ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Huyền Thanh

NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ PHẨM MÀU
REACTIVE RED 261 BẰNG PHƢƠNG PHÁP
HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016
i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Huyền Thanh

NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ PHẨM MÀU
REACTIVE RED 261 BẰNG PHƢƠNG PHÁP
HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH
Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Đào Sỹ Đức
PGS. TS. Đỗ Quang Trung


Em xin cảm n c c ph ng th nghiệm trong Khoa Hóa học, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã tạo điều iện giúp đỡ em trong qu tr nh thực
hiện luận văn.
in ch n thành cảm n c c ạn học viên, sinh viên tham gia nghiên cứu tại
Bộ môn Công nghệ Hóa học đã giúp đỡ tôi trong qu tr nh t m tài liệu và làm thực
nghiệm.
.
Hà Nội, ngày 10 th ng 12 năm 2016
Học viên

Huyền T an

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠ SĨ
Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 bằn p ƣơn p áp ấp phụ
sử dụng than hoạt tính
Lê Huyền Thanh
Với tiêu đề “Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 bằng phương
pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính”, luận văn này tập trung vào khảo sát, nghiên
cứu, t m điều kiện tối ưu để hấp phụ phẩm màu Reactive Red 261 (RR261) bằng
than hoạt t nh đã qua s dụng nhằm đạt hiệu quả hấp phụ cao, tính toán các thông số
động học của quá trình hấp phụ. Các thông số động học là c sở quan trọng để
nghiên cứu, tính toán, thiết kế các thiết bị hấp phụ trong thực tế x l nước thải.
Luận văn được chia làm ba chư ng:
(i)

Chư ng 1: Tổng quan


DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... vi
BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vii
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1. Đôi nét về nước thải ngành ệt nhuộm ................................................................. 2
1.1.1. Nguồn ph t sinh .................................................................................................. 3
1.1.2. Đặc điểm ............................................................................................................. 4
1.2. C c loại phẩm nhuộm hay ùng ............................................................................ 4
1.2.1. Phẩm nhuộm ph n t n ........................................................................................ 4
1.2.2. Phẩm nhuộm cation ............................................................................................ 5
1.2.3. Phẩm nhuộm azo và c c sản phẩm trung gian ................................................... 6
1.3. Ảnh hưởng của nước thải ngành công nghiệp ệt nhuộm đến môi trường
sinh th i và đời sống con người .................................................................................... 8
1.4. C c phư ng ph p x l nước thải ngành ệt nhuộm ............................................. 9
1.4.1. Phư ng ph p hóa học ......................................................................................... 9
1.4.2. Phư ng ph p sinh học ...................................................................................... 14
1.4.3. Phư ng ph p eo tụ .......................................................................................... 18
1.4.4. Phư ng ph p hấp phụ trong x l nước thải ệt nhuộm .................................. 19
1.5. Một số nghiên cứu x l nước thải ệt nhuộm ằng phư ng ph p hấp phụ ....... 26
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM................................................................................. 299
2.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 29
2.2. Mục đ ch nghiên cứu ........................................................................................... 29
2.3. Hóa chất, ụng cụ, thiết ị ................................................................................... 29
2.3.1. Hóa chất ............................................................................................................ 30
2.3.2. Dụng cụ và thiết ị ........................................................................................... 30
2.4. Phư ng ph p ph n t ch s ụng trong qu tr nh nghiên cứu .............................. 31
2.4.1. Phư ng ph p ph n t ch trắc quang ................................................................... 31
2.4.2. Phư ng ph p ph n t ch định t nh...................................................................... 31


