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

Vũ Mai Phương

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT 
KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƯỜNG 
NƯỚC

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số:  60440120

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. CHU XUÂN QUANG
2.  PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG


Hà Nội – 2015

Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Chu Xuân Quang
2.  PGS.TS. Đỗ Quang Trung

Phản biện 1: TS Phương Thảo 
Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Khắc Uẩn

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  sinh  thái  và  con  người,  đặc  biệt  là  loại  thuốc 
nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm [19,30].
Với mục đích hiểu rõ hơn về đặc điểm quá trình xử  lý các hợp chất hữu cơ 
độc  hại,  đặc  biệt  là  hợp  chất  tạo  màu  họ  azo  bằng  vật liệu hấp phụ có từ tính, 
qua đó xác định được điều kiện thích hợp để  xử lý nước thải dệt nhuộm thực  tế 
nên đề tài luận văn  “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách  
loại phẩm màu azo trong môi trường nước ” đã được thực hiện.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Chitosan
1.1.1. Khái quát về chitosan
Chitosan là polyme không độc, có khả năng phân huỷ sinh học và có tính tương  
thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc 
biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như  là một loại vật liệu mới có ứng dụng  
đặ biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực  
phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định ... 
Trong các loài thuỷ sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin –  
chitosan chiếm khá cao dao động từ 14­35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm,  
cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.

Hình 1.1: Công thức cấu tạo chitin, chitosan và xenlulozo 
Chitosan  và các dẫn xuất của nó có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả 
năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng. Không gây độc hại cho người và  
gia súc, có khả  năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như Co(II), Ni(II),  
Cu(II)... do vậy chúng được  ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử  lý  
nước thải và bảo vệ  môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp,  

vật tự  nhiên có khả  năng định hướng theo phương Bắc ­ Nam địa lý. Đến thế  kỷ 
XII, họ  đã sử  dụng vật liệu Fe3O4  là  la bàn, một công cụ  giúp xác định phương 
hướng rất có ích. Trong tự  nhiên, oxit sắt từ  không những được tìm thấy trong  
khoáng vật mà nó còn được tìm thấy trong cơ  thể  các sinh vật như  ong, kiến, bồ 
câu…Chính sự  có mặt của Fe3O4  trong cơ  thể những sinh vật đã tạo nên khả  năng 
xác định phương hướng mang tính bẩm sinh của chúng.
6


Trong phân loại vật liệu từ  Fe3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit có công 
thức tổng quát MO. Fe3O4 có cấu trúc spinel (M là kim loại hóa trị  II như : Fe, Ni, 
Co, Mn, Mg hoặc Cu)

                                    
Hinh Hình 1.2 : Cấu trúc spinel của Fe3O4
Mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ tổng cộng là 4µβ ( µβ là magneton bohr nguyên 
tử, µβ = 9,274.10­24 J/T trong hệ SI)
1.2.2. Tính chất 
Một vài oxit sắt có chung cấu trúc tinh thể  với các tương đồng khoáng chất  
khác nhau.  VD: goc­thie có cấu trúc giống với diaspore (  α­ALOOH), quặng sắt từ 
giống với spinel (MgAl2O3). Các cấu trúc của oxit sắt được xác định bởi sự sắp xếp 
của các ion oxy hay hydroxide. Các ion dương chiếm các vị trí so le đối với lớp các 
ion âm.
Bất cứ  vật liệu nào đều có sự   ảnh hưởng với từ  trường ngoài (H), thể  hiện  
bằng độ từ hóa ( từ độ ­ M). Tỷ số C = M/N được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào 
giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có C  0 (~10­6) được gọi là vật 
liệu thuận từ. Vật liệu có C > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferit từ.
Ngoài độ  cảm từ, một số  thông số  khác cũng rất quan trọng trong việc xác  
định tính chất của vật liệu. VD: từ độ bão hòa Ms ( từ độ đạt cực đại tại từ trường 

quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm 
rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia,  
lượng nước được sử  dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ  yếu là  
từ  các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể  tính sơ  lược nhu  
cầu sử dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 ­65 lít và thải ra 10 ­40 lít 
nước [7,8]. 
8


Đối với con người, thuốc nhuộm có thể  gây ra các bệnh về  da, đường hô 
hấp, đường tiêu hóa. Ngoài ra, một số  thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của  
chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4 – amino – azo – 
benzen). Các nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm  
này nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị  trường do giá thành rẻ  và 
hiệu quả nhuộm màu cao .
1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thông thường
Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu  cơ hoặc dạng phức của 
các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không 
còn  sử  dụng  nhiều  do  nước  thải  sau  khi  nhuộm  chứa  hàm  lượng  lớn các  kim 
loại  nặng  gây  ô  nhiễm  môi  trường  nghiêm  trọng.  Thuốc  nhuộm  dạng hữu  cơ 
mang màu hiện rất phổ biến trên thị trường.
1.4.3.  Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm
1.4.3.1.  Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp thông dụng để  xử  lý nước thải dệt nhuộm. Nước thải 
dệt nhuộm có tính chất như  một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 
10­7 – 10­5 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc. 
Quá trình lắng chỉ có thể  tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể 
tách được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan, vì những hạt rắn có kích 
thước quá nhỏ.Để  tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu  
phân nhỏ  thành các tập hợp lớn hơn.Việc khử  các hạt keo đòi hỏi trước hết cần 

lượng.
Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp.
Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên  
chi phí thấp nhưng hiệu quả xử lý cao.
Vật liệu  ứng dụng trong phương pháp hấp phụ  rất đa dạng : than hoạt tính,  
zeolite, composit, đất sét, silicagel... Với mỗi loại vật liệu có đặc điểm và tính chọn  
lọc riêng phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và sử dụng thực tiễn.
1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu azo
1.5.1. Đặc điểm cấu tạo
Hợp  chất  azo  là  những  hợp  chất  màu  tổng  hợp  có  chứa nhóm azo  ­  N= N­. 
Hầu hết các loại hợp chất màu azo chỉ chứa một nhóm azo (gọi là monoazo), một 
số  ít  chứa  hai  nhóm  hoặc  nhiều  hơn.  Hợp  chất  azo  thường  có chứa  một  vòng 
10


thơm  liên  kết  với  nhóm  azo  và  nối  với  một  naphtalen  hay vòng benzen thứ hai. 
Sự  khác  nhau  giữa  các  hợp  chất  azo  chủ  yếu  ở  vòng thơm,  các  nhóm quanh  liên 
kết  azo giúp  ổn định  nhóm –N =  N –  bởi  chính những nhóm này tạo nên  một  hệ 
thống  chuyển  động,  là  yếu  tố  quan  trọng  ảnh  hưởng  tới  màu  sắc  của  hợp  chất 
azo.  Khi  hệ  thống  chuyển  vị  và  phân  chia  sẽ  xảy  ra  hiện  tượng hấp thụ  thường 
xuyên ánh sáng ở vùng khả kiến [12,13].
1.5.2. Tính chất
Hợp  chất  màu  azo  bền  hơn  tất  cả  các  phẩm  màu  thực  phẩm tự  nhiên. Đặc 
biệt, phẩm màu azo bền trong phạm vi pH khá rộng của thực phẩm, bền với nhiệt 
khi  phơi dưới  ánh sáng  và oxy, rất khó bị  phân  hủy bởi các vi sinh vật. Chính vì 
vậy,  các  hợp  chất  màu  azo  được  ứng  dụng  phổ  biến  trong  nhiều  ngành  công 
nghiệp  (thực  phẩm,  in,  nhuộm...)  [2,21]. 

CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

­ Cân phân tích HR200 – SHIMMADZU
­ Bộ máy khuấy Jar tester 
­ Tủ sấy MENMERT ­ Đức
­ Máy khuấy từ MSH 20 D/MS – MP4
­ Máy hút chân không LAB LABOPORT
2.3. Phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu trong 
dung dịch
Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, xác định hàm lượng phẩm màu còn lại 
sau quá trình hấp phụ của chitosan, Fe3O4 và các vật liệu chúng tôi khảo sát lại khả 
năng hấp thụ ánh sáng của 2 loại phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) ở các pH  
khác nhau. 
Chuẩn bị các dung dịch phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) có nồng độ 5 
mg/l trong các pH khác nhau(2, 4, 6, 8, 10). Khảo sát độ hấp thụ ánh sáng trong 
khoảng bước sóng từ 200 – 800 nm. Tìm khoảng bước sóng tối đa và ổn định, khảo 
sát tiếp với khoảng cách 2nm để tìm bước sóng tối ưu. Các kết quả được thể hiện 
trên hình 2.1, 2.2 :
Hình Hình 2.1. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pH
Hình  Hình 2.2. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Alizarin vàng G vào pH
12


