BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT TỪ
TÍNH TỪ CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP VÀ THỬ NGHIỆM
KHẢ NĂNG XỬ LÝ PHẨM MÀU DB71 TRONG MÔI
TRƯỜNG NƯỚC
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

ĐOÀN MẠNH CƯỜNG

Hà Nội, Năm 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT TỪ
TÍNH TỪ CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP VÀ THỬ NGHIỆM
KHẢ NĂNG XỬ LÝ PHẨM MÀU DB71 TRONG MÔI
TRƯỜNG NƯỚC
ĐOÀN MẠNH CƯỜNG
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 6044030
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Trần Đình Trinh
2. TS. Mai Văn Tiến

Hà Nội, Năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành theo chương trình đào tạo Cao học khoá 2016-2018
tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trần Đình Trinh đã hướng dẫn tôi trong suốt
thời gian qua, truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm quý báu, chỉ bảo tận tình và
động viên giúp tôi hoàn thành bài báo cáo luận văn này.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn TS.Mai Văn Tiến cũng đã có những nhận xét,
góp ý, chỉ bảo để tôi có thể hoàn thành bài luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các anh chị em trong Phòng thí nghiệm hoá Môi trường,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.
Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô khoa Môi trường, Trường Đại
học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những
kiến thức quý giá trong suốt thời gian học cao học tại trường.
Cảm ơn các anh chị, bạn bè những người bạn đồng hành trong quãng thời gian
học cao học, những người đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên và là nguồn động
lực để tôi vươn lên.
Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những
thiếu sót vì vậy tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy – cô để
luận văn được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!.
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Tác giả

Đoàn Mạnh Cường

ii


MỤC LỤC

ngành

dệt

CỨU
nhuộm

1.1.1. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm....................................3
1.1.2.
Các
chất
ô
nhiễm
..................................................7

phát

ra

từ

ngành

dệt

nhuộm

1.2. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm ....................................................10
1.3. Tổng quan về vật liệu nanocompozit..................................................................14
1.3.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu nanocompozit .......................................14

cứu
bị

2.3.1. Thiết bị sử dụng ..............................................................................................23
2.3.2. Hoá chất ..........................................................................................................24
2.4.
Phương
pháp
nghiên
cứu
....................................................................................24
2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp.............................................................24

3


2.4.2.
Phương
pháp
nghiên
..............................................25

cứu

chế

tạo

than


TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................61
PHỤ LỤC

5


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Đoàn Mạnh Cường
Lớp

: CH2AMT

Khoá: 2A (2016-2018)

Cán bộ hướng dẫn 1

: TS. Trần Đình Trinh

Cán bộ hướng dẫn 2

: TS. Mai Văn Tiến

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit từ tính từ chất thải
nông nghiệp và thử nghiệm khả năng xử lý phẩm màu DB71 trong môi trường
nước
Tóm tắt
Hiện nay vấn đề rác thải đã và đang được con người rất quan tâm, nguồn rác
thải phát sinh từ mọi hoạt động như công nghiệp, nông nghiệp, y tế, dịch vụ,...một
trong những nguồn rác thải đó phải kể đến hoạt động nông nghiệp. Với khối lượng
lớn phế phụ phẩm nông nghiệp đó nếu không có biện pháp xử lý thì đây sẽ là một

