BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ LAN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NÂNG CAO
NƯỚC THẢI CHỨA THUỐC NHUỘM HOẠT
TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA
VỚI ĐIỆN CỰC CHỌN LỌC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ LAN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NÂNG CAO
NƯỚC THẢI CHỨA THUỐC NHUỘM HOẠT
TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA
VỚI ĐIỆN CỰC CHỌN LỌC

Chuyên ngành:
Mã số:

Kỹ thuật môi trường
62520320


năm 2017

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Lan Phương

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu xử lý nâng cao nước thải chứa thuốc
nhuộm hoạt tính bằng phương pháp điện hóa với điện cực chọn lọc” là công trình
nghiên cứu của riêng tôi, đây là công trình do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của người
hướng dẫn khoa học. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn thu được từ
thực nghiệm, trung thực và không sao chép. Các kết quả này chưa được ai công bố trong
bất kỳ công trình luận án nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Lan Phương

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS. Nguyễn Ngọc Lân

TS. Trần Thị Hiền

2



2.2. Các phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu
2.2.1. Phương pháp thực nghiệm
2.2.2. Các phương pháp xử lý số liệu
2.2.3. Các phương pháp phân tích
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tính chất của các loại vật liệu điện cực sử dụng trong nghiên cứu
3.1.1. Đường cong phân cực các vật liệu điện cực nghiên cứu
3.1.2. Độ hòa tan của điện cực thép SUS 304 và thép Ferosilic
3.1.3. Đặc tính điện hóa của các điện cực anot Pt, thép SUS 304 và thép Ferosilic
3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố chính lên hiệu quả xử lý độ màu và độ giảm COD
của nước thải chứa TNHT bằng phương pháp điện hóa với các loại vật liệu điện
cực khác nhau
3.2.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện
3.2.2. Ảnh hưởng của pH ban đầu
3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly

1
4
4
4
5
7
8
8
9
12
12
15
21
22

3.3. Lựa chọn vật liệu điện cực thích hợp để xử lý nước thải chứa TNHT bằng
phương pháp điện hóa
3.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố khác lên hiệu quả xử lý độ màu và độ giảm hàm
lượng COD của nước thải chứa TNHT bằng phương pháp điện hóa với điện cực
thép Ferosilic
3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
3.4.2. Ảnh hưởng của thành phần nước thải
3.4.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ diện tích giữa các điện cực
3.5. Động học của quá trình phân hủy thuốc nhuộm hoạt tính bằng phương pháp
oxi hóa điện hóa với điện cực thép Ferosilic
3.6. Đánh giá hiệu quả phân hủy các TNHT của quá trình xử lý điện hóa bằng điện
cực thép Ferosilic
3.7. Quy hoạch thực nghiệm xác định chế độ tối ưu cho quá trình xử lý điện hóa
nước thải chứa TNHT bằng điện cực thép Ferosilic
3.7.1. Phương trình hồi quy
3.7.2. Điểm tối ứu hóa
3.8. Xử lý nâng cao nước thải dệt nhuộm Công ty CP dệt may 29/3 – Đà Nẵng bằng
phương pháp điện hóa với điện cực thép Ferosilic
3.8.1. Đặc tính nước thải Công ty CP dệt may 29/3 – Đà Nẵng
3.8.2. Đánh giá hiện trạng hệ thống xử lý nước thải Công ty CP dệt may 29/3 – Đà
Nẵng
3.8.3. Đề xuất phương án xử lý nâng cao nước thải dệt nhuộm Công ty CP dệt may
29/3 – Đà Nẵng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
PHỤ LỤC

74
79

Dye
[Dye]
EC
GC-MS

Hợp chất halogen hữu cơ có khả năng
hấp phụ
Các quá trình oxy hóa nâng cao
Nhu cầu oxy sinh hóa
Điện cực màng kim cương
Bộ Tài Nguyên Môi Trường
Cổ phần
Nhu cầu oxy hóa học
Điện cực phủ oxít kim loại trên kim
loại nền
Thuốc nhuộm
Nồng độ thuốc nhuộm
Năng lượng điện tiêu thụ
Sắc ký khí kết hợp khối phổ

I
IR
J
k
k*
LC-MS

Cường độ dòng điện
Phổ hống ngoại
Mật độ dòng điện

Tổng chất rắn lơ lửng
Nhiễu xạ tia X
Hiệu điện thế
Tia tử ngoại
Tử ngoại khả kiến
Thể tích dung dịch

AOPs
BOD
BDD
BTNMT
CP
COD
DSA

t
TN
TNHT
TOC
TSS
XRD
U
UV
UV/vis
V

Tên tiếng Anh
Adsorbable Organic Halogen
Advanced Oxidation Processes
Biological Oxygen Demand

Bảng 1.3. Chất lượng nước thải của một số công ty dệt may
Bảng 1.4. Các loại thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng phổ biến trên thế giới và trong
nước
Bảng 1.5. Hiệu quả khử màu của nước thải dệt nhuộm bằng các chất keo tụ khác
nhau
Bảng 1.6. Thế oxy hóa của một số cặp oxy hóa/ khử
Bảng 1.7. Các quá trình oxy hóa nâng cao dựa vào gốc hydroxyl OH*
Bảng 2.1. Các thông số nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính sau khi pha
Bảng 2.2. Đặc điểm của các mẫu nước thải thực của Công ty CP dệt may 29/3
Bảng 2.3. Các thông số nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính sau keo tụ
Bảng 2.4. Điều kiện tiến hành thí nghiệm ảnh hưởng của mật độ dòng điện
Bảng 2.5. Điều kiện tiến hành thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ
Bảng 2.6. Số thí nghiệm lặp tại tâm
Bảng 3.1. Sự phụ thuộc của dòng anot vào điện thế của vật liệu điện cực Ferosilic
trong dung dịch nước thải chứa TNHT
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của dòng anot vào điện thế của vật liệu điện cực SUS 304
trong dung dịch nước thải chứa TNHT
Bảng 3.3. pH sau xử lý điện hóa bằng điện cực anot Pt, thép Ferosilic và thép SUS
304
Bảng 3.4. Giá trị độ dẫn điện khi thay đổi nồng độ NaCl
Bảng 3.5. Thay đổi giá trị nồng độ Fe theo thời gian điện hóa của quá trình xử lý
điện hóa bằng điện cực thép Ferosilic đối với nước thải chứa TNHT màu
hỗn hợp
Bảng 3.6. Sự thay đổi nhiệt độ dung dịch sau thời gian xử lý điện hóa của các vật liệu
điện cực Pt, thép Ferosilic và thép SUS 304
Bảng 3.7. Một số điều kiện vận hành thích hợp của quá trình xử lý nước thải chứa
TNHT màu hỗn hợp với các vật liệu điện cực anot khác nhau
Bảng 3.8. Hiệu quả xử lý độ màu, độ giảm COD và năng lượng điện tiêu
thụ của quá trình xử lý điện hóa nước thải chứa TNHT màu hỗn hợp với
các vật liệu điện cực khác nhau.

81
81

89
90
90

90

95
96

ii


Bảng 3.15. Các hợp chất hữu cơ có trong nước thải chứa TNHT màu đỏ và màu
vàng sau xử lý điện hóa
Bảng 3.16. Kết quả đo phổ XRD của nước thải chứa TNHT màu đỏ sau 7 phút và 15
phút xử lý điện hóa
Bảng 3.17. Kết quả đo phổ XRD của nước thải chứa TNHT màu vàng sau 10 phút và
20 phút xử lý điện hóa
Bảng 3.18. Các biến số độc lập và mức mã hóa của chúng trong thực nghiệm xử lý
điện hóa nước thải chứa TNHT màu hỗn hợp
Bảng 3.19. Ma trận làm việc với các biến thực nghiệm và mã hóa
Bảng 3.20. Các hệ số của phương trình hồi quy hàm mục tiêu hiệu suất xử lý màu y1
Bảng 3.21. Các hệ số của phương trình hồi quy hàm mục tiêu năng lượng tiêu thụ y2
Bảng 3.22. Giá trị y thực nghiệm và tính theo theo phương trình của các hàm mục
tiêu
Bảng 3.23. So sánh hiệu quả xử lý độ màu và năng lượng tiêu thụ giữa kết quả tính
theo mô hình và thực nghiệm xử lý nước thải tự tạo ở điều kiện tối ưu của

