
 

 

-

Chuyên ngành: Hóa h
Mã ngành: 60.44.27  PGS.TS
, 2013 

1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm [9] 5
1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm [14] 5
1.1.3. Xanh metylen [37] 8
1.1.4. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 10
1.2.  11
1.2.1. Các khái niệm [1], [7], [8] 12
1.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước 14
1.2.3. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 15
1.3. QUÁ TRÌNH FENTON [4], [13] 20
1.3.1. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO

và động học các phản ứng
Fenton 21
1.3.2. Quá trình quang Fenton (Fenton/UV)[19], [27] 24
1.3.3. Quá trình Fenton sử dụng hệ Fe(III)-Oxalat/H
2
O
2
/ánh sáng mặt trời
[27][29][35][38] 25
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ Fenton Fe(III)-Oxalat/H
2
O/ánh sáng
mặt trời [12], [32 ][34] 27 1.3.5. Ưu điểm của phương pháp Fenton 28
1.3.6. Ứng dụng phương pháp Fenton 28
 30
1.4.1. Tổng quan về Bauxite 30

 46

 46
3.2.1. Ảnh SEM 46
3.2.2. Phổ hồng ngoại IR 48
3.2.3. Thành phần hóa học của bùn đỏ 49
ANH METYLEN
 49
3.3.1. Khảo sát quá trình hoạt hóa bùn đỏ bằng axit nitric 49
3.3.2. Khảo sát quá trình hấp phụ xanh metylen bằng bùn đỏ hoạt hóa 54
3.3.3. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của bùn đỏ chưa hoạt hóa và
bùn đỏ hoạt hóa 58
 64
3.4.1. Xây dựng đường chuẩn sắt (III) oxalat 64
3.4.2. Khảo sát các quy trình chiết phức sắt oxalate từ bùn đỏ 65
-OXALAT/H
2
O
2
/ÁNH
- 
 71
3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng pH đến quá trình phân hủy xanh metylen 71
3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ phức sắt oxalat đến quá trình phân
hủy xanh metylen 73
3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H
2
O
2
đến quá trình phân hủy xanh

Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến quá trình hấp
phụ
52
Bảng 3.5
Ảnh hưởng khối lượng bùn đỏ tới quá trình hấp phụ
54
Bảng 3.6
Ảnh hưởng thời gian hấp phụ tới quá trình hấp phụ
56
Bảng 3.7
Ảnh hưởng nồng độ xanh metylen đến hiệu suất và
dung lượng hấp phụ của bùn đỏ ban đầu
58
Bảng 3.8
Ảnh hưởng nồng độ xanh metylen đến hiệu suất và
dung lượng hấp phụ của bùn đỏ hoạt hóa
59
Bảng 3.9
Các thông số của phương trình hấp phụ Langmuir của
bùn đỏ chưa hoạt hóa và bùn đỏ hoạt hóa
63
Bảng 3.10
Các thông số của phương trình hấp phụ Freundlich của
bùn đỏ chưa hoạt hóa và bùn đỏ hoạt hóa
63
Bảng 3.11
Dung lượng hấp phụ cực đại của bùn đỏ, xơ dừa,
Polyvinyl ancol, ZnAPSO-34 theo phương trình đẳng
nhiệt Langmuir [17], [30]
64

Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu
72
Bảng 3.20
Ảnh hưởng của nồng độ phức sắt oxalat đến giá trị mật
độ quang
73
Bảng 3.21
Khảo sát ảnh hưởng nồng độ sắt trong phức sắt oxalat
đến hiệu suất
74
Bảng 3.21
Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
đến giá trị mật độ quang
75
Bảng 3.22
Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
đến hiệu suất phân hủy
màu
75
50
Hình 3.7
Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng nồng độ axit đến hiệu
suất hấp phụ
51
Hình 3.8
Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng thời gian hoạt hóa đến
mật độ quang
53
Hình 3.9
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian hoạt hóa đến
hiệu suất hấp phụ
53
Hình 3.10.
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng bùn đỏ đến
giá mật độ quang
55
Hình 3.11.
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng bùn đỏ đến
hiệu suất hấp phụ
56
Hình 3.12.
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến
mật độ quang
57
Hình 3.13
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu
suất hấp phụ
57


Đường đẳng nhiệt hấp phụ của bùn đỏ hoạt hóa đối
với xanh metylen
61
Hình 3.21
Sự phụ thuộc của C
cb
/q vào C
cb
đối với xanh metylen
của bùn đỏ hoạt hóa theo phương trình đẳng nhiệt
Langmuir
62
Hình 3.22
Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Freundlich
đối với xanh metylen của bùn đỏ hoạt hóa
62
Hình 3.23
Đường chuẩn sắt (III) oxalat
65
Hình 3.24
Ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết
sắt (III) oxalat
66
Hình 3.25
Ảnh hưởng của thời gian đun đến hiệu suất quá trình
chiết sắt (III) oxalat
67

