ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THÙY LINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN
XANH, METYL DA CAM CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ ĐÀI
SEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thái Nguyên - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THÙY LINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN
XANH, METYL DA CAM CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ ĐÀI
SEN

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Thị Hậu

nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và
những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 04 năm
2017
Tác giả

Nguyễn Thùy Linh

ii


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ

LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH.............................................................................................vi
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
Chương
1
TỔNG
...............................................................................................3

QUAN

1.4.1. Phương pháp trắc quang ....................................................................................17
1.4.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang ..................................19
1.5. Giới thiệu về cây sen, đài sen ở Việt Nam ..........................................................19
1.6. Một số hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ của metylen xanh và metyl da
cam
và
sử
dụng
cây
.............................................................................21
iii

sen

làm

VLHP


1.6.1. Một số hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ của metylen xanh và metyl
da
..........................................................................................................................21

iii

cam


1.6.2. Một số hướng nghiên cứu sử dụng cây sen làm VLHP .....................................23
1.7. Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu .............................................24


iv


2.7. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh,
metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ động .........................................31
2.7.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh
của VLHP theo phương pháp hấp phụ động................................................................31
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................33
3.1. Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh,
metyl da cam ................................................................................................................33
3.1.1. Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh ..........33
3.1.2. Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl da cam ..........34
3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh, metyl da
cam ...............................................................................................................................35
3.2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metylen xanh ...............35
3.2.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl da cam ............................35
3.3. Kết quả một số đặc trưng của VLHP ....................................................................36
3.3.1. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM).........................................................................36
3.3.2. Diện tích bề mặt riêng
.........................................................................................36
3.3.3. Phổ hồng ngoại (IR)...........................................................................................37
3.3.4. Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP ..........................40
3.3.5. Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được ...............................40
3.4. Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen
xanh, metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh .................................42
3.4.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ..................................................................42
3.4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng VLHP/thể tích dung dịch (nồng độ đầu
xác định) ......................................................................................................................44
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP ...............47

Brunauer-Emmet-Teller

2

SEM

Hiển vi điện tử quét

3

VLHP

Vật liệu hấp phụ

4

IR

Phổ hồng ngoại: Infrared Spectroscopy

5

MB

Metylen xanh

6

Abs


Bảng 3.12: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir ..................................54
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh ...........55
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam ...........57

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen .............................................................7
+
Hình 1.2. Công thức cấu tạo cation MB ......................................................................8
Hình 1.3. Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen ...............................................8
Hình 1.4. Mô hình cột hấp phụ ....................................................................................11
Hình 1.5. Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp
phụ theo thời gian ........................................................................................................12
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metylen xanh
vào bước sóng..............................................................................................................33
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metyl da cam
vào bước sóng..............................................................................................................34
Hình 3.3. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh ..................................35
Hình 3.4. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam ..................................36
Hình 3.5. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của nguyên liệu ........................................36
Hình 3.6. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của VLHP ................................................36
Hình 3.7. Phổ hồng ngoại (IR) của nguyên liệu ..........................................................38
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại (IR) của VLHP...................................................................39
Hình 3.9. Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP ....................40
Hình 3.10. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP ...............................................41
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh
của VLHP vào pH .......................................................................................................43

Môi trường là nhân tố có ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của
mỗi con người, mỗi quốc gia trên thế giới, chính vì vậy bảo vệ môi trường và đảm
bảo phát triển bền vững là vấn đề có tính sống còn của mỗi quốc gia. Trong những
năm gần đây cùng với sự phát triển của nền công nghiệp, các nhà máy khu chế xuất
ngày càng tăng. Mỗi năm những nhà máy, khu chế xuất này thải ra một lượng nước
thải lớn gây ô nhiễm môi trường. Nước ta là nước có ngành công nghiệp dệt nhuộm
phát triển vì vậy hàng năm nước thải của ngành công nhiệp này chiếm một lượng
đáng kể. Lượng nước thải này chứa nhiều chất hữu cơ mang màu độc hại nếu không
được xử lý, loại bỏ sẽ xâm nhập vào cơ thể tích tụ gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe
con người, phá hủy cảnh quan môi trường tự nhiên.
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ các chất hữu cơ
mang màu ra khỏi môi trường nước như: thẩm thấu ngược, lọc nano, kết tủa hoặc hấp
phụ,... Trong đó hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm như vật
liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, chi phí thấp, thân
thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm. Chính vì vậy
đây là vấn đề đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu. Trong lĩnh
vực xử lý môi trường, ta có thể sử dụng vật liệu tự nhiên (đá ong, quặng sắt, đất
bazan…) hay vật liệu chế tạo từ xơ dừa, vỏ trấu, bã mía, bã chè… những loại vật liệu
này đều có giá thành rẻ, thân thiện với môi trường và dễ kiếm tìm trong đời sống.
Cây sen là loài cây quen thuộc được trồng phổ biến ở các ao hồ và rất có ý
nghĩa đối với người dân Việt Nam. Không chỉ vậy các bộ phận của cây sen từ hạt, lá
cho đến củ đều có lợi ích kinh tế cao như: nhụy sen dùng để ướp trà, lá sen để chữa
bệnh, hạt sen dùng làm thực phẩm… Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam sau khi thu
hoạch hạt sen thì đài sen bị thải bỏ, không được sử dụng vào mục đích nào. Đài sen
có đặc tính nhẹ và xốp có khả năng biến tính thành vật liệu hấp phụ tốt.
Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp
phụ metylen xanh, metyl da cam của vật liệu hấp phụ chế tạo từ đài sen”
Trong đề tài chúng tôi lần lượt tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ đài sen.


Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ electron π
không cố định như: > C = C <, > C = N -, - N = N -, - NO2, …
Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận electron như: - NH2, - COOH,
- SO3H, - OH, … đóng vai trò tăng cường của nhóm mang màu bằng cách dịch
chuyển năng lượng của hệ electron [20].
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sử
dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng được phân loại thành các họ,
các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
Phân loại theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon,
thuốc nhuộm inđizo, thuốc nhuộm phenazin, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm
phtaloxiamin.
Phân loại theo đặc tính áp dụng: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu
hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc
nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [20].
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ hơn
về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của đề tài.

3


Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (- N = N -) phân tử thuốc
nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (điazo, triazo, polyazo).
Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát
Ar─SO3Na. Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và
bắt màu vào sợi. Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo.
Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, bông cầm
màu bằng tananh. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ chúng
dễ tan trong nước cho cation mang màu. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp
hoá học được phân bố: azo (43%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antraquinon
(5%) và các loại khác.



hết vào sợi vải, số phẩm nhuộm này sẽ đi theo đường nước thải ra ngoài. Vì vậy, việc
xử lý nước thải dệt nhuộm là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu.
1.1.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may được trình bày
trong bảng 1.1 [18].
Bảng 1.1: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may
Giới hạn theo TCVN 2008
TT

Thông số

Đơn vị
A

B

1

Độ màu

Pt - Co

50

150

2


- Cột A quy định giá trị giới hạn của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị giới hạn của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Như vậy, nước thải công nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói
riêng, để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm
ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trường có mặt trong nước thải.
1.1.4. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều trong các
ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao su, mỹ phẩm.... do dễ sử dụng, giá thành rẻ,
màu sắc đa dạng so với màu tự nhiên. Tuy nhiên, h ầu hết các thuốc nhuộm sử
dụng trong ngành công nghiệp dệt may đều có độ độc tính cho môi trường sống


trong nước. Mặt khác, các chất hoạt động bề mặt và các hợp chất liên quan, chẳng
hạn như bột giặt, các chất nhũ hóa, các chất phân tán được sử dụng trong hầu hết
các công đoạn của mỗi quy trình gia công và cũng có thể là một trong những
nguồn quan trọng tạo độc tính cho môi trường nước [3].
Ngành công nghiệp dệt nhuộm nước ta đang phát triển rất đa dạng với quy mô
khác nhau và đã thải ra ngoài môi trường một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm cao.
Nước thải dệt nhuộm thường có độ màu rất cao. Việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm
và các sản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng đến
sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh. Cụ thể đối với con người gây ra các
bệnh về da, đường hô hấp, ung thư…, đối với hệ sinh thái thủy sinh có thể phá hủy
hoặc ức chế khả năng sinh sống của vi sinh vật [2].
1.1.5. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm
Trong nhiều thập kỷ qua, ngành công nghiệp dệt nhuộm luôn có vị trí quan
trọng trong nền kinh tế quốc dân. Với các doanh nghiệp nhà nước, doanh nghiệp tư
nhân, dự án liên doanh và các nhà máy có vốn đầu tư 100% nước ngoài cùng rất
nhiều tổ hợp tư nhân nhỏ, vừa và lớn đang hoạt động trong lĩnh vực sợi, dệt, nhuộm