3.9.2. c định năng lượng hoạt hóa E ...................................................................... 55
3.9.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và ung lượng hấp phụ của than hoạt t nh............ 56
3.10. Đ nh gi hả năng t i sinh của than hoạt t nh................................................... 60
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 63
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ...................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 65
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 70

iv


DANH M ỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm ............ 3
Bảng 2.1.Một số đặc trưng cơ bản của phẩm nhuộm RR261 .................................... 29
Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu ...................................... 31
Bảng 3.1. Tương quan giữa nồng độ RR261 với độ hấp thụ quang........................... 41
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng than hoạt tính .................... 44
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................. 46
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phẩm ban đầu ........................ 48
Bảng 3.5. Các thông số được lựa chọn ...................................................................... 49
Bảng 3.6. Bảng giá trị tối ưu ...................................................................................... 51
Bảng 3.7. Hiệu suất xử lý RR261 theo thời gian ........................................................ 52
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát động học ......................................................................... 53
Bảng 3.9. Bảng giá trị động học ................................................................................ 55
Bảng 3.10. Kết quả xác định năng lượng hoạt hóa .................................................... 55
Bảng 3.11. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ................................. 57
Bảng 3.12. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ............................... 58
Bảng 3.13. Kết quả các hằng số động học dạng đẳng nhiệt ..................................... 58
Bảng 3.14. Kết quả giải hấp bằng nhiệt ..................................................................... 61




BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
K hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ABS

Absorbance

Độ hấp thụ quang

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

BET

Brunauner Emmett Teller

X c định iện t ch ề mặt riêng

COD

Chemical Oxygen Demand


Phổ t ngoại hả iến

vii


LỜI MỞ ĐẦU
Dệt may là một trong số những ngành công nghiệp mũi nhọn của Việt Nam.
Đ y là ngành có gi trị kim ngạch xuất khẩu cao. Theo thống kê năm 2015, với 273
tỷ USD kim ngạch xuất khẩu, dệt may Việt Nam tiếp tục duy trì t lệ đóng góp 15%
tổng kim ngạch xuất khẩu cả nước, s dụng trên 2,5 triệu lao động công nghiệp.
Việt Nam là nước có qui mô dệt may xuất khẩu đứng thứ tư trên thế giới sau Trung
Quốc, Ấn Độ và Bangladesh, cung ứng trên 4% tổng hàng hóa dệt may tiêu thụ trên
toàn thế giới. Thu nhập trung

nh năm của công nhân dệt may cả nước đã đạt trên

50 triệu VNĐ/người/năm (thu nhập cao gấp 8-10 lần nông dân trồng lúa trong điều
kiện được mùa), được tham gia bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế…
Đi đôi với sự tăng trưởng nhanh, ph t triển mạnh th một trong những vấn đề
của ngành ệt may hiện nay là lượng nước thải chưa qua x l hoặc chưa được x l
triệt để đang trở thành một trở ngại lớn. Lượng nước thải này đang trở thành một
trong những nguồn ô nhiễm ch nh. Công nghiệp ệt thải vào môi trường nhiều loại
hóa chất, trong đó đ ng quan t m là c c loại phẩm nhuộm, đặc iệt là c c loại phẩm
màu azo và c c sản phẩm ph n hủy từ chúng, đ y đều là những hợp chất độc,
thường có ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường, sinh th i và sức hỏe con người.
Việc nghiên cứu x l , loại ỏ c c loại phẩm màu hữu c nói chung, phẩm màu azo
nói riêng ra hỏi c c nguồn thải ệt nhuộm có

nghĩa cực ỳ quan trọng, hông ch

trực tiếp và gián tiếp đến sinh hoạt của người sản xuất.
- Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải từ c c c sở dệt nhuộm là sự dao
động rất lớn cả về lưu lượng và tải lượng các chất ô nhiễm, thay đổi theo mùa, theo
mặt hàng sản xuất và chất lượng sản phẩm. Bảng 1.1 thể hiện thành phần và đặc
tính của nước thải dệt nhuộm qua một số công đoạn [1].
Với những đặc điểm và t nh chất trên, nước thải ệt nhuộm hông ch làm ô
nhiễm nước mặt ở những ao, hồ, sông, nước ngầm trong hu vực mà c n có thể
làm gia tăng

ng chảy mặt của nguồn nước tiếp nhận .

2


TỔNG QUAN

Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm
qua các công đoạn
STT

Công đoạn

Chất ô nhiễm trong nước thải
Tinh ột, glucoz , cac onyl
metyl, xenluloz , poli

1

2


chiếm 5% tổng BOD

Làm bóng

NaOH, tạp chất
C c loại phẩm nhuộm, CH3COOH

5

Đặc t nh của nước thải

Nhuộm

In

Hoàn thiện

(axit axetic) và c c muối im loại

Độ iềm cao, BOD
thấp (
chủ yếu từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy.
- Nước thải chứa hỗn hợp phức tạp các chất ư thừa (phẩm nhuộm, chất hoạt
động bề mặt, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất oxi hóa) ưới dạng các ion,
các kim loại nặng, các tạp chất tách ra từ x sợi.
- Nước thải tẩy giặt có pH ao động từ 9 – 12, hàm lượng chất hữu c cao
(COD có thể lên tới 1000 – 3000 mg/L). Độ màu của nước thải khá lớn ở những
giai đoạn tẩy an đầu, có thể lên tới 10000 Pt – Co, hàm lượng cặn l l ng đạt giá
trị 2000 mg/L.
- Nước thải nhuộm thường đa ạng và không ổn định. Hiệu quả hấp phụ
thuốc nhuộm của vải ch đạt 60 – 70%, phần phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên
thủy hoặc bị phân hủy ở một dạng khác nên nước có độ màu rất cao, COD thay đổi
trong khoảng 80 - 18000 mg/L. Các phẩm nhuộm hoàn nguyên, hoạt t nh thường
thải trực tiếp vào môi trường, lượng phẩm nhuộm ư thừa lớn dẫn đến gia tăng
chất hữu c và độ màu.
- Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc rất lớn vào loại và
lượng hóa chất s dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in
hoa…), vào t lệ s dụng sợi tổng hợp, vào loại hình công nghệ sản xuất (gián
đoạn, liên tục hay bán liên tục), vào đặc tính máy móc, thiết bị s dụng…
1.2. ác loạ p ẩm n uộm ay dùn
1.2.1. P ẩm n uộm p ân tán
Phẩm nhuộm ph n t n có thể nhuộm tất cả c c x sợi tổng hợp và xenlulo

4


TỔNG QUAN

axetat ằng phư ng ph p nhuộm trực tiếp. Giữa c c loại sợi h c nhau ch cần
thay đổi nhiệt độ nhuộm, v vậy, phẩm nhuộm ph n t n là một trong những nhóm
phẩm nhuộm ch nh. Ngày nay, phẩm nhuộm ph n t n được ùng chủ yếu để

ụng chủ yếu để nhuộm x sợi acrylic anion và x sợi mođacrylic. C c nhóm

cation ở phẩm nhuộm phản ứng với c c nhóm sunfonat và sunfat ở cuối polime.
C c phẩm nhuộm cation thuộc c c lớp hóa học h đa ạng. Nhiều phẩm
nhuộm az

cũ là đi và triphenyl metan

5

ị v ng, azin

ị v ng, oxazin hoặc


TỔNG QUAN

polimetin hay c c hợp chất amino azo.
1.2.3. P ẩm n uộm azo và các sản p ẩm trun gian
Việc hiểu ản chất hóa học của phẩm nhuộm azo là c sở để đề xuất và đưa
ra c c iện ph p ph n hủy và loại ỏ chúng. C c ết quả nghiên cứu cho thấy rằng
phẩm nhuộm azo có thể được ph n hủy ằng c c phư ng ph p hóa học, vật l và
sinh học. Phư ng ph p hóa học có nhược điểm là giá thành cao và phạm vi ứng
ụng hạn chế. Phư ng ph p vật l thường sinh ra lượng chất thải rắn lớn, hó x
l . Phư ng ph p sinh học đã được chứng minh là có hiệu quả x l tốt, nếu được
thiết ế hợp l sẽ có gi thành vận hành tốt. Sự ết hợp của cả a phư ng ph p trên
cũng mang lại hiệu quả cao.
Phẩm nhuộm azo có chứa t nhất một liên ết đôi nit – nit (-N=N-), tuy
nhiên cấu trúc của chúng rất đa ạng. Monoazo ch chứa một liên ết đôi N=N,
điazo và triazo lần lượt chứa 2, 3 liên ết N=N. Nhóm azo thường liên ết với v ng


hoạt t nh có thể liên ết tốt với sợi o chúng có c c nhóm chức có hả năng tạo
liên ết cộng hóa trị với c c nhóm chức của sợi, tuy nhiên, do tính tan tốt nên
chúng cũng ị tổn thất khi giặt sợi. Phẩm nhuộm azo hoạt t nh thường có thành
phần và cấu trúc ch nh như sau:

Trong đó:
S: nhóm tạo hả năng h a tan của thuốc
nhuộm C: nhóm mang màu (chromogen)
B: gốc mang nhóm phản ứng
R: nhóm phản ứng
L: nhóm liên ết với c c nhóm chức của sợi
Nhóm ắc cầu có nhiệm vụ ết nối nhóm hoạt t nh với màu. Nhóm ắc
cầu phải ền, tan trong nước và có độ linh động nhất định. C c nhóm amin và
an ylamin thường được s

ụng vào mục đ ch này. Nhóm hoạt t nh liên ết với

sợi ằng phản ứng thế hoặc phản ứng cộng. Mono, đi, hay triclorotriazinyl là
những ví ụ về nhóm hoạt t nh. C c hợp chất màu azo mới liên tục được tổng
hợp vì vậy vấn đề x l phẩm nhuộm azo hoạt t nh trong nước thải ngày càng
trở nên phức tạp.
Độc tính của phẩm nhuộm azo
Từ thế ỷ trước, người ta đã ph t hiện ra hiện tượng gia tăng số người
mắc ệnh ung thư àng quang trong số c c công nh n xưởng nhuộm. Từ đó đến
nay đã có rất nhiều công tr nh nghiên cứu về độc t nh của phẩm nhuộm azo.
Nguyên nh n là o c c sản phẩm ph n hủy trung gian của phẩm nhuộm azo.
Phẩm nhuộm azo có thể ị ph n hủy thành c c amin, và thường là c c amin có
chứa v ng enzen hay naphtalen. Đ y là c c hợp chất có hả năng g y ung thư.
Bản th n c c phẩm nhuộm azo hông độc nhưng c c sản phẩm ph n hủy của


ệp dệt n uộm đến mô trƣờn

s n t á và đờ sốn con n ƣờ
Thành phần của nước thải ệt nhuộm h phức tạp ao gồm nhiều loại hóa
chất, đặc iệt là c c loại phẩm màu đều ền trong môi trường, hó ph n hủy sinh
học, làm giảm hả năng truyền nh s ng vào nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến
c c loài sinh vật thủy sinh [8].
Như đã tr nh ày ở trên, trong qu tr nh ệt nhuộm, ch xấp x 60-70%
lượng phẩm nhuộm s

ụng được hấp phụ lên vải, phần c n lại được đưa vào c c

nguồn nước thải, điều này làm cho nước thải ệt nhuộm trở nên tối màu, và ch nh
điều này g y ra những ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường, sinh th i, và đời sống
của nhiều loại thủy sinh trong nước o qu tr nh quang hợp ị ngăn cản, hàm
lượng oxy h a tan trong nước giảm mạnh. Một l

o h c làm giảm lượng oxy

h a tan trong nước là o sự có mặt của hàm lượng lớn c c chất hữu c trong nước
thải (COD của nước thải cao). Bên cạnh đó, c c thành phần độc hại trong nước
thải ệt nhuộm có hả năng t ch tụ trong c thể sinh vật và g y ệnh. C c công ố