76
Hình 3.33
200ml xanh metylen 100ppm
77
Hình 3.34
Xanh metylen sau khi xử lý bằng Fenton vớihệ
Fe(III)oxalat/H
2
O
2
/ánh sáng mặt trời
77

1 
1.Lý 
Ngày nay với sự phát triển của thế giới về mọi mặt, đặc biệt trong lĩnh
vực công nghiệp đã tạo ra ngày càng nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày
càng cao của con người. Bên cạnh những thành tựu to lớn đó con người đã
dần dần hủy hoại môi trường sống của mình do các chất thải ra từ các công
đoạn sản xuất mà không qua xử lý hoặc xử lý không triệt để. Vì vậy, việc
nâng cao ý thức của con người, xiết chặt công tác quản lý môi trường và tìm
ra phương pháp là có ý nghĩa hết sức to lớn.
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như:
dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm, y tế Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là

ô nhiễm trong nước thải, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường [5]. Như vậy
vừa có thể tận dụng sản phẩm thải của công nghệ Bayer vừa có thể tạo ra vật
liệu xử lý ô nhiễm môi trường nước. Mặt khác, trong thành phần của bùn đỏ
chứa một lượng sắt nhất định, dựa vào điều này có thể nghiên cứu chiết sắt
bằng axit oxalic tồn tại dưới dạng phức sắt(III)oxalat và được sử dụng cho
quá trình Fenton hệ Fe(III)Oxalat/H
2
O
2
/ánh sáng mặt trời để xử lý ô nhiễm
môi trường, tiết kiệm được hóa chất, tận dụng năng lượng mặt trời, giá thành
rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Đặc biệt chưa có một công trình nghiên cứu nào đề cập đến việc sử dụng
bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ và chiết sắt từ bùn đỏ sử dụng cho quá trình
Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H
2
O
2
/ánh sáng mặt trời để xử lý thuốc nhuộm. Xuất
phát từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài: “
 

3


- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp
phụ của bùn đỏ thải ra từ nhà máy alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng đã được
hoạt hóa và chưa hoạt hóa đối với thuốc nhuộm xanh methylen trong môi
trường nước
- Nghiên cứu quá trình phân hủy thuốc nhuộm với tác nhân Fe

+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và Fenton với
các thông số như thời gian, khối lượng, nồng độ axit, pH, nồng độ phức sắt,
nồng độ H
2
O
2
.

4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài.
4

- Nghiên cứu tính chất và tác hại của thuốc nhuộm và nước thải có chứa
thuốc nhuộm.
- Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu
phù hợp.
- Các phương pháp oxy hóa nâng cao xử lý thuốc nhuộm.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Khảo sát các thông số của thuốc nhuộm xanh methylen bằng cách đo
mật độ quang bằng phương pháp quang phổ UV-VIS.
- Phương pháp hóa lý hấp phụ, khảo sát quá trình hấp phụ thuốc nhuộm
bằng bùn đỏ và quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H
2
O
2
/ánh sáng mặt trời.
- Dùng phương pháp thống kê xử lý số liệu để xử lý số liệu kết quả thu
được, tính dung lượng hấp phụ cực đại, phân tích số liệu thực nghiệm hấp phụ
theo mô hình Langmuir và Freundlich.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và Fenton như

1.1. TNG QUAN V THUC NHUM TRONG CÔNG NGH DT
NHUM
1.1.1. Khái quát v thuc nhum [9]
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. Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên
nhiên hoặc 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 chứa các nối
đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định như: > C = C <, > C = N -, - N =
N -, - NO
2
…. Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -
NH
2
, -COOH, -SO
2
H, -OH… đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang
màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử.
1.1.2. 4]
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc,
phạm vi sử dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc
nhuộm được phân chia thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân
loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
a. Phân loại theo cấu trúc hóa học
Theo cách phân loại này thuốc nhuộm được phân thành 20-30 họ thuốc
nhuộm khác nhau. Các họ chính là:
6


b. Phân loại theo đặc tính áp dụng
*Thuốc nhuộm hoàn nguyên
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan: là hợp chất màu hữu cơ không
tan trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát:
R=C=O.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất
layco axit của thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO
3
Na. Nó dễ bị
thủy phân trong môi trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu.
Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon.
*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 giai 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 xenllulo và dạng tổng quát: Ar-SO
3
Na. Khi hòa tan trong
nước, nó phân ly cho 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 đến 92% thuộc lớp azo.
8

* Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nước
do không chứa các nhóm cho tính tan như: SO
3
Na, - COONa . Thuốc nhuộm
phân tán hầu hết là các hợp chất màu azo và antraquinon.
* Thuốc nhuộm bazơ – cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ tan trong nước

