Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http //www lrc tnu edu vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THANH TÚ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC C[.]
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THANH TÚ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG Chun ngành: Hố phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG Thái Nguyên, 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Nước thải dệt nhuộm 1.1.1 Sơ lược thuốc nhuộm 1.1.2 Thuốc nhuộm azo 1.1.3 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm 1.1.4 Nguồn phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm 1.2 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ 1.2.2 Hấp phụ môi trường nước 10 1.2.3 Động học hấp phụ 11 1.2.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 12 1.3 Giới thiệu phương pháp phân tích trắc quang 15 1.3.1 Cơ sở phương pháp phân tích trắc quang 16 1.3.2 Các phương pháp phân tích định lượng trắc quang 17 1.4 Giới thiệu vật liệu hấp phụ (VLHP) bã mía 18 1.5 Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý mơi trường 19 Chƣơng THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 22 2.1 Hóa chất thiết bị 22 2.1.1 Hoá chất 22 2.1.2 Thiết bị 23 2.2 Chế tạo khảo sát số đặc trưng cấu trúc VLHP 23 2.2.1 Chế tạo VLHP từ bã mía 23 2.2.2 Một số đặc trưng cấu trúc VLHP 24 2.3 Định lượng metyl đỏ 28 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.4 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu VLHP 29 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP 30 2.5.1 Ảnh hưởng pH 30 2.5.2 Ảnh hưởng thời gian 32 2.5.3 Ảnh hưởng khối lượng VLHP 36 2.5.4 Ảnh hưởng kích thước VLHP 39 2.5.5 Ảnh hưởng nồng độ metyl đỏ ban đầu 40 2.5.6 So sánh khả hấp phụ VLHP với than hoạt tính 44 2.6 Xử lý thử mẫu nước thải chứa metyl đỏ 45 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Ơ nhiễm mơi trường nước vấn đề toàn xã hội quan tâm Ở Việt Nam tồn thực trạng nước thải hầu hết sở sản xuất xử lí sơ chí thải trực tiếp môi trường Hậu môi trường nước kể nước mặt nước ngầm nhiều khu vực bị nhiễm nghiêm trọng Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức người, xiết chặt cơng tác quản lí mơi trường việc tìm phương pháp nhằm loại bỏ ion kim loại nặng, hợp chất hữu độc hại khỏi mơi trường nước có ý nghĩa to lớn Thuốc nhuộm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp như: dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm…Do tính tan cao, thuốc nhuộm tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước hậu tổn hại đến người sinh vật sống Hơn nữa, thuốc nhuộm nước thải khó loại bỏ chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt tác nhân gây oxy hoá Trong số nhiều phương pháp nghiên cứu để tách loại phẩm màu môi trường nước, phương pháp hấp phụ lựa chọn mang lại hiệu cao Ưu điểm phương pháp từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn giản khơng đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại Hiện nay, có nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (như: bã mía, vỏ lạc, lõi ngơ, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi…) sử dụng để loại bỏ chất gây độc hại môi trường nước Bã mía (phụ phẩm ngành cơng nghiệp mía đường) đánh giá tiềm để chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) để xử lí ô nhiễm môi trường Xuất phát từ lí trên, luận văn thực đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý mơi trường” Với mục đích đó, đề tài chúng tơi nghiên cứu nội dung sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chế tạo VLHP từ bã mía Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP chế tạo từ bã mía metyl đỏ mơi trường nước Thử xử lí số mẫu nước thải chứa metyl đỏ VLHP chế tạo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nƣớc thải dệt nhuộm Ngành dệt nhuộm ngành quan trọng có từ lâu đời gắn liền với nhu cầu lồi người may mặc Sản lượng dệt giới ngày tăng với gia tăng chất lượng sản phẩm, đa dạng mẫu mã, mầu sắc sản phẩm Chẳng hạn Ấn Độ, hàng năm sản xuất khoảng 4000 triệu mét vải với lực lượng lao động ngành xấp xỉ 95 vạn người 670 xí nghiệp Ở Việt Nam, ngành cơng nghiệp dệt may trở thành ngành mũi nhọn ngành công nghiệp, mục tiêu ngành đến năm 2010 sản xuất tỷ mét vải [3] Nguồn nước thải phát sinh công nghệ dệt nhuộm từ công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm hồn tất, lượng nước thải chủ yếu q trình giặt sau cơng đoạn Nhu cầu sử dụng nước nhà máy dệt nhuộm lớn thay đổi theo mặt hàng khác Nhu cầu sử dụng nước cho mét vải nằm phạm vi từ 12 đến 65 lít thải từ 10 đến 40 lít Vấn đề nhiễm chủ yếu ngành dệt nhuộm ô nhiễm nguồn nước [3], [8] 1.1.1 Sơ lược thuốc nhuộm Thuốc nhuộm chất hữu có màu, hấp thụ mạnh phần định quang phổ ánh sáng nhìn thấy có khả gắn kết vào vật liệu dệt điều kiện quy định (tính gắn màu) Thuốc nhuộm có nguồn gốc thiên nhiên tổng hợp Hiện người sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm bật loại thuốc nhuộm độ bền màu tính chất không bị phân hủy Màu sắc thuốc nhuộm có cấu trúc hóa học: cách chung nhất, cấu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu nhóm trợ màu Nhóm mang màu nhóm chứa nối đơi liên hợp với hệ điện tử không cố định như: C C , C N , N N , NO2 … Nhóm trợ màu nhóm cho nhận điện tử như: NH , COOH , SO3 H , OH … đóng vai trị tăng cường màu nhóm mang màu cách dịch chuyển lượng hệ điện tử [5] - Khái quát số loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp đa dạng thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sử dụng Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [8] Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hồn ngun, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [8] Ở chúng tơi đề cập đến số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ loại thuốc nhuộm sử dụng phần thực nghiệm luận văn ● Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu nhóm azo ( N N ) phân tử thuốc nhuộm có nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo) ● Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng qt Ar–SO3Na Khi hồ tan nước phân ly cho dạng anion thuốc nhuộm bắt màu vào sợi Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp có 92% thuốc nhuộm azo ● Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, cầm màu tananh Là muối clorua, oxalat muối kép bazơ hữu chúng dễ tan nước cho cation mang màu Trong màu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn thuốc nhuộm bazơ, lớp hoá học phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antriquinon (5%) loại khác ● Thuốc nhuộm axit: Là muối axit mạnh bazơ mạnh chúng tan nước phân ly thành ion: Ar–SO3Na → Ar–SO3– + Na+ , anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tĩnh điện dương vật liệu Thuốc nhuộm axit có khả tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) môi trường axit Xét cấu tạo hố học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% antraquinon, 5% triarylmetan 6% lớp hoá học khác 1.1.2 Thuốc nhuộm azo Thuốc nhuộm azo chứa nhóm azo ( N N ) phân tử nhóm trợ màu tuỳ theo đặc tính nhóm trợ màu Nếu nhóm trợ màu mang tính bazơ có nhóm đẩy electron mạnh –NH2, –NR2… gọi thuốc nhuộm azo-bazơ Nếu nhóm trợ màu có tính axit nhóm – OH, – COOH, –SO3H gọi thuốc nhuộm azo-axit Đây họ thuốc nhuộm quan trọng có số lượng lớn chiếm khoảng 60-70% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp [5], [6] Phần lớn thuốc nhuộm sử dụng thuốc nhuộm azo Đây phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng diện một vài nhóm azo ( N N ) tạo hệ liên hợp với cấu trúc nhân thơm Metyl đỏ monoazo thường sử dụng phòng thí nghiệm, dệt may ngành cơng nghiệp khác Metyl đỏ gây bệnh mắt, da, đường hơ hấp, đường tiêu hóa [9] Cơng thức phân tử: C15H15N3O2 Cơng thức cấu tạo: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.1.3 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu ngày sử dụng nhiều dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm ngành cơng nghiệp thực phẩm Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định đa dạng so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm sản phẩm chúng gây ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới người môi trường Khi vào nguồn nước nhận sông, hồ…Với nồng độ nhỏ thuốc nhuộm cho cảm giác màu sắc Màu đậm nước thải cản trở hấp thụ oxy ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho hô hấp, sinh trưởng loại thuỷ sinh vật Như tác động xấu đến khả phân giải vi sinh chất hữu nước thải Đối với cá loại thủy sinh: thử nghiệm cá 3000 thuốc nhuộm nằm tất nhóm từ khơng độc, độc vừa, độc đến cực độc Trong có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá thủy sinh, 2% thuốc nhuộm mức độ độc cực độc cho cá thủy sinh [10], [16] Đối với người gây bệnh da, đường hô hấp, phổi Ngồi ra, số thuốc nhuộm chất chuyển hố chúng độc hại gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan) Các nhà sản xuất châu Âu ngừng sản suất loại này, thực tế chúng tìm thấy thị trường giá thành rẻ hiệu nhuộm màu cao [10] 1.1.4 Nguồn phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm Q trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ướt xử lý khô Xử lý ướt gồm: xử lý trước, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa Công đoạn xử lý ướt sử dụng nhiều nước, nói chung để xử lý hồn tất 1kg hàng dệt cần 50 300lít nước tùy chủng loại vật liệu máy móc thiết bị Hầu hết lượng nước cỡ 88,4% thải ngoài, 11,6% lượng nước bay q trình gia cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 1.1 Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm[8] Sản xuất vải Sản xuất vải sợi pha Sản xuất vải, sợi len pha sợi (tổng hợp/bông, visco) (tổng hợp/len) Giũ hồ Giũ hồ Giặt Giặt Giặt Cacbon hóa (với len 100%) Làm bóng Làm bóng Định hình ướt Nấu – tẩy trắng Nấu – tẩy trắng Tẩy trắng (nếu yêu cầu) Nhuộm Nhuộm Nhuộm In hoa In hoa In hoa Các chất gây ô nhiễm nước thải công nghiệp dệt nhuộm bao gồm: Các tạp chất tách từ vải sợi dầu mỡ, hợp chất chứa nitơ, pectin, chất bụi bẩn dính vào sợi (trung bình chiếm 6% khối lượng xơ sợi) Các hoá chất sử dụng quy trình cơng nghệ hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3… loại thuốc nhuộm, chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt Lượng hoá chất sử dụng với loại vải, loại màu thường khác chủ yếu vào nước thải công đoạn tương ứng [3] 1.2 Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí-rắn, lỏng-rắn, khí- lỏng, lỏng-lỏng) Chất có bề mặt, xảy hấp phụ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn