Luận văn thạc sĩ tổng hợp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu cu hydrotanxit và ứng dụng làm xúc tác xử lý rhodamin b trong môi trường nước

Luận văn thạc sĩ môi trường nghiên cứu tổng hợp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu cu hydrotanxit và ứng dụng làm xúc tác xử lý, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Syamone Somxayasine
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Văn Nhượng
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Cấu Trúc Hydrotalcite Và Ứng Dụng Xúc Tác Xử Lý Rhodamine B Trong Nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• Lời cam đoan
• Danh mục các từ viết tắt trong luận văn
• Danh mục các bảng
• Danh mục các hình
• MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm
• 1.2. Tổng quan về rhodamin-B
• 1.2.1. Độc tính của rhodamin-B
• 1.2.2. Tình hình ô nhiễm nước thải bởi rhodamin-B
• 1.3. Giới thiệu về vật liệu hydrotanxit
• 1.3.1. Thành phần, cấu trúc của hydrotanxit
• 1.3.2. Ứng dụng của hydrotanxit
• 1.3.3. Tổng hợp các vật liệu hydrotanxit
• 1.3.3.1. Các phương pháp tổng hợp vật liệu
• 1.3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp điều chế hydrotanxit
• 1.4. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
• 1.4.1. Thành phần của nước thải dệt nhuộm
• 1.4.2. Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan tới vật liệu Cu-hidrotanxit
• 2. Chương 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất - dụng cụ
• 2.2. Tổng hợp vật liệu xúc tác
• 2.3. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.3.3. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ nitơ (BET)
• 2.3.4. Phương pháp phổ hấp thụ mẫu rắn (UV-Vis DRS)
• 2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ và phân hủy rhodamin-B trên các mẫu vật liệu tổng hợp
• 2.4.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ rhodamin-B trong nước theo phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
• 2.4.2. Khảo sát khả năng hấp phụ, phân hủy rhodamin-B của các vật liệu tổng hợp
• 3. Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích đặc trưng cấu trúc vật liệu
• 3.1.1. Giản đồ XRD của các vật liệu
• 3.1.2. Ảnh TEM của các vật liệu
• 3.1.3. Phổ EDS của các vật liệu, thành phần % nguyên tố trong mẫu
• 3.1.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ/giải hấp phụ N 2 (BET) của các mẫu vật liệu tổng hợp
• 3.1.5. Phổ UV-Vis DRS của các mẫu vật liệu
• 3.2. Khảo sát khả năng phân hủy rhodamin-B trên các mẫu vật liệu tổng hợp
• 3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu đối với Rh-B nồng độ 30 ppm
• 3.2.2. Kết quả khảo sát khả năng phân hủy quang hóa Rh-B trên các mẫu vật liệu tổng hợp
• 3.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý nước thải của làng nghề dệt chiếu cói (Huyện Quỳnh Phụ - Thái Bình)
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về Rhodamine B và tác động môi trường

Rhodamine-B (Rh-B) là một loại thuốc nhuộm tổng hợp phổ biến trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, thực phẩm và mỹ phẩm. Công thức hóa học của Rh-B là C28H31ClN2O3, với khả năng bền màu và ổn định trong nhiều điều kiện pH. Tuy nhiên, Rh-B cũng được biết đến là chất độc cấp và mãn tính, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Việc phơi nhiễm Rh-B có thể dẫn đến các vấn đề về hô hấp, tiêu hóa và thậm chí là ung thư. Nguồn ô nhiễm chính của Rh-B là từ các cơ sở sản xuất dệt nhuộm, nơi mà nước thải chứa Rh-B thường được xả trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý. Điều này gây ra tình trạng ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng, đặc biệt là ở các khu vực có làng nghề dệt nhuộm.

1.1. Độc tính của Rhodamine B

Rhodamine-B là chất độc cấp và mãn tính, có thể gây hại cho sức khỏe con người qua đường hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc da. Hít phải Rh-B gây kích ứng đường hô hấp, khó thở và đau ngực. Khi ăn phải, Rh-B thâm nhập qua đường tiêu hóa, gây tổn thương gan, dạ dày và ruột. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng Rh-B có khả năng phá vỡ cấu trúc ADN, dẫn đến nguy cơ ung thư. Do đó, nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam, đã cấm sử dụng Rh-B trong thực phẩm và hạn chế sử dụng trong công nghiệp.

1.2. Tình hình ô nhiễm nước thải bởi Rhodamine B

Nguồn ô nhiễm chính của Rhodamine-B là từ các cơ sở sản xuất dệt nhuộm, nơi mà nước thải chứa Rh-B thường được xả trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý. Điều này gây ra tình trạng ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng, đặc biệt là ở các khu vực có làng nghề dệt nhuộm. Các hệ thống xử lý nước thải hiện có thường không đủ khả năng loại bỏ hoàn toàn Rh-B, dẫn đến tích tụ chất độc này trong môi trường nước, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

II. Vật liệu Hydrotalcite và ứng dụng xúc tác

Hydrotalcite (HT) là một loại vật liệu đất sét anion có cấu trúc lớp kép (LDH), được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải nhờ khả năng hấp phụ và xúc tác phân hủy các chất hữu cơ độc hại. Công thức chung của HT là [M1-xII MxIII(OH)2]x+[Ax/n]n−·mH2O, trong đó MII và MIII là các ion kim loại hóa trị II và III, còn An− là các anion bù điện tích. Vật liệu HT có khả năng hấp phụ mạnh các chất hữu cơ như Rhodamine-B nhờ cấu trúc lớp và diện tích bề mặt lớn. Ngoài ra, HT còn có thể được biến tính bằng cách cấy ghép các ion kim loại như Cu2+ để tăng cường hoạt tính xúc tác trong quá trình phân hủy quang hóa.

2.1. Thành phần và cấu trúc của Hydrotalcite

Hydrotalcite có cấu trúc lớp kép (LDH) với các lớp tích điện dương được tạo thành từ các ion kim loại hóa trị II và III, xen kẽ với các anion bù điện tích. Cấu trúc này tạo ra diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp phụ mạnh các chất hữu cơ. Các ion kim loại thường được sử dụng trong HT bao gồm MgII, AlIII, và CuII, trong khi các anion phổ biến là CO32-, Cl-, và SO42-. Cấu trúc lớp của HT cũng cho phép dễ dàng biến tính vật liệu để tăng cường hoạt tính xúc tác.

2.2. Ứng dụng của Hydrotalcite trong xử lý Rhodamine B

Hydrotalcite được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải chứa Rhodamine-B nhờ khả năng hấp phụ và xúc tác phân hủy quang hóa. Các nghiên cứu cho thấy rằng HT biến tính bằng Cu2+ có hoạt tính xúc tác cao trong việc phân hủy Rh-B dưới ánh sáng khả kiến. Quá trình này không chỉ loại bỏ Rh-B khỏi nước thải mà còn chuyển hóa nó thành các sản phẩm ít độc hại hơn. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc ứng dụng HT trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong ngành dệt nhuộm.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công các mẫu Hydrotalcite biến tính bằng Cu2+ và đánh giá hiệu quả của chúng trong việc xử lý Rhodamine-B. Kết quả phân tích XRD, TEM và BET cho thấy các mẫu vật liệu có cấu trúc ổn định và diện tích bề mặt lớn, phù hợp cho quá trình hấp phụ và xúc tác. Các thí nghiệm xử lý Rh-B cho thấy rằng mẫu Cu-Hydrotalcite có hiệu suất phân hủy Rh-B cao nhất, đạt trên 90% sau 240 phút chiếu sáng. Ngoài ra, nghiên cứu cũng khảo sát khả năng xử lý nước thải từ làng nghề dệt chiếu cói, cho thấy hiệu suất loại bỏ chất màu đạt trên 80%. Kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng của Hydrotalcite trong xử lý nước thải công nghiệp.