8


TỔNG QUAN

hoa học đã cho thấy nhiều loại phẩm màu s

Ozon: Ozon là một t c nh n oxy ho rất mạnh, mỗi hi tan vào nước ozon

9


TỔNG QUAN

có thể phản ứng với hầu hết c c chất hữu c có mặt trong đó. Ozon là t c nh n
h trùng mạnh, có hả năng oxi hóa để loại ỏ màu và mùi hó chịu, loại ỏ c c
chất hữu c tổng hợp và trợ giúp qu tr nh eo tụ. Ozon làm tăng hả năng ph n
hủy sinh học của nước thải ệt nhuộm ằng c ch chuyển hóa c c hợp chất hữu c
hó ph n hủy sinh học thành c c hợp chất đ n giản h n. Kết quả nghiên cứu cho
thấy ozon có thể h màu của hầu hết c c loại phẩm nhuộm, trừ phẩm nhuộm
ph n t n hó tan trong nước [10]. Hiệu suất loại ỏ màu đạt 99% nếu ozon ho
trong thời gian 40-60 phút [11]. Hiệu quả x l màu phụ thuộc vào COD của
nước thải ệt nhuộm, hi COD an đầu là 169 và 203 mg/L th tư ng ứng có
hoảng 99% và 95% màu được loại ỏ. Hiệu quả x l màu cũng tăng cùng với
sự tăng của nhiệt độ từ 25-50 C, hi COD an đầu là 160 và 203 mg/L thì hiệu
quả x l tư ng ứng đạt 67% và 39%. Môi trường iềm, nhiệt độ cao là điều iện
thuận lợi cho qu tr nh loại ỏ c c chất hữu c

ằng ozon [10].

Ozon/UV: Với nhiều đối tượng nước thải, trong đó có nước thải ệt nhuộm,
sự oxy ho

ằng ozon nhiều hi hông thể oxy ho hoàn toàn c c hợp chất hữu c

có mặt trong đó. Nhiều sản phẩm trung gian thậm ch c n có độc t nh như c c chất
hữu c

cũng sẽ t đi, phản ứng iễn ra chậm, ém hiệu quả. Phản ứng

y chuyền của gốc

tự o cần thời gian để c c hợp chất ph n hủy triệt để, ở môi trường axit, sự ết hợp
của H2O2 /UV trong 2 giờ x l được 99% màu [30]. Hiệu suất x l của phư ng
ph p này phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ an đầu của phẩm nhuộm và nồng độ
chất rắn l l ng. C c hợp chất l l ng trong nước có hả năng hấp thụ tia UV, o
đó làm giảm hiệu suất ph n hủy hiđropeoxit thành gốc hiđroxyl. Nồng độ thuốc
nhuộm an đầu càng cao th nồng độ gốc sinh ra càng thấp.
O3/H2O2: Việc thêm cả H2O2 và O3 vào nước thải thúc đẩy việc ph n huỷ
ozon và tạo thành c c gốc tự o hiđroxyl. Tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào môi
trường, trong môi trường iềm yếu, ozon được ph n huỷ mạnh ởi H2O2. Ở pH h i
iềm th hiệu quả x l cao h n so với môi trường axit. Khi pH tăng, một lượng nhỏ
của H2O2 sẽ ị ph n ly thành HO2-, ion này ph n huỷ ozon mạnh h n OH-. Và như
vậy, sự ph n huỷ ozon sẽ tăng lên cùng với sự tăng của gi trị pH, pH > 10 là môi
trường phù hợp cho phư ng ph p này [10]. Qu tr nh ức chế sự ph t triển của vi
sinh vật ởi c c t c nh n H2O2/O3 phụ thuộc vào tỷ lệ hối lượng H2O2 và O3. Tuỳ
thuộc vào chủng loại phẩm nhuộm, tỷ lệ này ao động trong hoảng 0,3 - 0,6. Khi
ết hợp s

ụng 2 cm3 H2O2 và 100-200 mg/dm3 O3 th có hoảng 20% c c vi sinh

vật sẽ ị ức chế sự ph t triển [10].
O3/H2O2 /UV: Thêm H2O2 vào O3/UV sẽ thúc đẩy sự ph n huỷ ozon, làm
tăng số lượng c c gốc tự o hiđroxyl được sinh ra. Sự ết hợp của a t c nh n O 3/
H2O2/UV có hả năng x l màu của hầu hết c c loại nước thải ệt nhuộm. Khi ết
hợp s

ụng qu tr nh ozon ho và H2O2/UV th có hoảng 18-27% COD được x