Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, in ấn, công nghiệp dệt nhuộm và công nghiệp thuộc da. Ước tính có hơn 10.000 loại thuốc màu và chất màu khác nhau thường được sử dụng. Tổng sản lượng màu hữu cơ của thế giới lên tới hơn 100.000 tấn/năm. Hai phần trăm màu được tạo ra bị thất thoát trực tiếp vào nguồn nước và hơn 10% sau đó bị mất mát trong quá trình nhuộm màu vải do khả năng hấp thụ kém của chúng vào sợi vải [11]. Do đó, nước thải dệt nhuộm có tác động tiêu cực về tổng hàm lượng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon - TOC), nhu cầu oxy sinh học (Biological Oxygen Demand - BOD), nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD), chất rắn lơ lửng, độ mặn, màu sắc, giá trị pH (5-12) và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, chẳng hạn như thuốc nhuộm azo. Tỷ lệ BOD / COD dao động từ 0,2 đến 0,5 và cho thấy rằng nước thải dệt nhuộm có chứa một tỷ lệ lớn chất hữu cơ khó phân hủy [38,40]. Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao, pH lớn, chứa nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, độ màu cao. Nếu không được xử lý tốt, nước thải do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm [7]. Bởi vậy, việc loại bỏ thuốc nhuộm trước khi thải vào môi trường là hết sức cần thiết. Việc xử lý các màu khó phân hủy và các chất độc bằng công nghệ thông thường luôn không hiệu quả hoặc không thân thiện với môi trường và có thể gây ô nhiễm thứ cấp. Ngày nay việc sử dụng công nghệ sinh học trong loại màu và phân hủy thuốc nhuộm đang được quan tâm và phát triển.
Luận văn Thạc sĩ Sinh học Trần Thị Thu Hiền
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhộm được phân chia thành các họ, các loại khác nhau. Cách phân loại theo cấu trúc hóa học dựa trên bản chất của nhóm mang màu (chromogen), có 12 chromogen chính, từ đây phân thành 20- 30 họ thuốc nhuộm khác nhau. Các nhóm thuốc nhuộm liệt kê dưới đây hiện đang được sử dụng phổ biến trên phạm vi quốc tế.
Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có
một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index, dùng để nhuộm vải, sợi, giấy, da, cao su, chất dẻo v.v.
Nhóm này gồm hầu hết các loại thuốc nhuộm theo phân lớp kĩ thuậtđó là thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm basic, thuốc nhuộm cation, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm azo không tan và pigment.
Phẩm màu azo và pigment azo được tạo thành từ 2 phản ứng gồm phản ứng diazo hóa và phản ứng ghép đôi.Phản ứng diazo là phản ứng giữa acid nitro và muối của amin thơm bậc 1 gọi là diazonium.
Thuốc nhuộm anthraquinon: Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều nhóm anthraquinon hoặc các dẫn xuất của nó.
Luận văn Thạc sĩ Sinh học Trần Thị Thu Hiền
Họ thuốc nhuộm này chiếm vị trí thứ 2 sau thuốc nhuộm azo và chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
Thuốc nhuộm triarylmethane: Triarylmethane là dẫn xuất của methane mà trong đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu.
diarylmethane
triarylmethane
Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
Thuốc nhuộm phtaloxianin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp khép kín. Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm.
Luận văn Thạc sĩ Sinh học Trần Thị Thu Hiền
Ngoài ra, còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn nhưthuốc nhuộm nitroso, nitro, polymethyl, arylamin, azomethyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh v.v.
Bảng 1.2. Một số loại thuốc nhuộm hoạt tính
Nhóm Màu C.I Ký hiệu Trọng lƣợng phân tử (g/mol) Độ hòa tan (g/l) λmax (nm) Anthraquinone
Axit xanh 62 62045 NY3 400,5 40 595
Axit xanh 281 - NY5 580,6 20 600
Remazol Brilliant
Blue R 61200 RBBR 626,5 - 595
Azo
Axit đỏ 299 - NY1 519,6 10 520
Axit đỏ 266 17101 NY7 4678 15 499
Axit xanh 113 26360 IN13 637,7 45 560 Màu thương
mại
Dimaren Black CLS 600
Everzol Red LF-2B 595