Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học Vật Chất Nghiên Cứu Hấp Phụ Metylen Xanh Trong Môi Trường Nước Sử Dụng Vật Liệu Hấp Phụ Chế Tạo Từ Bã Chè Biến Tính.pdf

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUỲNH THU NGA NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ METYLEN XANH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SỬ DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤCHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ BIẾN TÍNH Chuyên ngành Hóa Vô Cơ Mã số 60 44 01[.]

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUỲNH THU NGA NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ METYLEN XANH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SỬ DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤCHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ BIẾN TÍNH Chun ngành: Hóa Vơ Cơ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Trà Hương THÁI NGUYÊN - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã chè biến tính” thân tơi thực Các số liệu, kết đề tài trung thực Nếu sai thật xin chịu trách nhiệm Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016 Tác giả luận văn Huỳnh Thu Nga i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Trà Hương, cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn Cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, thầy Khoa sau Đại học, thầy cô Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu, để hồn thành luận văn khoa học Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo cán phịng thí nghiệm Hố lý - Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên bạn đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cán Trường Đại học Y Dược cho phép sử dụng sở vật chất trang thiết bị trình thực cơng việc thực nghiệm Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân hạn chế, nên kết nghiên cứu cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn, để luận văn hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016 Tác giả HUỲNH THU NGA ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng iv Danh mục hình v Danh mục từ viết tắt vi MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.1.1 Động học hấp phụ 1.1.2 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 1.2 Khái quát chung metylen xanh 1.3 Ứng dụng metylen xanh 1.3.1 Sử dụng công nghiệp 1.3.2 Sử dụng y học 1.4 Tác hại metylen xanh 1.5 Thuốc nhuộm thuốc nhuộm metylen xanh nước thải công nghiệp 1.6 Các cách xử lý ô nhiễm metylen xanh 10 1.6.1 Quang xúc tác 10 1.6.2 Công nghệ màng trao đổi cation 11 1.6.3 Phương pháp keo tụ 11 1.6.4 Phương pháp oxy hóa tăng cường 12 1.6.5 Phương pháp hấp phụ 13 1.7 Giới thiệu chè 14 1.8 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh môi trường nước sử dụng bã chè, chất thải chè làm vật liệu hấp phụ 16 1.8.1 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh 16 1.8.2 Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã thải chè làm vật liệu hấp phụ 19 1.9 Giới thiệu phương pháp phân tích trắc quang 22 iii 1.9.1 Nguyên tắc 22 1.9.2 Độ hấp thụ quang (A) 22 1.9.3 Phương pháp đường chuẩn 23 1.10 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 23 1.10.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT - IR) 23 1.10.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 24 1.10.3 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 25 1.10.4 Phổ tán xạ Raman 25 Chương 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 Dụng cụ hóa chất 27 2.1.1 Thiết bị 27 2.1.2 Hóa chất 27 2.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 27 2.3 Chế tạo vật liệu hấp phụ bã chè biến tính TK TAC 28 2.3.1 Chế tạo vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH (Tea KOH - TK) 29 2.3.