Hình 1.3. Quá trình oxi hóa điện hóa trực tiếp
Hình 1.4. Quá trình oxi hóa điện hóa gián tiếp
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý điện hóa xử lý nước thải
Hình 2.2. Hệ thống điện hóa thực nghiệm
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình nghiên cứu thực nghiệm
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên tắc đo đường cong phân cực
Hình 2.5. Thiết bị đo đường cong phân cực
Hình 3.1. Đường cong phân cực của các điện cực Pt (a), thép Ferosilic (b)và thép SUS
304 (c) trong nước thải dệt nhuộm chứa TNHT
Hình 3.2. Điện thế ổn định của các vật liệu điện cực trong dung dịch nước thải chứa
TNHT trước xử lý điện hóa (a) và sau xử lý điện hóa (b)
Hình 3.3. Cấu trúc tế vi của hợp kim sắt Ferosilic Fe-14Si-5Cr-0,7Mn
Hình 3.4. Đường cong phân cực anot trên điện cực Pt trong dung dịch NaCl (0,5g/l) và
dung dịch NaCl (0,5g/l) + TNHT màu hỗn hợp (0,6g/l)
Hình 3.5. Đường cong phân cực anot trên điện cực thép SUS 304 trong dung dịch NaCl
(0,5g/l) và dung dịch NaCl (0,5g/l) + TNHT màu hỗn hợp (0,6g/l)
Hình 3.6. Đường cong phân cực anot trên điện cực thép Ferosilic trong dung dịch
NaCl (0,5g/l) và dung dịch NaCl (0,5g/l) + TNHT màu hỗn hợp (0,6g/l)
Hình 3.7. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu quả xử lý màu (a) và hiệu suất
giảm COD (b) của quá trình xử lý điện hóa bằng điện cực thép Ferosilic đối
với nước thải chứa TNHT màu khác nhau
Hình 3.8. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu quả xử lý màu (a) và hiệu suất
giảm COD (b) của quá trình xử lý điện hóa bằng điện cực Pt và thép SUS
304 đối với nước thải chứa TNHT màu hỗn hợp
Hình 3.9. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến điện năng tiêu thụ của quá trình xử lý
điện hóa bằng điện cực Pt và thép SUS 304 đối với nước thải chứa TNHT
màu hỗn hợp
Hình 3.10. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến điện năng tiêu thụ của quá trình xử lý
điện hóa bằng điện cực thép Ferosilic đối với nước thải chứa TNHT màu
khác nhau

62
64

64

66

66

67

68

70

72

73

iv


Hình 3.16. Ảnh hưởng của NaCl đến điện năng tiêu thụ của quá trình xử lý điện hóa
bằng các vật liệu điện cực khác nhau đối với nước thải dệt nhuộm chứa
TNHT màu hỗn hợp
Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gian điện hóa đến hiệu suất giảm COD và độ màu
của quá trình xử lý điện hóa bằng điện cực Pt (a) và điện cực thép SUS 304
(b) đối với nước thải chứa TNHT màu hỗn hợp
Hình 3.18. Ảnh hưởng của thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý màu (a) và độ giảm
COD (b) của quá trình xử lý điện hóa bằng điện cực thép Ferosilic đối với

điện hóa
Hình 3.32. Sắc đồ GCMS của nước thải chứa TNHT màu đỏ sau 15 phút xử lý điện
hóa
Hình 3.33. Sắc đồ GCMS của nước thải chứa TNHT màu vàng sau 20 phút xử lý điện
hóa
Hình 3.34. Kết quả phổ XRD của nước thải chứa TNHT màu đỏ sau 7 phút xử lý
điện hóa (a) và sau 15 phút xử lý điện hóa (b)
Hình 3.35. Kết quả phổ XRD của nước thải chứa TNHT màu vàng sau 10 phút xử lý
điện hóa (a) và sau 20 phút xử lý điện hóa (b)
Hình 3.36. Phổ đồ IR của mẫu nước thải chứa TNHT màu vàng sau 10 phút xử lý điện
Hóa (a) và sau 20 phút xử lý điện hóa (b)
Hình 3.37. Phổ đồ IR của mẫu nước thải chứa TNHT màu đỏ sau 7 phút xử lý điện hóa

73

75

76

78

79

80

83

84

85


MỞ ĐẦU
Thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) là một trong những tiến bộ về kỹ thuật quan trọng nhất
ở thể kỷ 20 trong lĩnh vực thuốc nhuộm. TNHT được sử dụng ngày càng nhiều vì chúng
có màu sắc tươi sáng, phong phú và có độ bền màu cao. Hiện nay, lượng TNHT sử dụng
trong ngành dệt nhuộm chiếm khoảng 50 % tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng trên thị
trường vì chúng được sử dụng để nhuộm sợi cotton là loại vật liệu chiếm khoảng một nửa
lượng sợi tiêu thụ trên thế giới [119]. Tuy nhiên, một nhược điểm ứng dụng đã được thừa
nhận khi nhuộm xơ xenlulo bằng thuốc nhuộm hoạt tính là quá trình thủy phân thuốc
nhuộm đi cùng với sự gắn màu nên không sử dụng hết lượng thuốc nhuộm. Mức độ tổn
thất đối với thuốc nhuộm hoạt tính khoảng 10÷50%, lớn nhất trong các loại thuốc nhuộm
[55]. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao, nồng độ chất
ô nhiễm lớn. Phần lớn thuốc nhuộm hoạt tính đựợc tổng hợp từ các hợp chất hữu cơ có
phân tử lượng khá lớn, chứa nhiều vòng thơm (đơn vòng, đa vòng, dị vòng), nhiều nhóm
chức khác nhau nên ở dạng thông thường và dạng bị thủy phân đều không dễ dàng phân
hủy được bằng phương pháp sinh học. Do đó, tách TNHT ra khỏi dòng thải đã trở thành
một thách thức đối với ngành công nghệ dệt nhuộm và là vấn đề quan trọng trong bảo vệ
môi trường.
Hiện nay quá trình điện hóa đang là một xu hướng thay thế trong xử lý màu của nước
thải dệt nhuộm. Dòng điện gây ra phản ứng oxy hóa khử trên bề mặt các điện cực dẫn đến
sự phân hủy các hợp chất hữu cơ. Phương pháp này thân thiện với môi trường vì các điện
tử - tác nhân chính của quá trình - là một tác nhân sạch [88].
Trong quá trình điện hóa xảy ra phản ứng oxi hóa trực tiếp trên bề mặt điện cực hay
gián tiếp trong dung dịch thông qua gốc OH* có khả năng oxi hóa mạnh nên có thể xử lý
được các chất ô nhiễm và độ màu có trong nước thải dệt nhuộm với hiệu suất cao. Đồng
thời có thể xử lý được các chất độc hại mà các phương pháp khác không xử lý được hoặc
xử lý được một phần rất nhỏ.
Trong những năm gần đây, ứng dụng công nghệ điện hóa như một bước xử lý cấp 3 để
giảm độ màu nước thải dệt nhuộm đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học
trên thế giới. Những ưu điểm nổi trội của phương pháp gồm : phạm vi áp dụng rộng, thiết