8
9
1
0
1
1
1
2
1
3

Vi
ết
DB
Di
re
C
hấ
T
ha
V
ỏ
L
õi
Đ
ộ
K
hả
Đ
ộ

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Ô nhiễm nguồn nước bởi ngành công nghiệp dệt may của 20 quốc gia ......4
Hình 1.2 Biểu đồ tỷ lệ các khí thải chính phát sinh từ hoạt động chăn nuôi ..............5
Hình 1.3 (a) Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir; (b) Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf
...... 14
Hình 1.4. Một số phương án cốt đa sợi của compozit ..............................................16
Hình 1.5. Vỏ trấu sau khi tách khỏi hạt lúa...............................................................19
Hình 1.6. Lõi ngô sau khi đã tách hạt ngô ................................................................20
Hình 2.1. Thiết bị tổng hợp compozit trên cơ sở than sinh học ................................25
Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu chế tạo vật liệu .............................................................26
Hình 2.3. Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học
Vật liệu, tại Đại học Quốc gia Hà Nội ......................................................................29
Hình 2.4. Máy quang phổ IR – 4700 (Jasco – Nhật) ................................................30
Hình 2.5. Sự nhiễm xạ tia X qua mạng tinh thể ........................................................32
Hình 2.6. Đường chuẩn xác định nồng độ DB71......................................................37
Hình 2.7. Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn DB71 ................................................38
Hình 3.1. Vỏ trấu sau khi nung .................................................................................40
Hình 3.2. Lõi ngô sau khi nung .................................................................................40
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các vật liệu tổng hợp được ............................44
Hình 3.4. Phổ IR của vật liệu LN-Fe ........................................................................44
Hình 3.5. Phổ IR của vật liệu VT-Fe ........................................................................45
Hình 3.6. Ảnh SEM Vỏ trấu (trái), Lõi ngô (phải) trước khi biến tính ....................46
Hình 3.7. Ảnh SEM của VT-Fe (trái), LN-Fe (phải) ................................................46
Hình 3.8. Ảnh SEM Vị trí xác định phần trăm các nguyên tố trên VT-Fe ...............47
Hình 3.9. Ảnh EDX xác định thành phần các nguyên tố trên VT-Fe .......................48
Hình 3.10. Ảnh SEM Vị trí xác định phần trăm các nguyên tố trên LN-Fe .............48
Hình 3.11. Ảnh EDX xác định thành phần các nguyên tố trên LN-Fe ......... 49

là tham gia vào quá trình sản xuất nông nghiệp. Và sau mỗi vụ thu hoạch , một
lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp đã bị đốt cháy hoặc bị phân huỷ và phát thải
các khí ô nhiễm là CO2 và CH4 vào khí quyển. Với khối lượng lớn phế phụ phẩm
nông nghiệp đó nếu không có biện pháp xử lý thì đây sẽ là một trong những tác
nhân gây ô nhiễm môi trường, góp phần gây nên hiệu ứng khí nhà kính, đồng thời
lãng phí nguồn tài nguyên. Nên đây là một thực tế cần có biện pháp giải quyết phù
hợp, bởi nếu có các hình thức xử lý phù hợp thì các phế phụ phẩm nông nghiệp này
sẽ tạo ra được một nguồn tài nguyên lớn là than sinh học có khả năng lưu giữ khí
nhà kính CO2, xử lý ô nhiễm nước, cải tạo chất lượng đất nông nghiệp, và giúp tăng
khả năng sinh trưởng, phát triển của cây trồng.
Phẩm màu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như giấy, cao
su, chất dẻo và đặc biệt là công nghiệp dệt nhuộm. Thông thường trong quá trình
nhuộm, các phẩm màu không bám dính hết vào sợi vải, nên sau công đoạn nhuộm,
trong nước thải thường tồn dư một lượng nhất định, thậm chí lên tới 50% tổng
lượng phẩm màu được sử dụng ban đầu [1]. Đây là thành phần rất khó xử lý, đặc
biệt là phẩm màu họ azo, chiếm tới 60 - 70% thị phần, đang được sử dụng phổ biến
nhất hiện nay. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy
hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường và sức khỏe con người, đặc biệt chúng
có thể gây ung thư [2]. Phẩm màu Direct Blue (DB71) là một trong những loại
phẩm màu họ azo, được dùng để nhuộm các loại sợi xenlulozơ, sợi viscose,
viscose/PVA, bông và sử dụng trong ngành thuộc da, giấy, nhựa.Vì vậy, việc xử lý
nước thải chứa phẩm màu là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên,
phẩm màu nói chung và DB71 nói riêng đều rất khó bị phân hủy sinh học, do cấu