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hoạt tính bã chè (Tea Activated Carbon TAC) 29 2.4 Khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý, cấu trúc TK TAC 29 2.5 Xác định điểm đẳng điện TK TAC 30 2.6 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ metylen xanh TK TAC theo phương pháp hấp phụ tĩnh 30 2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian 30 2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng pH 31 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP 31 2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 32 2.6.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu 32 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Kết khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý, cấu trúc TK TAC 33 3.2 Điểm đẳng điện TK TAC 41 3.3 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ metylen xanh VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 43 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian 43 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH 46 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng TK TAC 49 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 50 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu 51 3.4 Khảo sát dung lượng hấp phụ metylen xanh theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 52 3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ metylen xanh theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 54 3.6 Kết tính thơng số nhiệt động lực học trình hấp phụ metylen xanh TK TAC 57 3.7 Động học hấp phụ metylen xanh TK TAC 59 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 71 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 1.2: Độc tính metylen xanh Bảng 2.1 Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch metylen xanh với nồng độ khác 28 Bảng 3.1: Kết xác định điểm đẳng điện TK 41 Bảng 3.2: Kết xác định điểm đẳng điện TAC 42 Bảng 3.3: Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ TK 44 Bảng 3.4: Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ TAC 45 Bảng 3.5: Ảnh hưởng pH đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ 47 Bảng 3.6: Ảnh hưởng khối lượng TK TAC đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ 49 Bảng 3.7: Ảnh hưởng nhiệt độ đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ 50 Bảng 3.8: Ảnh hưởng nồng độ đầu metylen xanh đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ TK 51 Bảng 3.9: Ảnh hưởng nồng độ đầu metylen xanh đến 52 dung lượng, hiệu suất hấp phụ TAC 52 Bảng 3.10: Dung lượng hấp phụ cực đại qmax số Langmuir b 54 Bảng 3.11: Kết khảo sát phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ metylen xanh TK 54 Bảng 3.12: Kết khảo sát phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ metylen xanh TAC 55 Bảng 3.13: Các số phương trình Freundlich metylen xanh 56 Bảng 3.14: Kết tính KD nhiệt độ khác 57 Bảng 3.15: Các thông số nhiệt động lực học trình hấp phụ metylen xanh 58 Bảng 3.16: Số liệu khảo sát động học hấp phụ metylen xanh 59 Bảng 3.17: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc metylen xanh 60 Bảng 3.18: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc metylen xanh 60 Bảng 3.19: Số liệu khảo sát động học hấp phụ metylen xanh 62 Bảng 3.20: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc metylen xanh 63 Bảng 3.21: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc metylen xanh 63 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Công thức cấu tạo metylen xanh Hình 1.2: Bệnh thủy đậu trẻ nhỏ Hình 1.3: Nước thải nhiễm metylen xanh Hình 1.4: Hình ảnh chè 14 Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 28 Hình 2.2: Các giai đoạn chế tạo vật liệu 28 Hình 3.1: Hình thái học bề mặt bã chè chưa biến tính 33 Hình 3.2: Hình thái học bề mặt TK 33 Hình 3.3: Hình thái học bề mặt TAC 34 Hình 3.4: Phổ hồng ngoại bã chè chưa biến tính 35 Hình 3.5: Phổ hồng ngoại TK 36 Hình 3.6: Phổ hồng ngoại CAC 38 Hình 3.7: Phổ hồng ngoại TAC 39 Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ XRD TAC CAC 40 Hình 3.9: Phổ Raman TAC CAC 40 Hình 3.10: Đồ thị xác định điểm đẳng điện TK 42 Hình 3.11: Đồ thị xác định điểm đẳng điện TAC 43 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ TK 46 Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ TAC 46 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ TK 47 Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ TAC 47 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào khối lượng TK 49 Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào khối lượng TAC 49 Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ 51 Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ 51 Hình 3.20: Đường đẳng nhiệt Langmuir metylen xanh 53 Hình 3.21: Sự phụ thuộc C cb /q vào C metylen xanh 53 Hình 3.22: Đường đẳng nhiệt Langmuir TAC metylen xanh 53 v Hình 3.23: Sự phụ thuộc C cb /q vào C cb metylen xanh 53 Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lqCcb 55 Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lqCcb 56 Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lnKD vào 1/T TK 58 Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lnKD vào 1/T TAC 58 Hình 3.28: Đồ thị phương trình động học bậc metylen xanh 60 Hình 3.29: Đồ thị phương trình động học bậc metylen xanh 60 Hình 3.30: Đồ thị phương trình động học bậc metylen xanh 63 Hình 3.31: Đồ thị phương trình động học bậc metylen xanh 63 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Kí hiệu viết tắt Nội dung MB FT-IR Phổ hồng ngoại XRD Nhiễu xạ rơnghen TAC Tea Activated Carbon – Cacbon hoạt tính bã chè TEM Hiển vi điện tử truyền qua TK VLHP Vật liệu hấp phụ SEM Hiển vi điện tử quét CAC Cacbon hoạt tính thương mại Methylene Blue - Metylen xanh Tea KOH - Bã chè biến tính KOH vi MỞ ĐẦU Cơng nghiệp dệt nhuộm ngành lớn lâu đời Việt Nam Do đặc thù sản xuất, ngành công nghiệp tiêu thụ lượng lớn nước tạo lượng nước thải công nghiệp dệt nhuộm tương ứng từ bước khác trình nhuộm màu hồn thiện sản xuất Nước thải có độ kiềm, độ màu hàm lượng chất hữu cơ, chất rắn độc hại cao sử dụng nhiều loại hóa chất quy trình sản xuất Ngồi số thuốc nhuộm cịn có tính chất độc hại chúng thâm nhập vào thức ăn, nguồn nước sinh hoạt, tác nhân gây ung thư người tiếp nhận nguồn Ở quốc gia, có Việt Nam, việc xử lý thành phần gây ô nhiễm tới hàm lượng cho phép điều bắt buộc trước nguồn nước thải đưa trở lại tự nhiên Để giải vấn đề này, phương pháp khác sử dụng cho việc xử lý màu nước thải dệt nhuộm thông qua việc tách thuốc nhuộm khỏi nước thải trước đưa môi trường nước Các phương pháp thường sử dụng hóa học hóa lý truyền thống trung hịa điều chỉnh pH, đơng keo tụ, oxy hóa… Tuy nhiên, phương pháp khó vận dụng, u cầu chi phí đầu tư cao hóa chất đắt tiền Một hướng ưu tiên, gần nhiều nhà khoa học nước quan tâm xử lý màu nước thải dệt nhuộm vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trường chế tạo từ vật liệu phế thải hoạt động công nghiệp nông nghiệp Ưu điểm nguồn cung cấp vật liệu phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với mơi trường Việt Nam có khí hậu nhiệt đới mùa nằm khu vực Đông Nam Á, nôi chè Hiện nay, nước có khoảng 130 nghìn chè loại, suất bình quân đạt 77 tạ/ha, sản lượng chè nước đạt gần 824 nghìn búp tươi Trà Việt Nam xuất sang 110 quốc gia vùng lãnh thổ, giá trị xuất đạt gần 200 triệu USD/năm Việt Nam đứng thứ giới sản lượng xuất trà với kế hoạch sản xuất đạt 1,2 triệu chè thô xuất 200.000 chè chế biến vào năm 2015 Thái Nguyên vùng chè trọng điểm nước, với diện tích chè 18.500ha, có gần 17.000ha chè kinh doanh, suất đạt 109 tạ/ha, sản lượng đạt gần 185 nghìn Xác định chè trồng mũi nhọn, năm qua, tỉnh Thái Nguyên triển khai nhiều biện pháp để nâng cao suất, chất lượng sản phẩm chè, có việc áp dụng quy trình thực hành sản xuất nơng nghiệp tốt (VietGAP) Hiện nay, tồn tỉnh có 15 mơ hình chè theo tiêu chuẩn VietGAP huyện Đại Từ, Đồng Hỷ, Định Hóa, Võ Nhai, Phổ Yên, Phú Lương Trong trình sản xuất chè, chè có chất lượng cao lựa chọn để sản xuất chè xanh khơ xuất khẩu, cịn chè chất lượng thấp sử dụng để sản xuất đồ uống trà để tách polyphenol chè Một số lượng lớn bã chè để sản xuất đồ uống thường bị thải môi trường mà không qua xử lý, khơng lãng phí tài ngun mà cịn gây vấn đề vệ sinh mơi trường trình phân hủy Các nghiên cứu cho thấy bã chè có thành phần chủ yếu cellulose, hemicelluloses, lignin, tannin protein Trong cellulose, hemicelluloses, lignin tannin chất có chứa nhóm chức cacboxylic, phenolic, hydroxyl oxyl thơm…có khả hấp phụ phẩm nhuộm mơi trường nước Vì vậy, định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã chè biến tính” Đây hướng nghiên cứu phù hợp với mục tiêu “Hình thành phát triển ngành cơng nghiệp tái chế chất thải” chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia Việt Nam đến năm 2020 tận dụng nguồn vật liệu phế thải ngành công nghiệp chè - ngành công nghiệp mạnh quê hương Thái Nguyên Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phương pháp hấp phụ Hiện có nhiều phương pháp xử lý nước thải: Phương pháp học, phương pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lý, phương pháp hấp phụ phương pháp hóa học Trong phương pháp hấp phụ phương pháp xử lý ý nhiều thời gian gần đây, nhiều đặc điểm ưu việt Vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng địi hỏi thiết bị phức tạp q trình xử lý khơng đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại 1.1.1 Động học hấp phụ + Đối với hệ lỏng - rắn, trình hấp phụ xảy theo giai đoạn sau: - Giai đoạn khuếch tán dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngồi chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán màng: phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ chứa hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán mao quản: phần tử chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên hệ mao quản chất hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực sự: phần tử chất bị hấp phụ gắn chặt vào bề mặt chất hấp phụ Quá trình hấp phụ coi phản ứng nối tiếp, phản ứng nhỏ giai đoạn q trình Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm đóng vai trị định đến tốc độ trình Trong trình động học hấp phụ, người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán ngồi có tốc độ chậm Do giai đoạn đóng vai trị định đến tồn q trình động học hấp phụ Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào giai đoạn thay đổi theo thời gian q trình đạt trạng thái cân Tớ c ̣ hấ p phụ v biế n thiên nồng đô ̣ chấ t bi ̣hấp phu ̣ theo thời gian: v dx dt (1.1) Tốc độ hấp phụ phu ̣ thuô ̣c bâ ̣c nhấ t vào sự biế n thiên nồ ng đô ̣ theo thời gian: V dx   (C0  Ccb )  k(q max  q) dt (1.2) Trong đó: β: hệ số chuyển khối C0: nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích thời điểm ban đầu (mg/L) Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích thời điểm t (mg/L) k : số tốc độ hấp phụ q : dung lượng hấp phụ thời điểm t (mg/g) qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc Lagergren dq t  k1 (q e  q t ) dt (1.3) Dạng tích phân phương trình là: lg(q e  q t )  lgq e  k1 t 2,303 (1.4) Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng: dq t  k (q e  q t ) dt (1.5) Dạng tích phân phương trình là: t 1   t q t k q e q e (1.6) Trong đó: qe , qt dung lượng hấp phụ thời gian đạt cân thời gian t (mg/g) k1, k2 số tốc độ hấp phụ bậc (thời gian-1) bậc hai (g.mg-1 thời gian-1) biểu kiến 1.1.2 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT (P C) gọi đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ đường mô tả phụ thuộc dung lượng hấp phụ thời điểm vào nồng độ áp suất chất bị hấp phụ thời điểm nhiệt độ không đổi Đối với chất hấp phụ chất rắn, chất bị hấp phụ chất lỏng, khí đường hấp phụ đẳng nhiệt mô tả qua phương trình đẳng nhiệt hấp phụ như: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir… Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng áp dụng cho hệ hấp phụ rắn - khí nêu bảng 1.1 Bảng 1.1: Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Tên phương trình Phương trình Bản chất hấp phụ Langmuir v b.q   vm  b.q Vật lý hóa học Henry v  k p Vật lý hóa học Frendlich v  k p (n > 1) Vật lý hóa học Shlygin-Frumkin- v    ln Co p vm a Vật lý hóa học p (C  1) p   v.( po  p) vm C vm C po Vật lý, nhiều lớp Tempkin Brunauer-EmmettTeller (BET) , n Trong phương trình trên: v : thể tích chất bị hấp phụ, đặc trưng cho đại lượng hấp phụ thường biểu diễn cm3 điều kiện tiêu chuẩn vm : đại lượng hấp phụ cực đại p : áp suất chất bị hấp phụ pha khí  : độ che phủ ; a, b, k , k , , n, C, Co : số po : áp suất bão hòa chất bị hấp phụ trạng thái lỏng tinh khiết nhiệt độ 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp phụ Có ba yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ chất lên bề mặt chất rắn, là: Nồng độ chất tan chất lỏng (hoặc áp suất chất khí) Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, hấp phụ dung dịch giảm thường mức độ Q trình hấp phụ cạnh tranh chất bị hấp phụ Ngồi ra, cịn vài yếu tố khác thay đổi diện tích bề mặt chất hấp phụ thay đổi pH dung dịch 1.2 Khái quát chung metylen xanh Metylen xanh loại thuốc nhuộm bazơ cation, sử dụng phổ biến công nghiệp dệt nhuộm, làm chất thị thuốc y học Đây chất khó phân hủy thải môi trường nước, gây vẻ đẹp mĩ quan, ảnh hưởng xấu đến trình sản xuất sinh hoạt Metylen xanh hợp chất hóa học thơm dị vịng có cơng thức phân tử là: C16H18N3SCl Cơng thức cấu tạo sau: Hình 1.1: Công thức cấu tạo metylen xanh Khối lượng mol phân tử: 319,85 g/mol; Nhiệt độ nóng chảy: 100 - 110 °C Khi tồn dạng ngậm nước (C16H18N3SCl.3H2O) điều kiện tự nhiên, khối lượng mol phân tử metylen xanh 373,9 g/mol Metylen xanh (MB) chất màu thuộc họ thiôzin, phân ly dạng cation MB+ C16H18N3S+ Metylen xanh chất tinh thể màu xanh lục, có ánh kim, tan nhiều nước, etanol Trong hóa học phân tích, metylen xanh sử dụng chất thị với oxi hóa khử tiêu chuẩn 0,01V Dung dịch chất có màu xanh mơi trường oxi hóa, màu chuyển sang khơng màu tiếp xúc với chất khử Metylen xanh sử dụng làm chất thị để phân tích số nguyên tố theo phương pháp động học 1.3 Ứng dụng metylen xanh 1.3.1 Sử dụng công nghiệp Trong loại thuốc nhuộm, thuốc nhuộm cation, bao gồm methylen xanh sử dụng sản xuất sơn nhuộm len Metylen xanh sử dụng vi sinh, phẫu thuật, chuẩn đoán bệnh chất gây ức chế q trình oxy hóa chất thải hữu Nhiều thuốc nhuộm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác chẳng hạn dệt may, giấy, cao su, nhựa, thực phẩm dược phẩm [43, 47] 1.3.2 Sử dụng y học Metylen xanh loại thuốc giải độc, sát khuẩn nhẹ có dạng dùng viên nén, thuốc tiêm, dung dịch dùng 1% dung dịch milian (gồm metylen xanh, tím gentian, ethanol, nước cất…)… Metylen xanh dùng điều trị methemoglobin-huyết thuốc không rõ nguyên nhân, điều trị ngộ độc cyanid điều trị triệu chứng methemoglobin - huyết với liều tiêm tĩnh mạch cho người lớn trẻ em là: - mg/kg, tiêm chậm vài phút Metylen xanh có tác dụng sát khuẩn nhẹ nhuộm màu mô Metylen xanh có số ứng dụng đáng ý y học lâm sang để điều trị nhiễm virut da herpes simplex, điều trị chốc lở, viêm da mủ, sát khuẩn đường niệu sinh dục làm thuốc nhuộm mô số thao tác chẩn đốn (nhuộm vi khuẩn…) Ngồi ra, cịn xem thuốc giải độc cyanid, nitroprusiat chất gây ethemoglobin huyết Metylen xanh loại thuốc thường an tồn sử dụng hợp lí liều lượng cách dùng [18] Hình 1.2: Bệnh thủy đậu trẻ nhỏ 1.4 Tác hại metylen xanh Mặc dù khơng liệt vào nhóm hóa chất gây độc cao, metylen xanh gây tổn thương tạm thời da mắt người động vật Metylen xanh chất có hoạt tính sinh học tiêm khơng phù hợp, dẫn đến số biến chứng sức khỏe, bao gồm rối loạn tiêu hóa Nếu dùng lượng lớn metylen xanh gây thiếu máu số triệu chứng đường tiêu hóa uống tiêm tĩnh mạch liều cao Thường gặp: thiếu máu, tan máu Ngồi ra, người bệnh thấy buồn nơn, nơn, đau bụng; chóng mặt, đau đầu, sốt; hạ huyết áp, đau vùng trước tim; kích ứng bàng quang; da có màu xanh Metylen xanh chất gây ức chế MAO (monoamine oxidase) furazolidone (Furoxone), isocarboxazid (Marplan), phenelzine (Nardil),… cực mạnh người gây serotonin có khả gây tử vong Đã có số trường hợp tử vong người độc tính serotonin Những phụ nữ có thai cho bú, người bệnh có chức thận yếu nên thận trọng dùng methylene xanh dùng methylene xanh kéo dài dẫn đến thiếu máu tăng phá huỷ hồng cầu gây tan