nước thải của Công ty CP Dệt may 29/3 –Đà Nẵng.
Đối tượng nghiên cứu
- Nước thải dệt nhuộm tự tạo chứa TNHT
- Nước thải thực tế của Công ty Cổ phần Dệt may 29/3 – Đà Nẵng nhằm kiểm chứng.
Nội dung nghiên cứu
- Xác định tính chất điện hóa của một số loại điện cực anot được lựa chọn sử dụng trong
nghiên cứu.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính (pH, mật độ dòng điện, nồng độ chất điện ly,
thời gian và nồng độ thuốc nhuộm đầu vào) lên hiệu quả xử lý độ màu và độ giảm COD
của nước thải chứa TNHT bằng các vật liệu điện cực nghiên cứu.
- Lựa chọn vật liệu điện cực anot thích hợp sử dụng trong hệ thống điện hóa để xử lý nâng
cao nước thải chứa TNHT với chi phí điện cực và chi phí năng lượng thấp.
- Xây dưng phương trình động học của quá trình xử lý điện hóa nước thải chứa TNHT
bằng điện cực anot đã xác định được. Đánh giá hiệu quả phân hủy các TNHT thông qua
các kết quả phân tích GC/MS, LC/MS, IR, XRD…
- Xác định chế độ vận hành tối ưu của quá trình xử lý nước thải chứa TNHT bằng phương
pháp điện hóa với điện cực đã lựa chọn bằng bài toán quy hoạch thực nghiệm. Kiểm chứng
phương pháp xử lý với nước thải thực của công ty CP Dệt may 29/3 – Đà Nẵng.
Phạm vi nghiên cứu
Đề tài sử dụng công nghệ điện hóa để xử lý nâng cao (xử lý bậc 3) các thuốc nhuộm
hoạt tính khó phân hủy sinh học trong nước thải dệt nhuộm ở quy mô phòng thí nghiệm.
Đối với nước thải dệt nhuộm các chỉ số COD, TOC và độ màu là những thông số rất quan
trọng đã được quy định trong các quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về môi trường. COD và
TOC là các chỉ số gián tiếp đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải. Việc phân
tích xác định TOC gặp khó khăn vì chi phí cao, nên lựa chọn chỉ tiêu COD (mgO2/l) và độ
màu (Pt-Co) là những thông số chính để đánh giá hiệu quả xử lý của phương pháp.

2





CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1. Công nghệ dệt nhuộm và đặc tính nước thải
1.1.1. Quy trình công nghệ
Dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ phức tạp, sử dụng nhiều
nguyên liệu, hóa chất khác nhau và sản xuất ra nhiều mặt hàng đa dạng. Thông thường,
công nghệ dệt nhuộm bao gồm các quá trình kéo sợi, dệt vải, tẩy, nhuộm, in hoa, và xử lý
hoàn tất. Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm phổ biến được chỉ ra trên hình 1.1.
Nguyên liệu đầu

H2O, tinh bột, phụ gia Hơi
nước

Kéo sợi, chải, ghép,
đánh ống
Nước thải
chứa hồ
tinh bột,
hóa chất

Hồ sợi

Dệt
Enzym,
NaOH
NaOH, hoá chất
H2SO4
H2O
Chất tẩy giặt


Dung dịch nhuộm

H2SO4
H2O2, chất tẩy giặt
Hơi nước
Hồ hoá chất

Nhuộm, in hoa

Dịch nhuộm thải

Giặt

Hoàn tất, văng khổ

Nước thải

Nước thải

Sản phẩm
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ dệt nhuộm kèm nước thải [17]
4


Trong công nghệ dệt nhuộm, công đoạn nhuộm thường sử dụng một lượng lớn các loại
thuốc nhuộm tổng hợp và các loại chất trợ để tạo màu sắc khác nhau cho vải. Trong quá
trình sản xuất chỉ một phần thuốc nhuộm được lưu lại trên sản phẩm nhuộm, phần còn lại
sẽ theo dòng thải đi vào môi trường nguồn tiếp nhận gây ô nhiễm môi trường nghiêm
trọng. Chính vì vậy nước thải từ công đoạn nhuộm là một trong những nguồn ô nhiễm cao,


Công đoạn
Hóa chất sử dụng
Giũ hồ
Nước dùng để tách chất hồ sợi khỏi vải
Hồ in, chất khử bọt có trong vải
Nấu tẩy
Nước dùng để nấu
Chất hoạt động bề mặt
Tác nhân chelat hóa (chất tạo phức) chất
ổn định, chất điều chỉnh pH, chất mang.
Tác nhân tẩy trắng hypoclorit
Nhuộm
Nước dùng để nhuộm giặt
Nhuộm với các thuốc nhuộm hoạt tính,
hoàn nguyên và sunfua, kiềm bóng,nấu,
tẩy trắng
Nhuộm với thuốc nhuộm bazo, phân tán,
axit, hoàn tất