18
N
3
SCl (M = 319.85g/mol). 9


Công thức phân tử
C
16
H
18
ClN
3
S
Công thức cấu tạo

Phân tử gam
319,85 g/mol
Độ tan trong nước ở 20
oC

300 g/l
Trạng thái
Rắn dạng bột, màu xanh
b. Lịch sử nghiên cứu
Năm 1925, Mansfield Clark đã nổi tiếng khi giới thiệu tổng quan về sự
ứng dụng của xanh methylen vào công trình kỹ thuật, hóa công nghiệp, sinh

methylen cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do Met-
hemoglobin quá nhiều trong máu. Xanh methylen khó phân hủy khi thải ra
môi trường làm mất vẻ đẹp mỹ quan của môi trường, ảnh hưởng đến sản xuất
và sinh hoạt của con người. Màu xanh methylen có thể gây bỏng mắt gây tổn
thương vĩnh viễn cho đôi mắt của động vật con người cũng như thủy sản. Nó
cũng có thể gây ra kích ứng đường tiêu hóa với các triệu chứng buồn nôn, và
tiêu chảy. Màu xanh methylen cũng gây kích ứng da khi tiếp xúc với nó.
1.1.4. Tác hi ca ô nhim nc thi dt nhum do thuc nhum
Thuốc nhuộm đã có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiềutrong dệt
may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngànhcông nghiệp
thực phẩm bởi sử dụng dễ dàng, giáthành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu
sắc tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụngrộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm
của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nướcảnh hưởng tới con người và môi trường
[26],[32].
Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc các hóa chất, chất trợ, thuốc
nhuộm và công nghệ sử dụng. Đối với nước thải dệt nhuộm thì nguồn ô
nhiễm do chất trợ và hóa chất dệt nhuộm có thể được giải quyết bằng các
phương pháp truyền thống, trong khi đó, ô nhiễm do thuốc nhuộm trở thành
vấn đề chủ yếu đối với nước thải dệt nhuộm. Thuốc nhuộm sử dụng hiện nay
là các thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ. Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường
lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dư thừa: phẩm nhuộm, chất hoạt
động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại nặng Tổn thất thuốc nhuộm đưa
11

vào nước trung bình 10% với màu đậm, 2% với màu trung bình, nhỏ hơn 2%
với màu nhạt. Trong in hoa tổn thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều [9].
Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởng nhuộm ở nồng độ
10÷50mg/L [7].
Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không
độc đối với con người, các kiểm tra về tính kích thích da, mắt cho thấy đa số

rắn, khí – lỏng, khí – rắn. Trong đó:
- Chất hấp phụ (adsorbate): là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng
hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó.
- Chất bị hấp phụ (adsorbent): là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập
trung trên bề mặt chất hấp phụ.
- Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ
Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả
hấp phụ. Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà
người ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
* 
- Cacbon hoạt tính: được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải chứa
thuốc nhuộm, đặc biệt là để hấp phụ thuốc nhuộm ở giai đoạn xử lý triệt để
sau keo tụ. Nó không được dùng đơn lẻ do giá thành cao và hiệu suất thấp
trong loại bỏ các phân tử màu lớn và đòi hỏi thời gian tiếp xúc. Khi hấp phụ
bão hòa, than hoạt tính được tái sinh, lượng tổn thất cỡ 10 ÷ 15%.
- Các chất hấp phụ vô cơ khác: đất sét, than bùn, silic oxit, khoáng…
cũng được dùng làm chất hấp phụ thuốc nhuộm khá hiệu quả với giá thành rẻ
hơn than hoạt tính.
13

- Sinh khối: được sử dụng để khử màu nước thải dệt nhuộm bằng cơ chế
hấp phụ và trao đổi ion. Tuy nhiên nếu không được xử lý hóa học thì khả
năng hấp phụ thuốc nhuộm anion của sinh khối rất thấp.
Sự hấp phụ xảy ra khi có tương tác vật lí, hoá học của chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Khi chúng có bản chất hoá lý giống nhau sẽ hấp phụ thuận
lợi hơn.
Hấp phụ có thể biểu diễn dưới dạng một cân bằng:
Chất bị hấp phụ + bề mặt ↔ chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt
Phương pháp này có nhược điểm là chuyển chất màu từ pha này sang

bằng
1.2.2. Hp ph c
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức
tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước,
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ
xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề
mặt chất hấp phụ. Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó.
Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị
hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị
nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước. So với hấp phụ trong
pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có tốc độ chậm hơn nhiều.
Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước và với bề mặt chất
hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan chậm. Sự hấp
phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường. Sự
thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các
chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị
15

pH khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất
hấp phụ [1], [7], [8].
* c tính ca cht hc: Trong môi trường
nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khảnăng hấp phụ trên vật liệu hấp
phụ đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu cơ có
độ tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự
đoán khả năng hấp phụ chúng trên vật liệu hấp phụ.Phần lớn các chất hữu cơ
tồn tại trong nước dạng phân tử trung hoà, ítbị phân cực. Do đó quá trình hấp
phụ trên vật liệu hấp phụ đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật
lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên vật liệu hấp phụ phụ thuộc vào: pH
của dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ…[9].
