tìm hiểu về thuốc nhuộm

Trang 1

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 3

1.1.Tổng quan về thuốc nhuộm 3

1.1.2 Cách gọi tên thuốc nhuộm 3

1.1.5.1.Đặc điểm của ánh sáng mặt trời 5

1.1.5.2.Năng lượng của ánh sáng 5

1.1.6.1.Theo cấu tạo hóa học 6

1.1.7.1.1Cấu tạo 10

1.2 Nước thải nghành dệt nhuộm 11

1.2.1.Giới thiệu 11

1.3.Tổng quan về điện phân 21

1.3.1 Điện phân 21

1.3.2.Điện phân dung dịch NaCl dùng điện cực trơ titan 23

1.3.2.1.1.Ở catot 24

1.3.2.2.Ở Anot 25

1.3.3.Định luật Faraday 27

1.3.4.Ứng dụng của phương pháp điện hóa 29

1.3.4 1Quá trình điện hóa 29

1.3.4 2Quá trình oxy hóa điện hóa 30

1.3.4 3Các kết quả nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm 30

CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 31

Kế hoạch thực nghiệm 31

Trang 2

Sơ đồ bảng biểu và hình vẽ

Bảng 1.1: Bảng màu sắc và bước sóng tương ứng

Hình 1.1: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid yellow 17.

Hình 1.2: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid blue US1.

Hình 1.3: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid red 52.

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải ở các xí nghiệp liên doanh Donatex, cty Dệt

may 7 và cty 28

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải ở công ty dệt Choongnam Vietnam Textile

Co.Ltd (Nhơn Trạch, Đồng Nai)

Hình 2.3: Quy trình phức hợp gồm nhiều công đoạn: xử lý trước, xử lý hoá lý, xử lý vy

sinh hiếu khí, lọc than hoạt tính của công ty dệt Việt Thắng

Trang 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan về thuốc nhuộm

1.1.1 Khái niệm

Thuốc nhuộm là tên gọi chung của những hợp chất hữu cơ mang màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu nghĩa là có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp

1.1.2 Cách gọi tên thuốc nhuộm

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 2 chữ cái đi liền với nhau như BB, RR …., hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B, 4G…

1.1.3 Cấu tạo chung tạo nên màu sắc của thuốc nhuộm

Theo quan điểm của Butlervo và Alektsev năm 1876 O Witt thì hợp chất hữu cơ mang màu là do trong phân tử của chúng có chứa những nhóm mang màu, đó là những nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị Những nhóm mang màu quan trọng là:

Trang 4

Màu sắc là một hiện tượng phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau đây:

- Cấu tạo vật thể mang màu

- Thành phần của ánh sáng chiếu vào vật thể và góc quan sát

- Tình trạng mắt người quan sát

Trong thực tế khi nghiên cứu về màu sắc thì có các khái niệm:

- Màu quang phổ: là màu nhận được khi phân tích ánh sáng trắng ra thành những tia màu hợp thành nhờ dụng cụ quang học, mỗi màu được đặc trưng bằng 1 bước sóng nhất định từ 380 đến 760nm và gọi là màu đơn sắc, đặc điểm của các màu này là tươi và thuần sắc

- Màu vô sắc: là những màu được đặc trưng bởi cường độ màu như nhau tại tất

cả các bước sóng

- Màu hữu sắc: là những màu thiên nhiên thể hiện ở các vật xung quanh ta

- Tông màu: là khái niệm trừu tượng thường được hiểu là sắc, sắc thái hoặc là ánh màu

- Độ thuần sắc: là chỉ tiêu xác định mức độ sắc thái trong màu

- Độ sáng: đồng nghĩa với độ phản chiếu, được đánh giá bằng phần trăm các tia tới so với tổng chùm tia phản xạ

Trang 5

1.1.5 Lý thuyết về ánh sáng và sự hấp thụ ánh sáng của vật thể

1.1.5.1 Đặc điểm của ánh sáng mặt trời

Ánh sáng mặt trời mà con người cảm nhận được là ánh sáng trắng, ánh sáng này được hợp thành từ bảy màu đơn sắc có bước sóng khác nhau: đỏ, vành, cam, lục, lam, chàm, tím

Giữa 7 màu này là vô số màu trung gian do sự phối ghép màu của 2 màu lân cận Những màu chính được trình bày:

Bảng 1.1: Bảng các màu chính và bước sóng tương ứng

VàngVàng cam

Da cam

Đỏ camĐỏCực đỏ

580590600610650780

1.1.5.2 Năng lượng của ánh sáng

Theo thuyết proton thì ánh sáng là kết quả của hiện tượng bức xạ sóng được truyền đi kèm theo năng lượng của chúng được tính bằng kilocalo Khi một vật bị chiếu sáng thì một số nguyên tử nào đó được cấp năng lượng và nó chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng thái không ổn định Hai trạng thái này cách nhau bởi một năng lượng nằm trong khoảng 35kcal đến 70kcal tính cho mỗi phân tử nhuộm Trong quá trình nhảy từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác thì các nguyên tử sẽ hấp thụ năng lượng và phát ra tia sáng có bước sóng nhất định Theo định luật lượng tử ta sẽ tính được mức

Trang 6

1.1.6 Phân loại thuốc nhuộm

Dựa vào nguồn gốc chia làm 2 loại: Thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên và thuốc nhuộm tổng hợp

- Thuốc nhuộm tự nhiên

- Thuôc nhuộm tổng hợp: được chia theo phân lớp kỹ thuật và theo cấu tạo hóa học

1.1.6.1 Theo cấu tạo hóa học

- Thuốc nhuộm azo

- Thuốc nhuộm antraquinon

- Thuốc nhuộm indigoit

- Thuốc nhuộm arylmetan

- Thuốc nhuộm nitro

- Thuốc nhuộm nitrozo

- Thuốc nhuộm polymetyn

- Thuốc nhuộm lưu huỳnh

- Thuốc nhuộm arylamin

- Thuốc nhuộm azometyn

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng

Trang 7

- Thuốc nhuộm phtaloxianin

1.1.6.2 Theo phân lớp kỹ thuật có

- Thuốc nhuộm trực tiếp

- Thuốc nhuộm hoạt tính

- Thuốc nhuộm Bazo-cation

- Thuốc nhuộm Cầm màu

- Thuốc nhuộm Hoàn nguyên tan và không tan

- Thuốc nhuộm Lưu huỳnh

- Thuốc nhuộm Azo không tan

- Thuốc nhuộm Phân tán

- Thuốc nhuộm Oxy hóa

- Thuốc nhuộm Pigment

- Thuốc nhuộm acid

1.1.6.3 Loại thuốc nhuộm nghiên cứu

Thuốc nhuộm acid là các loại thuốc nhuộm có đặc điểm chung là hòa tan trong nước, có phạm vi sử dụng rộng, ngoài mục đích nhuộm len, tơ tằm và xơ, polyamit một

số dùng để nhuộm da, lông thú Lớp thuốc nhuộm này được gọi là “acid” vì chúng bắt màu vào xơ trong môi trường acid, còn bản thân thuốc nhuộm thì có phản ứng trung tính

Theo cấu tạo hóa học, đa số thuốc nhuộm acid đều thuộc nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của antraquynon, triarymetan, xanten, azin, một số tạo phức với kim loại Theo tính chất kỹ thuật thuốc nhuộm acid được chia làm 3 nhóm:

+ Thuốc nhuộm acid thông thường

+ Thuốc nhuộm acid cầm màu

+ Thuốc nhuộm acid chứa kim loại

Trang 8

Ba nhóm thuốc nhuộm này có đặc điểm chung là đủ màu, màu của chúng tươi

và thuần sắc Đa số chúng là muối của các acid mạnh và bazơ mạnh nên khi hòa tan trong nước thì phân ly thành các ion như sau:

Ar-SO3Na Ar-SO3 - + Na +Các ion mang màu của thuốc nhuộm tích điện âm (Ar-SO3 -) sẽ hấp phụ vào các tâm tích điện dương của vật liệu Nhờ vậy mà nó được gắn màu hay giữ lại trên vật liệu bằng mối liên kết ion hay liên kết muối, đó là đặc điểm riêng của thuốc nhuộm acid Ngoài ra chúng cũng được liên kết với các vật liệu bằng lực vanderwaals, liên kết hydro

và liên kết phối trí, nhưng những lực liên kết này không mạnh

Sau đây là ba màu thuốc nhuộm acid chúng em nghiên cứu:

a Thuốc nhuộm: acid yellow 17

Công thức phân tử: C16H10Cl2N4Na2O7S2

Trọng lượng phân tử: 551.28

Công thức cấu tạo:

Hình 1.1: Công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid yellow 17

b Thuốc nhuộm acid blue US1

Công thức phân tử: C27H31N2NaO6S2

Trọng lượng phân tử: 566.66

Trang 9

Hình 1.2: công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid Blue US1

c Thuốc nhuộm acid red 52

Tên sản xuất: Sulforhodamine b

Tên quốc tế:

Sulforhodamine b monosodium salt;sulforhodamine b;

phloxine rhodamine;xylene red;xylene red b;

(6-(diethylamino)-9-(2,4-disulfophenyl)-3h-xanthen-3-ylidene)diethyl-ammoniu;acidleatherredkb;AcidroseredB

Công thức phân tử : C27H29N2NaO7S2

Khối lượng phân tử: 580.65

Trang 10

Hình 1.3: công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid red 52

1.1.7 Phương pháp đo màu của máy quang phổ

1.1.7.1.1 Cấu tạo

Chia làm hai phần: phần quang học và phần đo

- Phần quang học: nguồn sáng (L), khe sáng và điều chỉnh được (E), ống chuẩn trực (K), quang kế hệ tán sắc với một lăng kính hay hai lăng kính, kính lọc nhiễu xạ hay cách tử nhiễu xạ… để tạo ra tia đơn sắc (P), thấu kính O, khe điều chỉnh ánh sáng thoát ra (A)

- Phần đo: bộ thu quang điện (F), khuyếch đại (V), bộ vi xử lý và hiển thị kết quả đo nối với các thiết bị ngoại vi như màn hình, máy in

1.1.7.2 Tiến hành đo màu

Bức xạ xuất phát từ trong quang phổ kế thông qua khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ thành một dải ánh sáng toàn sắc Ứng với góc xoay của lăng kính P, sẽ cho bức xạ đơn sắc có bước sóng xác định đi vào khe hẹp A Khe A cho ánh sáng thoát ra được điều chỉnh tương ứng với độ rộng ∆λ Tia đơn sắc sẽ chiếu lên mẫu đo và mẫu trắng chuẩn

Tỷ lệ giữa phần ánh sáng đơn sắc trả lại từ mẫu đo so với ánh sáng đơn sắc trả lại từ mẫu trắng chuẩn gọi là độ phản xạ tại một bước sóng Rλ Độ phản xạ được dẩn vào bộ thu quang điện F, được xử lý cuối cùng cho ra số liệu và những đường cong phản xạ

Trang 11

1.2 Nước thải nghành dệt nhuộm

1.2.1 Giới thiệu

Đề tài chúng em nghiên cứu về khả năng khử màu của thuốc nhuộm acid, đây là một phần trong việc xử lý ô nhiễm nước thải dệt nhuộm, để hiểu hơn về nước thải dệt nhuộm và có hướng ứng dụng đề tài hợp lý nhất chúng em sẽ đi tìm hiểu về phần nước thải mà chủ yếu là nước thải dệt nhuộm

Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn:

- Hồ sợi

- Giũ hồ

- Nấu, tẩy

- Nhuộm và hoàn tất

- Lượng nước chủ yếu là ở quá trình giặt sau mỗi công đoạn

- Đặc trưng nước thải sản xuất gồm:

Với tính chất nước thải dệt nhuộm như trên nếu không được xử lý tốt, nước thải

do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm

1.2.2 Tác nhân gây ô nhiễm

Trang 12

Các quá trình xử lý hoá học vật liệu dệt, còn được gọi là “xử lý ướt” (tiền xử lý), nhuộm, in hoa, có thể đến cả xử lý hoàn tất cuối cùng thuộc loại hình công nghiệp

sử dụng nhiều nước Tính được rằng để xử lý 1kg hàng dệt nhuộm cần 50 đến 300 lít nước và cũng thải ra gần chừng ấy nước thải

Mức độ ô nhiễm nước thải phụ thuộc chủ yếu vào các hoá chất, chất trợ, thuốc nhuộm sử dụng và vào các công nghệ và trình độ lạc hậu, trung bình hay tiên tiến, hiện đại của các công nghệ áp dụng

Những chất gây ô nhiễm nước thải được chia làm 3 nhóm chính:

1.2.2.1 Nhóm thứ nhất: các chất độc đối với vi sinh và cá

+ Xút (NaOH), Na2CO3 được dùng với số lượng lớn để nấu vải sợi bông, xử

lý nước thải sợi pha, dùng làm bóng không được thu hồi thải ra ngoài với nồng độ cao