Giũ hồ

Giặt

Giặt

Giặt

Cacbon hóa (với len 100%)

Làm bóng

Làm bóng

Định hình ướt

Nấu – tẩy trắng

Nấu – tẩy trắng

Tẩy trắng (nếu yêu cầu)

Nhuộm

Nhuộm

Nhuộm

In hoa


rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in. Metylen xanh bị
hấp thụ rất mạnh bởi các loại đất khác nhau. Trong môi trường nước, metylen xanh bị
hấp thu vào vật chất lơ lửng và bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi ra ngoài
môi trường nước ở bề mặt nước. Nếu thải metylen xanh vào trong không khí, nó sẽ
tồn tại cả ở dạng hơi và bụi lơ lửng [20].
1.2.2. Metyl da cam
Metyl da cam là một chất bột tinh thể màu da cam, không tan trong dung môi
hữu cơ, khó tan trong nước nguội nhưng dễ tan trong nước nóng. Metyl da cam là một
monoazo thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, dệt may và các ngành công
nghiệp khác. Metyl da cam có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống, chuyển
hóa thành các amin thơm bằng vi sinh đường ruột và thậm chí có thể dẫn tới ung thư


đường ruột. 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 là 3,1 - 4,4 [17].
Công thức phân tử: C 14 H 14 N 3 O 3 SNa
Công thức cấu tạo:
NaO3S

N

N

N

CH3
CH3

Metyl da cam: là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit Ka= 4.10-4.

Hâp phu la sư tich luy chất trên bê măt phân cach cac pha (khi-răn, long-răn,
khi-long, long-long). Chất hấp phu la chât ma phân tư ở lơp bê măt co kha năng hút
các phần tử của pha khac năm tiêp xúc vơi no. Chât bi hấp phu la chât bi hut ra khoi
pha thê tich đến tập trung trên bê măt chât hâp phụ.
Tuy theo ban chât cua lưc tương tac giưa chât hâp phu va chât bi hâp phu,
ngươi ta phân biêt hâp phu vât ly va hâp phu hoa hoc. Hâp phu vât ly gây ra bơi lưc
Vander Waals giưa phân tư chât bi hâp phu va bê măt chât hâp phu, liên kêt nay yêu,


dễ bi pha vơ. Hâp phu hoa hoc gây ra bơi lưc liên kêt hoa hoc giưa bê măt chât hâp
phu va phân tư chât bi hâp phu, liên kêt nay bên, kho bi pha vơ.
Trong thưc tê, sư phân biệt giưa hâp phu vật ly va hâp phụ hoa hoc chi la
tương đối vì ranh giơi giưa chung không ro rêt. Môt số trương hơp tôn tai ca qua trình
hâp phu vật ly va hâp phụ hoa hoc. Ở vùng nhiêt đô thâp xay ra qua trinh hâp phu vât
ly, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phu vât ly giam và kha năng hâp phu hoa hoc tăng
lên [10].
1.3.1.2. Giai hâp phu
Giải hấp phu la quá trinh chất bi hâp phu ra khoi lơp bê măt chât hâp phu. Giai
hâp phụ dưa trên nguyên tăc sư dung cac yêu tô bất lơi đôi với qua trinh hâp phu.
Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông
qua các yếu tố sau:
- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.
- Tăng nhiệt độ.
- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH môi trường.
- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt
chất rắn.
- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật.
Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, một số phương phap tai sinh vât
liêu hâp phu đã được sử dụng: phương pháp nhiêt, phương phap hoa ly, phương phap
vi sinh [2].

Trong đó: - H: Hiệu suất hấp phụ
- Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
- Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) [10]
1.3.2. Quá trình hấp phụ động trên cột
Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau
Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ. Sau một
thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:
Lối vào
1.Vùng hấp phụ bão hoà

2.Vùng chuyển khối
3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ
Lối ra
Hình 1.4. Mô hình cột hấp phụ
Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân


bằng. Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào.
Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng
độ ban đầu tới không.
Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra,
nồng độ chất bị hấp phụ bằng không.
Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch
chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng
chuyển khối chạm tới đáy cột. Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng
độ của chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép. Tiếp theo cột hấp
phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ.

C
Co