3.1. Phân tích đặc trưng cấu trúc vật liệu

Các mẫu Hydrotalcite biến tính bằng Cu2+ được phân tích bằng các phương pháp XRD, TEM và BET. Kết quả XRD cho thấy các mẫu vật liệu có cấu trúc tinh thể ổn định, với các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của Hydrotalcite. Ảnh TEM cho thấy cấu trúc lớp của vật liệu, với kích thước hạt từ 20-50 nm. Phân tích BET xác định diện tích bề mặt của các mẫu vật liệu dao động từ 80-120 m2/g, phù hợp cho quá trình hấp phụ và xúc tác.

3.2. Hiệu quả xử lý Rhodamine B

Các thí nghiệm xử lý Rhodamine-B bằng Hydrotalcite biến tính Cu2+ cho thấy hiệu suất phân hủy Rh-B đạt trên 90% sau 240 phút chiếu sáng. Kết quả này được đánh giá qua phương pháp phổ UV-Vis, cho thấy sự giảm đáng kể nồng độ Rh-B trong nước. Ngoài ra, nghiên cứu cũng khảo sát khả năng xử lý nước thải từ làng nghề dệt chiếu cói, cho thấy hiệu suất loại bỏ chất màu đạt trên 80%. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của Hydrotalcite trong xử lý nước thải công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt nhuộm và sản xuất thủ công truyền thống phát sinh lượng nước thải khổng lồ, ước tính dao động từ 12 đến 300 m³/tấn vải thành phẩm. Trong đó, các hợp chất hữu cơ vòng thơm bền vững như Rhodamin-B (công thức phân tử C28H31ClN2O3, phân tử khối 479,02 g/mol) là nguồn ô nhiễm nguy hại hàng đầu. Rhodamin-B là thuốc nhuộm màu đỏ gốc xanthene có khả năng chống phân hủy sinh học tự nhiên, gây độc cấp tính và mãn tính, kích ứng niêm mạc hô hấp, tổn thương gan, đường tiêu hóa, đứt gãy cấu trúc ADN và tiềm ẩn nguy cơ ung thư da cao. Tại Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới, Rhodamin-B đã bị nghiêm cấm hoàn toàn trong thực phẩm và kiểm soát nghiêm ngặt trong công nghiệp. Tuy nhiên, tại các làng nghề sản xuất chiếu cói như xã An Lễ (huyện Quỳnh Phụ, tỉnh Thái Bình) hay làng nghề Phú Tân (tỉnh Phú Yên), nước thải chứa phẩm nhuộm đỏ vẫn bị xả thẳng ra nguồn nước mặt tự nhiên mà chưa qua hệ thống xử lý triệt để.

Xuất phát từ thực trạng bức thiết đó, đề tài luận văn thạc sĩ Hóa học vô cơ của tác giả Syamone Somxayasine, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Vũ Văn Nhượng tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên (bảo vệ năm 2020), đã tập trung nghiên cứu: "Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu Cu-Hydrotanxit và ứng dụng làm xúc tác xử lý rhodamin-B trong môi trường nước".

Mục tiêu cốt lõi của công trình là chế tạo thành công dãy 8 mẫu vật liệu hydroxit lớp kép Mg-Al cấy ghép ion kim loại chuyển tiếp Cu²⁺ bằng phương pháp đồng kết tủa ở pH cố định, phân tích sâu các đặc trưng hóa lý cấu trúc, và khảo sát hoạt tính quang xúc tác xử lý Rhodamin-B dưới bức xạ ánh sáng khả kiến (đèn LED công suất 30 W) kết hợp tiền chất oxy hóa H2O2 30%. Luận văn mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn vượt trội khi chứng minh vật liệu tối ưu CuMgAl2,0 đạt hiệu suất phân hủy Rhodamin-B lên đến 89,50% chỉ sau 30 phút và chuyển hóa hoàn toàn 100% sau 240 phút, đồng thời xử lý thành công 90,40% độ màu nước thải dệt chiếu cói thực tế sau 360 phút phản ứng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng vững chắc của hai hệ thống lý thuyết chuyên sâu: lý thuyết vật liệu hydroxit lớp kép (Layered Double Hydroxides - LDHs) và cơ chế các quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs) dựa trên phản ứng quang Photo-Fenton dị thể.

1. Lý thuyết cấu trúc vật liệu Hydrotanxit (LDHs): Hydrotanxit là khoáng sét anion 2D có cấu trúc tương tự brucite Mg(OH)2, với công thức tổng quát [M(II)1-x M(III)x (OH)2]x+[An-]x/n·mH2O (trong đó x thường nằm trong khoảng 0,20 đến 0,33). Sự thay thế đồng hình một phần cation kim loại hóa trị hai MgII bằng cation kim loại hóa trị ba AlIII tạo ra các phiến mang điện tích dương, được cân bằng điện tích bởi các anion xen kẽ giữa các lớp (như CO3²⁻) và phân tử nước. Vật liệu sở hữu diện tích bề mặt lớn, tính bazơ nội tại, cấu trúc mao quản trung bình và đặc biệt là "hiệu ứng ghi nhớ" (memory effect) cho phép tái tạo cấu trúc tinh thể. Việc cấy ghép các ion kim loại chuyển tiếp như Cu²⁺ vào mạng bát diện brucite giúp thu hẹp vùng cấm quang học (bandgap - Eg), dịch chuyển bước sóng hấp thụ sang vùng ánh sáng nhìn thấy.

2. Cơ chế quá trình quang xúc tác Photo-Fenton dị thể: Khi hệ vật liệu Cu-Hydrotanxit được kích thích bởi bức xạ ánh sáng khả kiến từ đèn LED 30 W, các cặp điện tử (e⁻) và lỗ trống (h⁺) được tạo ra trên bề mặt tinh thể. Dưới sự hiện diện của H2O2, ion Cu²⁺ đóng vai trò tâm hoạt tính xúc tác tham gia chu trình oxy hóa khử Cu²⁺/Cu⁺ liên tục (Cu²⁺-MgAl + H2O2 → Cu⁺-MgAl + H⁺ + HO2• và Cu⁺-MgAl + H2O2 → OH• + OH⁻ + Cu²⁺-MgAl). Quá trình này sản sinh liên tục các gốc tự do hydroxyl (OH•) có thế oxy hóa cực mạnh (khoảng 2,80 V), nhanh chóng tấn công phá vỡ liên kết liên hợp của phân tử phẩm nhuộm Rhodamin-B thành các chất vô hại như CO2, H2O và các ion khoáng.

Năm khái niệm học thuật trọng tâm chi phối toàn bộ luận văn bao gồm: Hydrotanxit biến tính Cu²⁺, Quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs), Quang xúc tác dị thể dưới ánh sáng khả kiến, Bức xạ chuyển dời điện tử vùng cấm (Eg), và Độ chuyển hóa phẩm nhuộm quang hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai thực nghiệm hệ thống, nghiêm ngặt từ khâu tổng hợp vật liệu đến đánh giá hiệu năng xử lý:

• Đối tượng và cỡ mẫu nghiên cứu: Thiết kế tổng hợp dãy 8 mẫu vật liệu xúc tác bao gồm 1 mẫu nền Hydrotanxit MgAl và 7 mẫu Hydrotanxit biến tính cấy Cu²⁺ (ký hiệu CuMgAl0,5 đến CuMgAl3,5). Tỷ lệ số mol được cố định nghiêm ngặt với nAl = 0,3 mol; nCO3²⁻ = 0,15 mol; tổng số mol (nMg + nCu) luôn đảm bảo đúng bằng 0,7 mol; trong đó nCu biến thiên từ 0,05 đến 0,35 mol. Cỡ mẫu này cho phép khảo sát toàn diện tương quan giữa hàm lượng Cu²⁺ cấy ghép và hoạt tính xúc tác.

