có CTPT là: C16H18N3SCl. 5
Công thức cấu tạo của xanh metylen như sau: Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen 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.3H2O) trong điều kiện tự nhiên, khối lượng phân tử của xanh metylen là 373,9 g/mol [2]. 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. Xanh metylen bị hấp thu rất mạnh bởi các loại đất khác nhau. Trong môi trường nước, xanh metylen bị 6
hấp thu vào vật chất lơ lửng, bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi ra ngoài môi trường nước ở bề mặt nước. Nếu thải xanh metylen vào không khí, nó sẽ tồn tại cả ở dạng hơi và bụi lơ lửng. 1.2.2. Metyl da cam Công thức phân tử: C14H14N3O3SNa Công thức cấu tạo: Hình 1.4. Công thức cấu tạo của metyl da cam Khối lượng phân tử : 327,34 g/mol. Tên quốc tế: Natri para – dimetylaminoazobenzensunfonat. Metyl da cam (MO) là một monoazo thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, dệt may và các ngành công nghiệp khác. Metyl da cam có thể gây các bệnh về mắt, đường hô hấp, đường tiêu hóa [4]. Metyl da cam hay còn gọi là heliantin, bột màu vàng da cam, tan trong nước, không tan trong etanol. Dung dịch trong nước dùng làm chỉ thị chuẩn độ axit - bazơ, có màu hồng trong môi trường axit, màu vàng da cam trong môi trường kiềm, khoảng pH chuyển màu: 3,0 - 4,4. Thuốc nhuộm metyl da cam thuộc loại thuốc nhuộm axít, là một chất bột tinh thể màu da cam, độc, không tan trong dung môi hữu cơ, khó tan trong nước nguội, nhưng dễ tan trong nước nóng, d = 1,28 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy trên 3000C. Nó là hợp chất màu azo do có chứa nhóm mang màu - N = N - có tính chất lưỡng tính với hằng số axit Ka = 4.10-4. Do có cấu tạo mạch cacbon khá phức tạp và cồng kềnh, liên kết - N = N - và vòng benzen khá bền vững nên metyl da cam rất khó bị phân huỷ. Trong môi trường kiềm và trung tính, metyl da cam có màu vàng là màu của anion. Trong môi trường axit, phân tử metyl da cam kết hợp với proton H+ chuyển thành cation màu đỏ được thể hiện trong cân bằng phân li sau : 7
Metyl da cam thường được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axit, ngoài ra cũng có thể nhuộm xơ sợi xenlulozơ với sự có mặt của urê. 1.2.3. Phenol đỏ Công thức phân tử: C19H14O5S. Công thức cấu tạo: Hình 1.5. Công thức cấu tạo của phenol đỏ Khối lượng mol: 354,38 g/mol. Điểm nóng chảy > 300 °C Độ tan của nó là 0,77 g/L trong nước (ở nhiệt độ 100°C) và 2,9 g/L trong etanol. Điều kiện lưu trữ: từ 5°C tới 30°C. Hình 1.6. Cân bằng phản ứng của phenol vàng và phenol đỏ Phenol đỏ tồn tại như một tinh thể màu đỏ, ổn định trong không khí. Nó là một axit yếu với pKa = 8,00 ở 20°C. 8