Thông số ô nhiễm cần quan tâm
BOD, COD
Dầu khoáng
BOD, COD, nhiệt độ cao, kiềm tính
BOD, COD
Phốt pho, kim loại nặng
AOX
Độ màu, BOD, COD, nhiệt độ cao.
pH kiềm tính


BOD, COD, TSS, Cu, nhiệt độ, pH
COD, BOD, TSS

Nước thải của công đoạn nhuộm có độ màu cao, có thể lên đến hơn 25000 Pt-Co. Công
đoạn này cũng có độ kiềm khá cao, vì sử dụng môi trường kiềm mạnh để bắt màu cho sản
phẩm nhuộm đối với một vài loại thuốc nhuộm. Nước thải phát sinh từ quy trình dệt
nhuộm có mầu khá đậm, chủ yếu do quá trình nhuộm gây ra. Màu của nước thải có thể
nhìn thấy bằng mắt thường ngay cả với nồng độ thuốc nhuộm rất thấp. Nguyên nhân chủ
yếu gây màu cho nước thải là do thuốc nhuộm không ‘’tận trích’’ hết, hoặc không gắn màu
vào xơ sợi và thải ra ngoài môi trường.
Nước thải từ quá trình nhuộm thuốc nhuộm hoạt tính có chứa [43] :
· Các thuốc nhuộm bị thủy phân không gắn kết được vào vật liệu nhuộm thường
chiếm khoảng 10 – 50% lượng thuốc nhuộm sử dụng ( trung bình là 2 g/l). Lượng
thuốc nhuộm này sẽ tạo ra màu cho dòng thải và không thể tuần hoàn lại được.
· Các chất trợ nhuộm hoặc các chất hữu cơ tạo cho tỷ lệ BOD/COD của dòng thải
cao.
· Các xơ sợi dệt
· Chất điện ly, đặc biệt NaCl và Na2CO3 là những chất tạo cho hàm lượng muối rất
cao trong nước thải.
· Ngoài ra, dòng thải nhuộm có pH khoảng 10 – 11 và nhiệt độ cao (khoảng 400C)
Bảng 1.3. Chất lượng nước thải của một số công ty dệt nhuộm [13]

TT

Tên công ty

1
2
3
4

442
1659
557
388
650 - 700
1250

332
73
124
109
300 - 1600
650

Độ màu,
Pt-Co
1310
2620
2720
321
100
50 – 60
-

50

200

100




1.2. Phân loại thuốc nhuộm và đặc tính của thuốc nhuộm hoạt
tính
1.2.1. Phân loại thuốc nhuộm
 Phân loại bằng chỉ số màu
Việc phân loại bằng chỉ số màu được thực hiện đầu tiên bởi Hiệp hội những người sản
xuất thuốc nhuộm và màu vào năm 1921, trong đó giới thiệu hơn 1.200 loại thuốc nhuộm
hữu cơ tổng hợp và một số thuốc nhuộm thiên nhiên cùng pigment. Trong phiên bản thứ ba
của chỉ số màu xuất bản năm 1971 đã liệt kê được 7.900 tên xuất xứ và 36.000 tên màu
thương mại [1].
 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học
Đây là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc nhuộm được
phân thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau [1]. 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). Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số
lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các
màu hữu cơ trong Color Index.
- Thuốc nhuộm antraquinon
Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất
của nó. Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp [1]. Những
dẫn xuất khác nhau ở các vị trí 1, 4, 5, 8 sẽ cho các loại thuốc nhuộm tương ứng như sau:






Thuốc nhuộm amino antraquinon;

chủ yếu sử dụng trong ngành dệt nhuộm được trình bày trong bảng PL1 - phụ lục 1.
1.2.2. Đặc tính của thuốc nhuộm hoạt tính.
Thuốc nhuộm hoạt tính ra đời và đưa vào thị trường cách đây hơn 50 năm. Là một trong
những thuốc nhuộm phát triển mạnh mẽ trong thời gian vừa qua do chúng có nhiều ưu
điểm như: màu sắc tươi sáng, gam màu rộng và phong phú, có độ bền giặt cao, nhuộm dễ
dàng và dễ đều màu. TNHT là một trong những lớp thuốc nhuộm quan trọng nhất dùng
nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha.
Thuốc nhuộm hoạt tính là duy nhất trong các lớp thuốc nhuộm có liên kết cộng hóa trị
với xơ sợi. Nhờ có sự gắn kết đặc biệt này mà có thể đạt được độ bền màu giặt và độ bền
màu ướt rất cao.
Tuy nhiên, quá trình nhuộm sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính thường tốn nhiều hóa chất,
chu kỳ nhuộm dài và khó giặt sạch phần màu nhuộm bị phân hủy nên tốn nhiều nước giặt.
Phản ứng giữa thuốc nhuộm hoạt tính và xơ sợi không thể đạt hiệu suất 100% [1] vì chúng
không được hấp phụ hoàn toàn lên xơ sợi do một phần thuốc nhuộm đã tham gia phản ứng
thủy phân. Cụ thể là, TNHT không chỉ có phản ứng với anion của xơ sợi xenlulo – là phản
ứng chủ yếu tạo ra liên kết cộng hóa trị với xơ sợi, mà còn có phản ứng phụ thủy phân
không tránh khỏi với ion hydroxyl (OH-) trong dung dịch nhuộm. Mức độ không gắn màu
của TNHT tương đối cao và do chứa gốc halogen hữu cơ nên làm tăng tải lượng chất độc
hại AOX trong nước thải. Để đạt độ bền màu giặt và độ bền màu ướt tối ưu, hàng nhuộm
được giặt hoàn toàn để loại bỏ các thành phần thuốc nhuộm dư thừa, thuốc nhuộm không
phản ứng và thuốc nhuộm bị thủy phân. Màu thuốc nhuộm bị thủy phân giống như màu
thuốc nhuộm gốc. Do vậy chúng gây ra vấn đề về màu nước thải và làm ô nhiễm nước thải.
Quá trình nhuộm TNHT phải sử dụng lượng các chất điện li NaCl, Na2SO4 tương đối
lớn. Các chất này sẽ bị thải hoàn toàn sau quá trình nhuộm và giặt. Nước thải có chứa muối
rất có hại cho thủy sinh và cản trở việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
Phản ứng vật liệu (xơ) là phản ứng chính có dạng tổng quát:
S-Ar-T-X + HO-Xơ → S-Ar-T-O-Xơ + HX
9



hợp với xơ sợi. Nhóm phản ứng của thuốc nhuộm là este của axit sunfuric và
hydroxyletylsunfon có dạng tổng quát như sau:
S-R-SO2-CH2-CH2-O-SO3Na
Dạng này chưa hoạt động, sau khi hấp phụ vào xơ, trong môi trường kiềm yếu, thuốc
nhuộm sẽ chuyển về dạng vinylsunfon, làm cho độ phân cực của nguyên tử cacbon tăng
lên, nó trở nên hoạt động. Dạng hoạt động mới tạo thành sẽ tham gia vào phản ứng kết hợp
với các nhóm định chức của xơ ở dạng đã ion hoá để tạo thành liên kết giữa thuốc nhuộm
và xơ.
10


Thuốc nhuộm hoạt tính có nhóm phản ứng là 2,3 – đicloquinoxalin
Nhóm thuốc nhuộm này được hãng Bayer sản xuất với tên gọi thương phẩm là levafix E,
chúng có khả năng phản ứng tương tự như thuốc nhuộm điclotriazin, nhưng thường chỉ có
một nguyên tử clo trong dị vòng tham gia phản ứng nên không có khả năng tạo thành cầu
bắc ngang giữa các mạch xơ sợi. Ái lực của thuốc nhuộm với xơ tương tự như thuốc
nhuộm triazin.
Thuốc nhuộm hoạt tính chức vòng etylenimin
Loại thuốc nhuộm này có tên thương phẩm là levafix, có cấu tạo hoá học gần giống
thuốc nhuộm remazol. Trong quá trình nhuộm trong phân tử thuốc nhuộm xuất hiện vòng
etylenimin kém bền, dễ tham gia phản ứng với nhóm chức của xơ.
Thuốc nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của 2-clobenthiazol
Nhóm phản ứng của thuốc nhuộm loại này là 2-clobenthiazol có công thức chung như
sau:

