đồ án khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân

II  Đồ Án Khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân - 1 - Mục Lục Tổng quan về thuốc nhuộm 2 Giới thiệu thuốc nhuộm 2 Khái niệm về thuốc nhuộm 2 1.2 Cấu tạo và màu sắc của thuốc nhuộm 3 Cấu tạo và màu sắc 4 Phân loại các màu nhuộm 4 Cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu 5 1.1.4 Phân loại thuốc nhuộm 5 Phân loại theo lớp kỹ thuật 8 Tổng quan về thuốc nhuộm trực tiếp 10 Đặc điểm 10 Cấu tạo hóa học 11 Phạm vi sử dụng 13 Nước thải ngành dệt nhuộm 14 Các chất rắn trong nước thải dệt nhuộm 17 Nhu cầu về nước và nước thải trong xí nghiệp dệt nhuộm 18 Tác nhân gây ô nhiễm và đặc tính của dòng thải 19 Các phương pháp xử lý nước thải 24 Cơ sở lựa chọn thiết kế hệ thống nước thải 26 Sử dụng lại dung dịch dệt nhuộm 28 Tổng quan về điện phân 30 Khái niệm 30 Các kết quả nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm 35 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 37 Phương pháp đo màu của máy quang phổ 37 Phương pháp đo 37 Tiến hành đo màu 37 Kế hoạch thực nghiệm 37 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Tổng quan về thuốc nhuộm Giới thiệu thuốc nhuộm Khái niệm về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác. - 2 - 1.1.1Các loại thuốc nhuộm Phần nhiều các lọai thuốc nhuộm, dựa trên tính chất lý hóa của chúng, sẽ thâm nhập vào tế bào hoặc cấu trúc của tế bào. Trong màu nhuộm, các chất có tính tạo màu thường ở dạng ion. Khi chất màu này có điện dương (+), thì chúng có tính cách kềm. Khi chất màu có mang điện âm (-) thì chúng có tính acid. Lệ thuộc vào độ pH của dung môi chất màu sẽ ở dạng ion hoặc không ở dạng ion. 1.1.2Cách gọi tên Gồm 3 phần - Phần thứ 1: viết cả chữ, chỉ tên phân lớp kỹ thuật của thuốc nhuộm. - Phần thứ 2: viết cả chữ, thường là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc nhuộm. - Phần thứ 3: được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của thuốc nhuộm. Để chỉ cường độ màu người ta dùng hai chữ cái đi liền với nhau như BB, RR …., hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B, 4G…. 1.2 Cấu tạo và màu sắc của thuốc nhuộm 1.2.1Ánh sáng và màu sắc Màu sắc là kết quả tương tác giữa ánh sáng với vật thể. Màu mà mắt chúng ta nhận được là màu phụ với màu hấp thụ. Mắt chúng ta chỉ nhận được các dao động điện từ ánh sáng ở vùng có bước sóng 400-750 micromet. Khi ánh sáng trắng đập vào một vật thể bị phản xạ hoàn toàn thì mắt ta thấy vật thể màu trắng. Toàn bộ các tia sáng đập vật thể bị hấp thụ hết thì vật ấy có màu đen. Vật thể chỉ hấp thụ một số tia và tán xạ những tia còn lại mắt cho ta thấy vật có màu của những tia không bị hấp thụ tán xạ. Như vậy, màu sắc có thể nói là sự hấp thụ chọn lọc những miền xác định trong phổ liên tục của ánh sáng đập vào mắt. Bảng 1.1: Mối liên hệ giữa bước sóng hấp thụ vào màu sắc của vật hấp thụ. - 3 - Tên màu Bước sóng nm Tên màu Bước sóng nm Tím lục_vàng 400_435 Lục vàng tím 560_580 Lam vàng 435_480 Vàng lam 580_590 Lam_lục nhạt da cam 480_490 Da cam lam_lục nhạt 595_600 Lục_lam nhạt đỏ 490_500 Đỏ lục_Lam nhạt 605_750 Lục đỏ đỏ tía 500_560 Cấu tạo và màu sắc Năng lượng bức xạ phụ thuộc vào bước sóng và tần số bức xạ. Vùng nhìn thấy khá hẹp có năng lượng từ 110-69 kcal/mol. Trong hóa học hữu cơ các hợp chất có màu thường phân tử của nó được tạo thành từ liên kết p và liên kết d. Các chất có màu có liên kết p liên hợp, phân tử của chúng có những nhóm đặc biệt có tác dụng làm mở rộng hệ liên kết kéo dài hệ liên hợp p. Phân loại các màu nhuộm + Màu cơ bản (hoặc màu thiên nhiên): các chất màu có sẵn trong các tế bào như chlorophyll, hemoglobin, anthocyane + Màu thứ cấp: các loại màu không có sẵn trong tế bào, mà được dùng để nhuộm đưa vào tế bào. Loại này bao gồm các màu thiên nhiên như: Safranin, hoặc các loại màu nhân tạo + Màu nhuộm sống (vitalis): tất cả các loại màu dùng để nhuộm tế bào còn hoạt động, còn sống. + Màu bright field (diachrome): loại màu này hấp thụ một phần ánh sáng và trong ánh sáng trắng (bright field) của kính sẽ hiện ra màu. Loại này cũng có tự nhiên trong tế bào như chlorophyll, hemoglobin hoặc anthocyan. + Màu fluorescence ( Fluorochrome): màu fluorescence có đặc tính không chỉ hấp thụ một phần ánh sáng như bright field, mà chúng còn phóng một phần ánh sáng hấp thụ ngược trở lại. - 4 - Cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu 1.1.3.1 Liên kết ion Liên kết này được thực hiện giữa các gốc mang màu tích điện âm của thuốc nhuộm (axít, trực tiếp) và các tâm tích điện dương của vật liệu. Trong quá trình nhuộm, khi tiếp cận với vật liệu, ion âm của thuốc nhuộm sẽ bị thu hút về các tâm tích điện dương này và thực hiện liên kết ion hay còn gọi là liên kết muối như sau: HOOC-P-NH 3 + + - O 3 S-Ar  HOOC-P-NH 3 + - - O 3 S-Ar Nhờ có năng lượng lớn nên thuốc nhuộm liên kết với vật liệu khá mạnh, tốc độ bắt màu nhanh, phải điều chỉnh tốc độ nhuộm bằng cách điều chỉnh trị số pH của dung dịch nhuộm. 1.1.3.2 Liên kết Hydro Liên kết hydro được thực hiện giữa các nhóm định chức của xơ và thuốc nhuộm như: hydroxyl, nhóm amin, nhóm amít và nhóm carboxyl. Khi phân tử thuốc nhuộm tiếp cận với vật liệu ở khoảng cách cần thiết thì lực liên kết hydro sẽ phát sinh do tương tác của các nhóm định chức với nhau. Liên kết hydro có vai trò quan trọng trong một số trường hợp để cố định thuốc nhuộm trên vật liệu. 1.1.3.3 Liên kết hóa trị Liên kết hóa trị được thực hiện chủ yếu ở thuốc nhuộm hoạt tính với các vật liệu chứa các nhóm hydroxyl và nhóm amin. Liên kết hóa trị giúp cho màu của vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm hoạt tính có độ bền màu cao với nhều chỉ tiêu, đặc biệt là với xử lý ướt. 1.1.3.4 Liên kết Vander Waals Liên kết Vander Waals được thực hiện ở hầu hết các lớp thuốc nhuộm khi tương tác với vật liệu. Liên kết Vander Waals được coi là tổ hợp của các lực hút: lưỡng cực, phân cực cảm ứng và lực phân tán. 1.1.4Phân loại thuốc nhuộm - 5 - 1.1.4.1 Phân loại theo cấu tạo hóa học + Thuốc nhuộm Nitro: Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân đơn (benzen, naphtalen) ít nhất là một nhóm nitro (NO 2 ) và một nhóm cho điện tử (NH 2 ,OH). Hình 1.1. Thuốc nhuộm nhóm Nitro + Thuốc nhuộm azo: là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát triển rất lâu đời, chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lượng thuốc nhuộm. Trong phân tử chứa một hoặc nhiều nhóm azo. Hình 1.2. Thuốc nhuộm azo - 6 - + Thuốc nhuộm Antraquinon: trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm Antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó. Gốc mang màu: Hình 1.3. Thuốc nhuộm Antraquinon + Thuốc nhuộm Indigoit: loại thuốc nhuộm này trước kia có nguồn gốc từ thực vật màu xanh sẫm trích từ lá cây chàm. Hiện nay, người ta tổng hợp được thuốc nhuộm Indigoit có công thức của gốc mang màu như sau: Hình 1.4. Thuốc nhuộm Indigoit Trong đó: X,Y là O, Se, NH… + Thuốc nhuộm lưư huỳnh: là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều nguyên tử lưu huỳnh. Gốc mang màu: Hình 1.5. Thuốc nhuộm lưư huỳnh + Thuốc nhuộm Arylmetan: là những dẫn xuất của mêtan, trong đó nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang màu. - 7 - Hình 1.6. Thuốc nhuộm Arylmetan + Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: trong phân tử có hệ mang màu là các hợp chất đa tụ giữa antraquinon với các vòng dị thể khác tạo nên mạch đa vòng. Hình 1.7. Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng Phân loại theo lớp kỹ thuật + Thuốc nhuộm hoạt tính: là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết cộng hóa trị với vật liệu nói chung nhờ vậy nên độ bền màu cao. Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là: S-R-T-X Trong đó: S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan. R: là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo(-N=N), antraquynon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin. T: là gốc mang nhóm phản ứng. X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng. Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư. - 8 - + Thuốc nhuộm axít: thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa tan trong nước thường dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da. Theo cấu tạo hóa học, đa số loại thuốc nhuộm này thuộc về nhóm azo, một số tạo phức với kim loại. Công thức tổng quát có thể viết dưới dạng: Ar-SO 3 Na Trong đó: Ar-SO 3 : là ion mang màu. + Thuốc nhuộm trực tiếp: là loại thuốc nhuộm tự bắt màu, chúng là những hợp chất màu tự hòa tan trong nước và có khả năng tự bắt màu với các vật liệu một cách trực tiếp nhờ các lực hấp thụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Hầu hết chúng thuộc nhóm azo, một số ít là dẫn xuất của dioxazin và ftaloxianin, nhưng dạng tổng quát chung được biểu diễn: Ar-SO 3 Na Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm. + Thuốc nhuộm hoàn nguyên: là những hợp chất màu hữu cơ không hòa tan trong nước, tuy có cấu tạo hóa học và màu sắc khác nhau nhưng chúng có chung một tính chất. Tất cả đều chứa các nhóm ceton trong phân tử và có dạng tổng quát là: + Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nước do trong phân tử không chứa nhóm tạo tính tan –SO 3 Na, -COONa, có kích thước phân tử nhỏ, khối lượng phân tử không lớn, cấu tạo không phức tạp. Phân tử chứa các nhóm –NH 2 , -HR 2 , -OH, -OR (R có thể là gốc alkyl, aryl, alkyl hydroxyl). - 9 - Tổng quan về thuốc nhuộm trực tiếp Đặc điểm Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu, là hợp chất hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: xơ xenlulô, giấy, tơ tằm, da và xơ polyamit màu là những một cách trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp thuộc về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của đioxazin và ftaloxianin, tất cả được sản xuất dưới dạng muối Natri của axit sunfonic hay các cacboxylic hữu cơ, một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni và kali, nên được viết dưới dạng tổng quát là: Ar – SO 3 Na Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm. Khi hoà tan vào nước thuốc nhuộm phân ly như sau: Ar – SO 3 Na Ar – SO 3 - + Na + Ion Ar – SO 3 - là ion mang màu, tích điện âm.  Khả năng tự bắt màu của thuốc nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố dưới đây: - Phân tử thuốc nhuộm phải chứa một hệ thống mối liên kết nối đôi cách không dưới tám kể từ đầu nhóm trợ màu này đến đầu nhóm trợ màu kia, như vậy phân tử thuốc nhuộm sẽ luôn ở trạng thái chưa bảo hoà hoá trị và có khả năng thực hiện các liên kết Vander Waals và liên kết Hydro với vật liệu. - Phân tử thuốc nhuộm phải thẳng vì xơ xenlulô nói riêng và những vật liệu mà thuốc nhuộm có khả năng bắt màu điều có cấu tạo phân tử mạch thẳng, có như vậy phân tử thuốc nhuộm mới dễ dàng tiếp cận với vật liệu và thực hiện các liên kết. - Phân tử thuốc nhuộm phải có cấu tạo thẳng, các nhân thơm hoặc các nhóm chức của thuốc nhuộm phải nằm trên cùng một mặt phẳng để nó có thể tiếp cận cao nhất với mặt phẳng của phân tử vật liệu, cũng là yếu tố quan trọng cho việc phát sinh và duy trì các lực liên kết của nó với vật liệu. - 10 - [...]... - dung tỷ bằng 40 khi có mặt 15% muối ăn Số liệu hay đồ thị hấp phụ tối ưu của mỗi thuốc nhuộm được sử dụng khi ghép màu với các thuốc nhuộm khác + Độ bền màu và sự biến sắc: thuốc nhuộm trực tiếp có ưu điểm là có đủ gam màu từ vàng đến đen, màu tương đối tươi, song nhiều thuốc nhuộm trực tiếp kém bền màu với giặt và ánh sáng Độ bền màu và ánh màu của thuốc nhuộm trực tiếp sẽ thay đổi khi nhuộm cho... ne) Người ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li trong nước, điện phân dùng điện cực dương tan 1.1.4 Sự điện phân các chất điện li 1.3.2.1 Sự điện phân chất điện li nóng chảy Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của các kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Ba, Ca, Mg, Al Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng... độ bền màu cho vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp người ta dùng các biện pháp khác nhau nhưng phổ biến hơn cả là dùng các chế phẩm từ nhựa cao phân tử tích điện trái dấu với thuốc nhuộm hoặc muối kim loại nặng Sau khi cầm màu bằng các chế phầm này độ bền với giặt và ánh sáng có thể tăng lên 1-2 cấp nhưng màu sẽ kém tươi (bị biến sắc) Các chế phẩm cầm màu cho vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm trực... Phân tích dung dịch nhuộm là khó khăn khi sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính do máy quang phổ không thể phân biệt được thuốc nhuộm đã thuỷ phân và thuốc nhuộm còn nguyên  Kết luận: Xử lý nước thải nhuộm có màu và khử màu nước thải là nhiệm vụ khó khăn Dải pH rộng, nồng độ muối và cấu trúc hoá chất thường làm cho công việc thêm phức tạp ác phương pháp vật lý và hoá học để loại bỏ thuốc nhuộm là hữu hiệu chỉ... đại bộ phận các thuốc nhuộm trực tiếp và xếp thành bốn loại: loại thông thường, loại có độ bền màu cao, loại chứa hoặc có khả năng kết hợp với ion kim loại thành phức không tan và loại có khả năng điazo hoá sau khi nhuộm + Thuốc nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của đioxazin + Thuốc nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của ftaloxyanin  Dựa vào các chỉ tiêu về độ bền màu và phương pháp sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp...Cấu tạo hóa học Thuốc nhuộm trực tiếp là loại thuốc nhuộm mà các ion mang màu của thuốc nhuộm liên kết với xenlulô bằng lực liên kết hóa học và các phân tử thuốc nhuộm xen kẻ với xơ sợi bằng lực liên kết Vander Waals … - Chúng tan trong môi trường trung tính, môi trường tốt để nhuộm là pH = 7, môi trường kiềm yếu Nhiệt độ tối ưu của quá trình nhuộm từ 50-60oC - Thuốc nhuộm trực tiếp có cấu tạo... trước khi xeo hoặc nhuộm phủ mặt bằng cách cán ép hoặc quét dung dịch thuốc nhuộm lên giấy Trong công nghiệp thuộc da một số thuốc nhuộm trực tiếp được dùng để nhuộm da nhất là các màu đen, nâu và một số màu xanh Ở nước ta thuốc nhuộm trực tiếp còn được dùng để nhuộm hàng mây tre, mành trúc, các đồ dùng đan từ tre nứa, tăm hương và nhuộm gỗ trước khi phủ vecni Nước thải ngành dệt nhuộm 1.1.1 Thành phần... những màu có độ bền với ánh sáng dưới cấp bốn (theo thang tám cấp), còn độ bền với xử lý ướt dưới cấp ba (theo thang năm cấp) - Gồm những thuốc nhuộm trực tiếp có độ bền ánh sáng trên cấp bốn, bền với xử lý ướt ở mức trung bình, sau khi cầm màu độ bền sẽ tăng lên - Gồm những thuốc nhuộm cần xử lý cầm màu với muối đồng nên trong tên gọi có chữ “cupro”, độ bền màu với giặt đạt trên cấp ba, còn với ánh sáng... bỏ thuốc nhuộm và thoái biến thuốc nhuộm cùng một lúc, quá trình hấp phụ đưa ra một cách khác để phân chia các quá trình này thành hai bước Một khi thuốc nhuộm đã được hấp phụ vào giá thể nông nghiệp, nó ở dạng dex xử lý hơn, và sau đó có thể xử lý được - 29 - Tổng quan về điện phân Khái niệm Sự điện phân là quá trình oxi hóa -khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện. .. dịch nhuộm Một số các tạp chất này có thể làm chậm lại quá trình nhuộm hoặc có thể gây đốm màu Khi nhuộm bằng các thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm hoàn nguyên hoặc thuốc nhuộm sunphua, yêu cầu vải được xử lý sau bằng hoá chất Kết quả là cần có thiết bị bảo quản để giữ dung dịch nhuộm tận trích khi vải nhuộm được xử lý sau Điều này làm tăng chi phí thiết bị và lượng nước cần để làm vệ sinh máy Phân . Đồ Án Khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân - 1 - Mục Lục Tổng quan về thuốc nhuộm 2 Giới thiệu thuốc nhuộm 2 Khái niệm về thuốc nhuộm 2 1.2 Cấu tạo và màu sắc của thuốc. của thuốc nhuộm 3 Cấu tạo và màu sắc 4 Phân loại các màu nhuộm 4 Cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu 5 1.1.4 Phân loại thuốc nhuộm 5 Phân loại theo lớp kỹ thuật 8 Tổng quan về thuốc nhuộm trực. mang màu của thuốc nhuộm. Khi hoà tan vào nước thuốc nhuộm phân ly như sau: Ar – SO 3 Na Ar – SO 3 - + Na + Ion Ar – SO 3 - là ion mang màu, tích điện âm.  Khả năng tự bắt màu của thuốc nhuộm