máu đặc biệt trẻ nhỏ người bệnh thiếu glucose - phosphat dehydrogenase Bảng 1.2: Độc tính metylen xanh [37] Động vật Liều lượng (mg/kg) Biểu Con chuột 5-50 Chết tế bào thần kinh, giảm tế bào isoflurane Con chó 10-20 Hạ huyết áp, giảm SVR (Systemic Vascular Resistance), tăng huyết áp động mạch phổi Con người Liều lượng (mg/kg) 2-4 Biểu Bong vảy da trẻ sơ sinh, chứng tan máu, thiếu máu Buồn nôn, nôn, đau bụng, đau ngực, sốt, hội chứng tan máu 7,5 Sốt cao bị lú lẫn 20 Hạ huyết áp 80 Mất màu xanh da (tương tự để chứng xanh tím) 1.5 Thuốc nhuộm thuốc nhuộm metylen xanh nước thải công nghiệp Hơn 70.000 khoảng 10.000 loại thuốc nhuộm bột màu sản xuất năm toàn giới có khoảng 20-30% thải nước thải công nghiệp ngành dệt nhuộm Metylen xanh thuốc nhuộm sử dụng phổ biến [41] Thuốc nhuộm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp dệt, giấy, nhựa, thực phẩm mỹ phẩm Chất thải từ ngành công nghiệp gây hại trực tiếp đến mơi trường Mức độ ô nhiễm nồng độ thấp ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh thức ăn Nhiều thuốc nhuộm khó phân thủy Chúng bền với ánh sáng, chất oxy hóa chống lại phân hủy thiếu khí Do đó, tình trạng nhiễm thuốc nhuộm đặt không vấn đề nghiêm trọng tới sức khỏe cộng đồng, mà cịn ảnh hưởng đến nhiễm mơi trường Việc thải nước thải có màu vào hệ sinh thái gây thẩm mỹ, tượng nhiễu loạn đời sống thủy sinh Hình 1.3: Nước thải nhiễm metylen xanh Việc thải thuốc nhuộm môi trường gây lo lắng vấn đề ô nhiễm vấn đề thẩm mĩ Các ngành công nghiệp dệt may, da, giấy, nhựa, , nguồn nước thải có chứa thuốc nhuộm Có 100,000 loại thuốc nhuộm khác thải môi trường 7.105 hàng năm Mặc dù metylen xanh sử dụng số phương pháp điều trị y tế dệt nhuộm, gây tổn thương mắt cho người động vật Khi hít vào, gây rối loạn nhịp thở thở nhanh khó thở Khi qua đường miệng, gây triệu chứng buồn nơn, ói mửa, tiêu chảy, viêm dày rối loạn tâm thần Do đó, việc loại bỏ metylen xanh từ chất thải công nghiệp trở thành mối quan tâm lớn môi trường [21] 1.6 Các cách xử lý ô nhiễm metylen xanh Do đặc thù công nghệ, nước thải dệt nhuộm có số TS (là lượng khơ tính mg phần cịn lại sau làm bay lít mẫu nước nồi cách thủy sấy khô 105°C khối lượng không đổi (mg/L), TSS (là tổng lượng vật chất hữu vô lơ lửng (phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo) lơ lửng nước), độ màu, COD BOD cao, bên cạnh phải kể đến số lượng đáng kể kim loại nặng độc hại Cr, Cu, Co, Zn… công đoạn khác Chính cần phân luồng dịng thải theo tính chất mức độ gây nhiễm: dịng nhiễm nặng dịch nhuộm, dịch hồ, nước giặt đầu, dịng nhiễm vừa nước giặt giai đoạn trung gian, dịng nhiễm nước giặt cuối …để có biện pháp xử lý phù hợp Trong thực tế để đạt hiệu xử lý kinh tế, người ta không dùng đơn lẻ mà kết hợp phương pháp xử lý hóa lý, hóa học, sinh học, nhằm tạo nên quy trình xử lý hồn chỉnh Trên giới có nhiều loại hình công nghệ để xử lý metylen xanh áp dụng là: quang xúc tác, phân hủy điện hóa, màng trao đổi cation, phương pháp keo tụ, phương pháp oxy hóa tăng cườngvà phương pháp hấp phụ 1.6.1 Quang xúc tác Q trình quang xúc tác q trình kích thích phản ứng quang hóa chất xúc tác, dựa nguyên tắc chất xúc tác X nhận lượng ánh sáng chuyển sang dạng hoạt hóa X*, sau X* chuyển lượng sang cho chất thải chất thải bị biến đổi sang dạng mong muốn Một số chất bán dẫn sử dụng làm chất quang xúc tác zinc oxide ZnO, titanium dioxide TiO2, zinc titanate Zn2TiO2, cát biển, CdS chất cho hiệu cao Cơ chế phân hủy MB bởi TiO2 và ánh sáng UV: 10 ... khả hấp phụ phẩm nhuộm mơi trường nước Vì vậy, chúng tơi định lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã chè biến tính” Đây hướng nghiên. .. Phương pháp hấp phụ 13 1.7 Giới thiệu chè 14 1.8 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh môi trường nước sử dụng bã chè, chất thải chè làm vật liệu hấp phụ 16... CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: ? ?Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã chè biến tính” thân tơi thực Các số liệu, kết đề tài trung thực Nếu sai