+ Axit vô cơ, như axit H2SO4 để trung hoà xút và “hiện màu” thuốc nhuộm hoàn nguyên tan (indigosols)

+ NaClO dùng để tẩy trắng vải sợi bông và giặt mài, natri clorit (NaClO2) để tẩy trắng hàng dệt kim

+ Các chất khử vô cơ nồng độ cao như natri sunfua (Na2S) dùng nhuộm thuốc nhuộm lưu hoá hay natri hidrosunfit (Na2S2O4) trong nhuộm hoàn nguyên

+ Dung môi hữu cơ clo hoá, như các chất tải dùng nhuộm polyester ở 1000C hay vải pha polyester/len ở nhiệt độ >1000C

+ Formandehit trong các chất cầm màu và các chất trong xử lý chống nhăn.+ Các kim loại nặng có thể có trong xút công nghiệp sản xuất bằng điện cực thuỷ ngân Tạp chất kim loại nặng (Cu, Cr, Zn, Pb, Co, Ni) có trong một

số thuốc nhuộm sử dụng, nhất là thuốc nhuộm hoàn nguyên và cả trong một số thuốc nhuộm hoạt tính Một lượng tải hữu cơ “AOX” đi vào nước thải từ một số thuốc nhuộm hoàn nguyên, phân tán, hoạt tính và một số ít pigment

Trang 13

+ Các chất ngấm và tẩy rửa không ion trên cơ sở ankyl phenol etoxylat

“APEO” có thể phân giải vi sinh đến 80%, nhưng sản phẩm phân giải lại độc với cá

+ Muối Glube (Na2SO4) dùng trong nhuộm thuốc nhuộm hoạt tính thải ra với nồng độ cao (>2g/l)

1.2.2.2 Nhóm chất thứ hai: khó phân giải vi sinh

+ Phần lớn thuốc nhuộm và chất tẩy trắng quang học “OBA”

+ Phần lớn các chất nhũ hoá, tạo phức, càng hoá và chất làm mềm

+ Các chất hồ sợi polyester và sợi pha như “PVA” và poliacrylat

+ Các polymer tổng hợp thường dùng làm chất hồ hoàn tất

+ Các chất hồ tổng hợp trong in pigment

+ Các chất giặt vòng thơm, mạch ankylen oxit dài hoặc mạch nhánh ankyl.+ Dầu khoáng và silicon tách ra trong xử lý trước vải tổng hợp (như sợi spandex)

1.2.2.3 Nhóm thứ ba: các chất ít độc và có thể phân giả bởi vi sinh

+ Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên của chúng bị loại ra trong xử lý trước.+ Tinh bột (khoai mì) không biến tính hoá học dùng hồ sợi dọc

+ Các chất giặt với ankyn mạch thẳng, các chất tẩy rửa”mềm”

+ Axit acetic (CH3COOH) và axit formic (HCHO) dùng điều chỉnh pH.+ Muối trung tính ở nồng độ thấp

1.2.3 Các tiêu chuẩn kiểm soát nước thải ô nhiễm

1.2.3.1 Các chỉ tiêu sinh thái (Ecological Parameters or Ecology Data)

Mức độ ô nhiễm của nước thải “dệt nhuộm” được đánh giá bằng các thông số hay chỉ tiêu sinh thái

Trang 14

Các chỉ tiêu sinh thái tổng quát được lựa chọn để phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải dệt nhuộm trước hết là: “nhu cầu oxi hoá học” (chemical oxygen demand) viết tắt là COD và “nhu cầu oxi sinh hoá” (biochemical oxygen demand) viết tắt là BOD Hai đại lượng này là “thước đo” tổng các chất có thể oxi hoá trong nước thải nhuộm, vì vậy là hai chỉ tiêu đặc trưng nhất để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm.

- Nhu cầu sinh hóa (BOD – Bichemical Oxygen Demand) là hàm lượng oxy do

vi sinh vật sử dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong bóng tối ở điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian Trị số BOD được thể hiện bằng (g) hoặc (mg) theo đơn vị thể tích BOD phản ánh được lượng chất hữu cơ bị phân hủy

có trong mẫu nước

Bảng 1.2: Mối quan hệ giữa chỉ số BOD và chất lượng nước

1.2.3.2 Nhóm các chỉ tiêu khác cũng không kém phần quan trọng

Các thông số sinh thái bổ sung

+ Hàm lượng kim loại nặng: kim loại từ các nguồn thuốc nhuộm, hoá chất công nghệ, chất trợ bao gồm Cu, niken (Ni), chì (Pb), crôm (Cr), coban (Co), kẽm (Zn), thuỷ ngân (Hg) có trong nước thải dệt nhuộm Do đó hàm lượng các kim loại nặng phải là một thông số sinh thái bổ sung cần phân

Trang 15

tích xác định Ngoài ra kim loại vào nước thải từ đường ống dẫn và cả từ nước cấp nữa.

+ Halogen hữu cơ, viết tắt là AOX (Adsorbable Organic Halogen) AOX trong nước thải dệt nhuộm có nguồn gốc từ một số chất trợ, từ thuốc nhuộm, từ việc sử dụng clo tẩy trắng

+ Màu nước thải nhuộm, đôi khi rất đậm Nó cản trở bức xạ mặt trời đi vào nước, ảnh hưởng bất lợi đến khả năng của các vi sinh phân giải các hợp chất hữu cơ và gây ấn tượng thẩm mỹ xấu Mặc dù không được đưa vào tiêu chuẩn nước thải công nghiệp ở nước ta, nhưng để đánh giá ô nhiễm nước thải dệt nhuộm cần đưa vào chỉ tiêu màu sắc vào nhóm các thông số sinh thái bổ xung

+ Một nhóm các thông số quan trọng khác đặc trưng cho nước thải dệt nhuộm là các chỉ tiêu độc hại sinh thái (ecotoxicological data) hay độ độc với các loài thuỷ sinh (aquatic toxicities) Nó đánh giá tác hại của nước thải lên các loài động vật và thực vật sống trong nước

+ Độ độc thuỷ sinh thường thông qua 4 thông số dưới đây:

+ Độ độc với vi sinh IC10- là nồng độ ức chế 10% (inhibition concentration-10%)

+ Độ độc với cá LC50- là nồng độ làm chết 50% (lethal concentration-50% mortality)

+ Daphania và tảo EC50 (effec concentration- 50% effect)

+ Độ độc với vi sinh (bacterial toxicity) và độ độc với cá có thể là hai chỉ tiêu đặc trưng cho mức độ độc hại của nước thải dệt nhuộm

+ Trên thế giới, ở các nước công nghiệp tiên tiến (Đức, Áo, thụy sĩ ) đều

có tiêu chuẩn nước thải ‘dệt nhuộm’ vì tính đặc thù của ngành công nghiệp này Ở Việt Nam chúng ta ngành dệt may đang phát triển mạnh mẽ hiện nay cần phải xây dựng và ban hành ngay các tiêu chuẩn nước thải dệt nhuộm với các thông số đặc trưng như đã nêu ở trên

Trang 16

1.2.4 Hệ thống các phương pháp xử lý nước thải

1.2.4.1 Các phương pháp xử lý

Quá trình xử lý hóa học nhằm điều chỉnh, trung hòa độ pH của nước thải, dùng keo tụ, tạo bông để loại bỏ các loại thuốc nhuộm khó phân hủy sinh học sau khi xử lý sinh học Quá trình xử lý sinh học diễn ra nhờ sự phân hủy hiếu khí của bùn hoạt tính lơ lửng để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải

1.2.4.2 Dây chuyền xử lý nước thải:

Nước thải đầu vào -> " SCR thô ->" Hầm bơm ->" SCR tinh ->" bể điều hòa ->" Bể trộn + bể phản ứng -> " Bể lắng 1 -> " Bể lọc sinh học ->" Bể khử trùng ->"Nước thải đầu ra

Phương pháp hoá lý, mà thực chất là phương pháp keo bằng phèn nhôm dùng xử lý nước thải nhuộm ở các xí nghiệp liên doanh Donatex, cty Dệt may 7 và cty 28 Các hệ thống XLNT đều do trung tâm công nghệ môi trường (ECO) thuộc cty Tecapro (TP Hồ Chí Minh) thiết kế, xây dựng, lắp đặt thiết bị và chuyển giao công nghệ

Trang 17

Sơ đồ hệ thống XLNT như sau :

Nước thải Song chắn rác

Bể điều hoà

Bể phản ứng

Bể tạo cặn

Bể lắng

Bể lọc nhanh

Hình 2.1: Hệ thống XLNT đều do trung tâm công nghệ môi trường (ECO) thuộc cty

Tecapro (TP Hồ Chí Minh)

Những kết quả XLNT của phương pháp này đạt được:

+ Giảm đáng kể hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (SS), chỉ tiêu COD giảm