Từ  các số  liệu biểu diễn trên đồ  thị  cho thấy độ  hấp thụ  quang của các 
phẩm màu ổn định và đạt cực đại tại : bước sóng 524 nm tại pH của dung dịch là 4 
đối với Methyl đỏ, bước sóng 352 nm tại pH của dung dịch là 7 đối với Alizarin 
vàng G. Trên cơ  sở này chúng tôi xây dựng đường chuẩn đối với từng phẩm màu.  
Kết quả được thể hiện trên bảng 2.1, 2.2 và hình 2.3, 2.4.
Bảng Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ
C (mg/L)
Abs


Abs

10
0,065

20
0,14

30
0,192

40
0,256

60
0,383

80
0,490

Hình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin vàng G

13

100
0,637


CHƯƠNG 3 ­ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu

Từ kết quả chụp phổ IR cho thấy, ta đã tổ hợp được vật liệu chitosan/ oxit sắt  
từ.
3.1.3. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X

 Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a. Chitosan; b. Fe3O4; c. FMM­C11;  
d. FMM­C21; e. FMM­C31
Từ  giản đồ  trên, ta thấy vật liệu chitosan tồn tại dưới dạng vô định hình. 
Các vật liệu còn lại tồn tại dưới dạng tinh thể, có thành phần phần trăm Fe3O4 lần 
lượt là 90%; 65%; 68% và 70%.
3.1.4. Xác định  đường cong từ hóa và từ độ bão hòa
Các mẫu vật liệu Fe3O4, FMM­C11, FMM­C21 và FMM­C31 đã được phân tích 
bằng phương pháp từ kế mẫu rung. Các kết quả được thể hiện trong hinh 3.4.

Hình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a. Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d. FMM-C31

15


Từ  kết quả  chụp phổ  cho thấy từ  độ  bão hòa của các vật liệu Fe 3O4, FMM­
C11, FMM­C21 và FMM­C31 lần lượt là 72; 37.8; 24; 16 emu/g.
Khi từ  độ  bão hòa thấp, vật liệu sẽ  khó lắng, khi từ  độ  bão hào cao cần sử 
dụng lực khuấy lớn để phân tán các hạt trong môi trường nước. Do đó, từ độ  thích 
hợp nằm trong khoảng 10­20 emu/g. Do đó, chúng tôi chọn vật liệu FMM­C31 làm 
vật liệu hấp phụ.  
3.1.5. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu

Hinh Hình 3.5: Kết quả chụp BET của vật liệu a. FMM-C11; b. FMM-C21; c. FMM-C31.

Diện tích bề mặt riêng vật liệu FMM­C11, FMM­C21và FMM­C31 lần lượt là 
3,89; 0,645; 0,081 m2/g. 

FMM31

108
34,8
13,3
7,2
6,04
5,15

132
34,9
9,02
6,71
6,03
5,9

Chitosan 
thô
968
508
264
180
166
155

Chitosan 
oligome
864
524
486

359

91,9
43,4

                                                             Thời gian lắng (phút)
Hinh Hình 3.6: Khảo sát thời gian lắng của vật liệu của vật liệu
Từ những kết quả trên, ta có thể kết luận được vật liệu FMM­C31 có độ  đục  
thấp và thời gian lắng nhanh. 
3.1.7. So sánh tính năng hấp phụ của các vật liệu
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 500  
mg/L lần lượt trong 3 bình tam giác với 3 loại vật liệu là FMM­C11, FMM­21 và 
FMM­C31 trong vòng 180 phút. Giữ  nguyên pH, đo và ghi lại giá trị  pH. Lấy một  
lượng mẫu nhất định đem đi lọc,  đo độ hấp phụ quang.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.1
Bảng Bảng Bảng 3.1. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMM­
C11, FMM­C21 và FMM­C31
FMM­C11
FMM­C21
FMM­C31
 

Co(mg/l)
500
500
500

Ct(mg/l)
322
129,6

30
60
90
120
180
240

Co (mg/L)
20
20
20
20
20
20
20
20

Ct (mg/L)
19,9
11,5
6,1
3,87
3,77
3,66
3,45
3,4

Qt (mg/g)
0,001
0,85

50
50
50

Ct(mg/L)
7,05
6,9
8,6
14,35
14,29

qt(mg/g)
4,29
4,31
4,1
3,56
3,57

Qua bảng cho thấy đối với metyl đỏ, pH sau khi xử lý đối với pH thấp có xu  
hướng tăng nhẹ. Đối với pH cao > 6 thì có xu hướng giảm, dao động xung quanh 
pH = 7. Quá trình hấp phụ màu xảy ra mạnh nhất ở pH = 4. Ở pH cao, hiệu suất xử 
lý độ màu thấp.
c. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM­C31
18


Bảng 3.8. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM­C314
Co(mg/L)
0
10

0
0,19
0,54
1,02
1,30
1,60

logqt
0
0
0,22
0,29
0,30
0,30

Hinh Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của metyl đỏ
Từ  đồ  thị  ta tính được vật liệu FMM­C31 có dung lượng hấp phụ  metyl đỏ 
cực đại: qmax=1/0,4898= 2,04 (mg/g).
3.2.2. Tiến hành khảo sát khả  năng hấp phụ  alizarin vàng G của vật liệu  
FMM­C31
a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ
Bảng Bảng 3.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G
T (phút)
0
15
30
60
90
120
180

8,63
113,7
8,63

Hinh Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G của  
vật liệu
Từ  đồ thị  hình, cho ta thấy đối với vật liệu FMM­C31 thời gian từ 0 đến 180 
phút, dung lượng hấp phụ alizarin vàng G tăng dần, sau 180 phút thì dung lượng hấp  
phụ gần như không tăng.

19


b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật  
liệu FMM­C31.
Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của  
vật liệu FMM­C31.
pH
2
4
6
8
10

pH sau
2,39
5,18
5,7
6,3
6,66

0
100
200
400
600
800
1000

Ct(mg/L)
0
1,07
1,16
2
10,13
45,08
157,7

qt(mg/g)
0
9,89
19,88
39,8
58,99
75,49
84,23

Ct/qt
0
0,11
0,06



­ Đã tổ  hợp được vật liệu Chitosan/Fe3O4 từ  3 loại chitosan thương mại có bán 
trên thị  trường Việt Nam (có độ  deaxetyl hóa và phân tử  lượng khác nhau) và oxit 
sắt từ thương mại. Vật liệu có từ tính và có khả năng hấp phụ phẩm màu trong môi 
trường nước. Vật liêu tổ  hợp từ  chitosan có độ  deaxetyl hóa cao và phân tử  lượng 
cao (chitosan polyme) là phù hợp nhất.
­ Đã sử dụng các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi  
điện tử quét (SEM), diện tích bề mặt riêng (BET) ... để xác định đặc trưng vật liệu. 
Kết quả cho thấy Fe 3O4 được phân tán tốt với chitosan, do đó vật liệu có khả  năng  
lắng tốt hơn vật liệu chitosan thông thường. Thời gian lắng để  đạt độ  đục thấp 
hơn 10 NTU là 1 phút.
­ Đã khảo sát điều kiện và tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM­
31 đối với phẩm màu azo ít tan trong nước là Methyl đỏ. Kết quả cho thấy thời gian  
đạt cân bằng hấp phụ  là 60 phút; khoảng pH phù hợp là pH = 2 ­ 6; tải trọng hấp  
phụ cực đại là 2 mg/g.
­ Đã khảo sát điều kiện và tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM­
31 đối với phẩm màu azo dễ  tan trong nước là Alizarin vàng G. Kết quả  cho thấy 
thời gian đạt cân bằng hấp phụ  là 180 phút; khoảng pH phù hợp là pH = 2 ­ 4; tải  
trọng hấp phụ cực đại là 86 mg/g.
Như  vậy, các kết quả  nghiên cứu cho thấy đã tổ  hợp được vật liệu hấp phụ 
có từ tính và khả năng ứng dụng khá tốt. Tuy nhiên, các nghiên cứu tiếp theo cần đi  
sâu đánh giá, lí giải và khảo sát các yếu tố   ảnh hưởng đến cơ  chế  hấp phụ, khả 
năng tái sử dụng cũng như từng bước hoàn thiện điều kiện chế tạo vật liệu nhằm 
nâng cao hiệu quả hấp phụ của vật liệu.

21