CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.4.HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM CHẤT MÀU HỮU CƠ
23
Các chất nhuộm cịn lại từ các nguồn khác nhau (ví dụ: ngành dệt, cơng nghiệp giấy và bột giấy, công nghiệp sản xuất thuốc nhuộm và thuốc nhuộm, công nghiệp dƣợc phẩm, thuộc da và công nghiệp tẩy trắng Kraft, v.v.) đƣợc coi là một loạt các chất ô nhiễm hữu cơ đƣợc đƣa vào tài nguyên nƣớc tự nhiên hoặc các hệ thống xử lý nƣớc thải. Một trong những nguồn chính gây ra các vấn đề ơ nhiễm nghiêm trọng trên tồn thế giới là ngành cơng nghiệp dệt may và nƣớc thải chứa thuốc nhuộm. Từ 10-25% thuốc nhuộm dệt bị mất đi trong quá trình nhuộm và 2-20% đƣợc thải trực tiếp dƣới dạng nƣớc thải trong các thành phần môi trƣờng khác nhau. Đặc biệt, việc xả nƣớc thải có chứa thuốc nhuộm vào môi trƣờng nƣớc là không mong muốn, không chỉ vì màu sắc của chúng, mà cịn do nhiều thuốc nhuộm thải ra và các sản phẩm phân hủy của chúng là chất độc, gây ung thƣ hoặc gây đột biến cho các dạng sống chủ yếu là do chất gây ung thƣ, chẳng hạn nhƣ nhƣ benzidine, naphthalene và các hợp chất thơm khác. Nếu không đƣợc xử lý thích hợp, những loại thuốc nhuộm này có thể tồn tại trong mơi trƣờng ở một thời gian dài [62].
Một số ứng dụng riêng rẽ hoặc kết hợp để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm dựa trên ba phƣơng pháp thƣờng đƣợc là: hóa lý, oxy hóa bậc cao và sinh học. Trong quá trình xử lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng phƣơng pháp oxy hóa bậc cao, các chất oxy hóa thƣờng đƣợc sử dụng là Hydroxy Peroxide (H2O2), Chlorine (Cl2) và Ozone (O3), với Cl2 đƣợc đánh giá là chất oxy hóa kinh tế nhất. Giai đoạn này có thể địi hỏi việc áp dụng các quy trình oxy hóa nâng cao (AOP), đƣợc khuyến nghị khi các thành phần nƣớc thải có độ ổn định hóa học cao và/hoặc khả năng phân hủy sinh học thấp. Xử lý nƣớc thải bằng hóa chất sử dụng AOP có thể tạo ra sự khống hóa hồn tồn các chất ơ nhiễm thành CO2, nƣớc và các hợp chất vơ cơ, hoặc ít nhất là sự biến đổi của chúng thành các sản phẩm vô hại hơn. Hơn nữa, sự phân hủy một phần các chất ô nhiễm hữu cơ không phân hủy đƣợc có thể dẫn đến các chất trung gian dễ phân hủy sinh học.
24
Hình 1. 18. Các phƣơng pháp loại bỏ thuốc nhuộm màu
Có rất nhiều phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng có hiệu quả trong việc loại màu thuốc nhuộm, đƣợc chia thành 3 nhóm lớn là các phƣơng pháp sinh học, hoá học và vật lý. Các phƣơng pháp vật lý và hoá học bao gồm hấp phụ, quang xúc tác, phân huỷ quang xúc tác hấp phụ, ozone hố, đơng tụ, điện đông tụ các phƣơng pháp điện hoá, phƣơng pháp tách màng, phƣơng pháp siêu âm, oxi hoá khơng khí ƣớt, và phƣơng pháp màng nhũ tƣơng lỏng, đã ứng dụng thành công trong việc xử lý các chất màu khác nhau [63-65].
Một vài phƣơng pháp vẫn cịn có giá thành cao và có thể sinh ra các chất phụ độc hại. Các phƣơng pháp xử lý sinh học để loại màu thuốc nhuộm dựa vào các hệ thống xử lý kỵ khí và hiếu khí. Mặc dù các phƣơng pháp sinh học đƣợc đánh giá là các phƣơng pháp kinh tế nhất khi so sánh với các phƣơng pháp hoá lý khác, tuy nhiên khả năng ứng dụng của chúng lại bị hạn chế về kỹ thuật nhƣ thời gian xử lý dài và thƣờng không hiệu quả khi xử lý các chất nhuộm màu có cấu trúc polymer cao phân tử bền vững. Hơn nữa, thành phần các chất màu trong nƣớc thải thƣờng gây độc cho quần xã hoặc quần thể vi sinh vật sử dụng trong bùn.
25
1.4.2. Chất màu Rhodamine B (RhB)
Rhodamine B là hóa chất phẩm màu đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp nhuộm, vi sinh học, ứng dụng mô học. Mặt khác, RhB bị cấm dùng trong thực phẩm mỹ phẩm vì gây hại gan, thận, có thể dẫn đến ung thƣ. Tuy nhiên, việc sử dụng trái phép RhB đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng nhƣ ô nhiễm môi trƣờng, mất cân bằng hệ sinh thái, đặc biệt có khả năng gây ung thƣ. RhB có khối lƣợng phân tử là 479,02 đvC. Công thức cấu tạo chứa nhiều vịng thơm bền, dẫn đến RhB ít bị ảnh hƣởng bởi mơi trƣờng vàkhó xử lýở điều kiện thƣờng. Một tính chất đặc trƣng của RhB làtính chất huỳnh quang, với đỉnh kích thích ở bƣớc sóng 554 nm. RhB có thể tồn tại ở trạng thái cân bằng giữa 2 dạng chủ yếu: Dạng “mở”/huỳnh quang và dạng “đóng”/khơng huỳnh quang (Hình 1.19). Dạng “mở” chiếm ƣu thế trong điều kiện axit và dạng “đóng” khơng màu trong điều kiện bazơ [66]. Ngoài ra, khả năng tự phân hủy của hợp chất này kém, cần một khoảng thời gian dài. Các phƣơng pháp thông thƣờng nhƣ hấp phụ, sinh học, q trình đơng tụ đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc thải ô nhiễm thuốc nhuộm. Tuy nhiên, hầu hết những phƣơng pháp này tốn thời gian, hiệu quả thấp và chi phí cao. Với hiệu quả cao, đơn giản, chi phí thấp và sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời làm nguồn phóng xạ, quá trình quang xúc tác dị thể đang nhận đƣợc sự quan tâm lớn trong xử lý nƣớc thải.
Hình 1. 19. Dạng tổn tại của phân tử Rhodamin B [66]
Trong nghiên cứu khoa học, RhB đƣợc sử dụng để điều tra các thuộc tính của các phân tử hấp phụ của các vật liệu vô cơ và hữu cơ khác nhau.
26
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục đích chính của đề tài là tổng hợp thành công vật liệu khung hữu cơ lƣỡng kim loại bằng phƣơng pháp dung nhiệt và xác định đƣợc tính chất đặc trƣng của vật liệu lƣỡng kim trên nền Fe-MOF. Đánh giá hoạt tính xúc tác quang hóa của vật liệu đã tổng hợp trên phản ứng phân hủy các chất màu hữu cơ (Rhodamine B) dƣới ánh sáng nhìn thấy. Vật liệu Fe-MOF biến tính có thể làm tăng thể tích lỗ xốp và diện tích bề mặt của vật liệu và tạo ra nhiều tính chất độc đáo mới.