Trong mạch dị vòng này, ngoài nguyên tử cacbon và nitơ còn có nguyên tử lưu huỳnh.
Trong môi trường kiềm nguyên tử cao sẽ tách ra và thuốc nhuộm sẽ liên kết với xơ theo cơ
chế thế nucleophin.
Bảng 1.4. Các loại thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng phổ biến trên thế giới và Việt Nam [2]


Vinylsunfon (VS)
Difloclopyrimidin
(DFCP)
Monoflotriazin (MFT)

Sumifix Supra
Cibacron LS

MCT và VS
MFT

Phức kim loại

Phtaloxianin

Độc tính của thuốc nhuộm hoạt tính
Thuốc nhuộm hoạt tính khi được thải vào nguồn tiếp nhận sẽ gây ra một số tác động trực
tiếp và gián tiếp như trong hình 1.2. Với một lượng nhỏ TNHT đi vào nguồn nước tự nhiên
như sông, hồ…đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy
và ánh sáng mặt trời gây tác hại cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thủy sinh, làm tác
đông xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải.
Do các thuốc nhuộm hoạt tính có cấu trúc phân tử gồm các liên kết azo và các vòng thơm
nên chúng là các chất độc hại đối với vi sinh vật và động vật thủy sinh. Các kết quả thực
nghiệm trên cá của hơn 3000 loại thuốc nhuộm hoạt tính thuộc vào các nhóm không độc,
11


độc vừa, rất độc và cực độc, đã cho thấy có khoảng 37% loại thuốc nhuộm gây độc cho cá
và thủy sinh, trong số này có khoảng 2% thuốc nhuộm nằm trong loại rất độc và cực độc
[3]. Một số nhà nghiên cứu đã đi đến kết luận rằng thuốc nhuộm hoạt tính có trong nước

Kali
ferat
(K2FeC4)
PACl
Nhôm

Hàm lượng
tối ưu
(mg/l)

Thuốc nhuộm

pH tối ưu

Phân tán

4,25

Hiệu quả
khử màu
(%)
99

100

6,5 – 8,5

95

10

9,4

Fe2 (SO4)3

400

Sunphua

8,3

90

Nguồn

Anouzla et al.,
2009
Ciabatti et al., 2010
Choo et al., 2007
EI- Gohary and
Tawfik, 2009
Kumar et al., 2008
Golob et al., 2005

Bidhendi
2007
Bidhendi

et

al.,

Hoạt tính, axit
và trực tiếp
Hoạt tính

6

71

2007
Kim et al., 2004

11
12

85
98

Tan et al., 2000
Gao et al., 2007

8,5

80

Sanghi et al., 2006

12,5

90


Cucurbiturial.
- Sinh khối: được sử dụng để khử màu nước thải dệt nhuộm bằng cơ chế hấp phụ và
trao đổi ion. Chitin (polisacarit cấu tạo giống xenllulo) và chitosan (chitin đã loại axetyl)
được biết đến nhiều nhất về khả năng hấp phụ nhiều loại thuốc nhuộm như: thuốc nhuộm
phân tán, trực tiếp, axit, hoàn nguyên, lưu hóa và cả thuốc nhuộm hoạt tính. Ngoài ra người
ta còn dùng xenlulo biến tính và lignoxenlulo để hấp phụ thuốc nhuộm axit và thuốc
nhuộm cation. Các vật liệu thiên nhiên như lõi ngô, mạt cưa, thân cây mía, trấu, … cũng
được thử nghiệm khả năng hấp phụ thuốc nhuộm.
Cacbon hoạt tính là chất hấp phụ được sử dụng khá phổ biến trong xử lý nước thải dệt
nhuộm và là chất hấp phụ rất có hiệu quả đối với nhiều loại thuốc nhuộm [24, 103, 121].
13