2


trúc bền vững và sự có mặt của vòng thơm. Các quá trình xử lý cơ bản (hấp phụ,
siêu lọc, thẩm thấu ngược và keo tụ) không thể giải quyết triệt để các chất ô nhiễm
mà chỉ có thể chuyển chất ô nhiễm từ môi trường nước sang môi trường mới. Mặt

nhuộm công nghiệp có nguồn gốc tự nhiên nhưng tình trạng ô nhiễm nước thải dệt
nhuộm vẫn ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống của người dân cũng như tăng mức
độ ô nhiễm nguồn nước sạch trên các sông, ngòi, biển.
Trong tờ New York Times cũng từng đề cập, sự ảnh hưởng trực tiếp của nước
thải ngành dệt nhuộm đối với môi trường và sức khỏe con người ở nước Mỹ. Mặc
dù chính phủ đã thực hiện nhiều biện pháp để xử lý môi trường nước trước khi xả
thải ra biển nhưng người dân ở gần nơi có nhà máy sản xuất vẫn phải chịu ảnh
hưởng nghiêm trọng về sức khỏe. Gần 50% công nhân làm việc trong các nhà máy
dệt nhuộm mắc chứng bệnh ung thư bàng quang vì tiếp xúc thường xuyên với
benzidine một trong những thành phần có trong thuốc nhuộm trong suốt nửa cuối
thế kỷ 20.
Năm 2015, trong một nghiên cứu khảo sát về tình trạng ô nhiễm nước thải
ngành công nghiệp dệt nhuộm ở khu vực Đông Âu đã đưa ra một bảng số liệu thống
kê thực trạng ô nhiễm nước thải ở 20 quốc gia (hình 1.1) [10].


Hình 1.1 Ô nhiễm nguồn nước bởi ngành công nghiệp dệt may (theo % tổng
lượng BOD thực tế) của 20 quốc gia
Những đề cập ở trên cho chúng ta thấy một thực trạng báo động về vấn đề xử
lý nước thải của các ngành công nghiệp nói chung và ngành dệt nhuộm nói riêng
cần được quan tâm nhiều hơn, đặc biệt đối với các phẩm nhuộm độc hại được sử
dụng.
b. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm ở Việt Nam
Những năm gần đây kinh tế nước ta ngày càng phát triển, kèm theo đó là nhu
cầu đời sống của người dân ngày càng cao. Áp lực về môi trường cũng ngày càng
gia tăng, tình trạng ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất ngày càng một nghiêm
trọng trong những năm gần đây.
Năm 2015, một bài báo về dự báo, phòng ngừa và giảm thiểu các nguồn gây ô
nhiễm môi trường do hoạt động kinh tế tại khu vực nông thôn được thực hiện và
đưa ra số liệu thống kê của một số ngành nghề và áp lực mang lại đối với môi

n
D
ệ
t
n
h

K NC Ô
hC ư h n
O
D,
B B X Ô
ụ O ỉ nh
i, D th iễ
C 5, an m
O S , nh
B
B O
X Ô
ụ D
ỉ n
i, 5,
t hi
C C
h ễ
O O
a m


T

D
5,
C
O
D
,
S
S
,
t

X
ỉ
t
h
a
n
B
ụ
i
g
i
ấ
y
,
t
ạ
p

T

nh
iễ
m

(Nguồn: Tổng cục Môi trường, Bộ TN & MT, 2016)

Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản
phẩm đa dạng có chất lượng cao, đáp ứng trào lưu của thị trường. Trong nền kinh tế
quốc dân, ngành dệt nhuộm chiếm một vị trí khá quan trọng vì đây là một trong
những ngành công nghiệp không chỉ mang lại nguồn thu về kinh tế mà còn góp
phần giải quyết vấn đề thất nghiệp trong xã hội. Tuy vậy, ô nhiễm môi trường do
nước thải ngành dệt nhuộm là một thực tế đáng báo động, cần phải có phương
hướng xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết.
Theo kết quả phân tích nước thải ở làng nghề dệt nhuộm Vạn Phúc (Hà Tây)
năm 2003 thì chỉ số BOD là 67 – 159mg/l; COD là 139 – 423mg/l; SS là 167 –
350mg/l, và kim loại nặng trong nước như Fe là 7,68mg/l; Pb là 2,5mg/l; Cr6+ là
0,08mg/l [3]. Theo số liệu của Sở Tài nguyên Môi trường Thái Bình, hàng năm làng
nghề Nam Cao sử dụng khoảng 60 tấn hóa chất các loại như oxy già, nhớt thủy tinh,


xà phòng, bồ tạ, Javen, thuốc nhuộm nấu tẩy và in nhuộm. Các thông số ô nhiễm
môi trường ở Nam Cao cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cao
hơn tiêu chuẩn cho phép 3,75 lần, hàm lượng BOD cao hơn tiêu chuẩn cho phép tới
4,24 lần, hàm lượng COD cao hơn tiểu chuẩn cho phép 3 lần. Cho tới nay, tình
trạng ô nhiễm nguồn nước ở các làng nghề nói trên vẫn chưa được xử lý triệt để,
làm ảnh hưởng nguồn nước cung cấp cho đời sống sinh hoạt của người dân trong
vùng.
Vì thế, vấn đề xử lý nguồn nước thải trong các ngành công nông nghiệp nói
chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói riêng trước khi xả vào nguồn tiếp nhận là
việc bắt buộc và cần thiết. Cho nên, việc nghiên cứu các phương pháp phù hợp để

lý, thải ra môi trường có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Thuốc nhuộm phân tán
Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử gốc azo và antraquinon và nhóm
amin (NH3, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi
axetat, sợi polieste...) không ưa nước.
Thuốc nhuộm huỳnh quang
Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình tiazol, tiazin, zin... trong đó có cầu
nối disulfur (-S-S-) dùng đề nhuộm các loại sợi cotton và viscose.
Thuốc nhuộm axit
Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là RSO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu. Các thuốc nhuộm
này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan...
Thuốc in, nhuộm pigmen
Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxiamin, dẫn xuất của
antraquinon...
b. Các chất ô nhiễm chính
Nước thải công nghiệp dệt nhuộm thường chứa các chất ô nhiễm chính như
các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin, các chất
bụi bẩn dính vào sợi; các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh


bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3... các loại thuốc
nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Lượng hóa chất sử
dụng tùy theo quy trình sản xuất của từng nơi, tùy theo từng loại vải, màu.
Bảng 1.2. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm [4]
C
ô
H
ồ
sợ
i,

t m
H m
V àu
Ki
oà ệt ề
n ti m
th c.n Ảnh
nh hưởng của các chất thải đến môi trường
Trước hết, chúng ta cần biết một số chỉ tiêu trong việc đo lường ô nhiễm môi
trường như DO, BOD, COD...
DO là lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật
nước (cá, lưỡng thể, thủy sinh, côn trùng v.v...). Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh
vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh
giá về sự ô nhiễm nước của các thủy vực.
BOD (Biochemical oxygen Demand – như cầu oxy sinh hóa) là lượng oxy cần
thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ theo phản ứng:


Vi khuẩn + Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian
BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân
huỷ bằng các vi sinh vật.
COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) là lượng oxy cần
thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Như
vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước, trong
khi đó BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ
phân huỷ bởi vi sinh vật.
Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từ oxy hoà tan
trong nước (DO). Do vậy nhu cầu oxy hoá học và oxy sinh học cao sẽ làm giảm
nồng độ DO của nước, có hại cho sinh vật nước và hệ sinh thái nước nói chung.
Nước thải hữu cơ, nước thải sinh hoạt và nước thải hoá chất là các tác nhân tạo ra

Do cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm nên trong khi khử nước thải dệt nhuộm
bằng phương pháp oxy hóa phải dùng chất oxy hóa mạnh. Chất oxy hóa phổ biến
được dùng hiện nay là ozon, có khả năng khử màu rất tốt đặc biệt đối với nước thải
chứa thuốc nhuộm hoạt tính. Để khử màu 1g thuốc nhuộm hoạt tính cần 0,5g O3.
Phương pháp màng
Phương pháp màng được ứng dụng trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm với
mục đích thu hồi hóa chất để tái sử dụng như: tinh bột PVA,thuốc nhuộm indigo,
muối. Động lực quá trình lọc màng là sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng.
Phương pháp sinh học
Phần lớn các chất trong nước thải dệt nhuộm là những chất có khả năng phân
hủy sinh học. Trong một số trường hợp có thể chứa các chất có tính độc đối với vi
sinh vật như các chất khử vô cơ, formandehit, kim loại nặng, clo,..., và các chất khó
phân hủy sinh học khác như các chất tẩy rửa, hồ PVA, các loại dầu khoáng... do đó
trước khi đưa vào xử lý sinh học, nước thải cần được xử lý các chất gây độc và
giảm tỷ lệ các chất khó phân hủy sinh học bằng phương pháp xử lý cục bộ.
Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ có khả năng dùng để xử lý các chất thải không hoặc khó
xử lý bằng phương pháp sinh học.