• Quy trình tổng hợp đồng kết tủa: Dung dịch chứa hỗn hợp muối Mg(NO3)2·6H2O, Al(NO3)3·9H2O và Cu(NO3)2·3H2O trong 150 mL nước khử ion được khuấy đồng nhất trong 30 phút. Nhỏ từ từ 25 mL dung dịch Na2CO3 0,6 M trong 60 phút, điều chỉnh và ổn định pH ở mức 9,5 bằng NaOH 2 M để tạo hệ gel đồng nhất. Gel được chuyển vào bình Teflon chịu áp, thực hiện quá trình già hóa thủy nhiệt ở 100°C trong suốt 24 giờ nhằm hoàn thiện cấu trúc tinh thể. Kết tủa sau đó được lọc, rửa sạch nhiều lần bằng nước cất nóng 70°C đến pH trung tính (pH = 7,0), sấy khô ở 80°C trong 24 giờ và nghiền mịn bằng cối mã não.

• Hệ phương pháp phân tích đặc trưng hóa lý:

  • Nhiễu xạ tia X (XRD) trên máy D8-Advance 5005 (bức xạ Cu-Kα, bước sóng λ = 1,5406 Å, góc quét 2θ từ 0° đến 70°, tốc độ quét 0,03°/s) xác định pha tinh thể, tính khoảng cách d003 và kích thước hạt theo phương trình Scherrer.
  • Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) trên hệ thiết bị JEOL 3010 xác định hình thái học phiến nano và hệ mao quản.
  • Đo diện tích bề mặt riêng BET và phân bố lỗ xốp qua đường đẳng nhiệt hấp phụ/giải hấp phụ N2 trên thiết bị TriStar II Plus 2.03.
  • Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến (UV-Vis DRS) trên máy U-4100 xác định dải hấp thụ quang và năng lượng vùng cấm Eg.
  • Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis trên máy Shimadzu UV-1700 quét bước sóng hấp thụ cực đại λmax = 553 nm, xây dựng đường chuẩn tuyến tính nồng độ Rhodamin-B (phương trình hồi quy: y = 0,1692x + 0,001 với hệ số tương quan R² = 0,9993).

• Khảo sát phản ứng quang xúc tác: Tiến hành phản ứng trong cốc phản ứng chứa 250 mL dung dịch Rhodamin-B (nồng độ khảo sát từ 30 đến 100 mg/L), nạp 0,2 g vật liệu xúc tác, khuấy trong bóng tối 30 phút để đạt cân bằng hấp phụ động học, sau đó bổ sung 1,2 mL H2O2 30% và chiếu sáng bằng đèn LED 30 W (λmax = 625 nm), tốc độ khuấy 500 vòng/phút ở nhiệt độ phòng. Mẫu nước thải thực tế từ làng nghề chiếu cói xã An Lễ (Thái Bình) được pha loãng 30 lần, chỉnh về pH tối ưu 8,0 và khảo sát phản ứng khử màu theo thời gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện khoa học quan trọng với các số liệu định lượng chi tiết:

1. Đặc trưng cấu trúc tinh thể và hình thái nano: Giản đồ XRD của cả 8 mẫu vật liệu đều xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ sắc nét đặc trưng của cấu trúc khoáng Hydrotanxit tại các góc 2θ = 11,57° (mặt phẳng d003), 2θ = 23,45° (mặt phẳng d006) và 2θ = 60,90° (mặt phẳng d110). Khoảng cách giữa các lớp d003 dao động ổn định trong khoảng 7,667 đến 7,865 Å, thông số mạng a đạt 3,044 đến 3,056 Å và thông số c đạt 22,92 đến 23,53 Å. Ảnh TEM khẳng định vật liệu gồm các phiến xếp lớp 2D đồng nhất kích thước nanomet, xuất hiện hệ mao quản trung bình phát triển rõ rệt khi cấy ghép ion Cu²⁺.

2. Cấu trúc xốp và sự dịch chuyển bờ hấp thụ ánh sáng khả kiến: Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ/giải hấp phụ N2 (BET) chứng minh các mẫu đều thuộc đường loại IV với vòng trễ kiểu H3 đặc trưng cho vật liệu mao quản trung bình. Mẫu tối ưu CuMgAl2,0 đạt diện tích bề mặt riêng BET lên tới 79,15 m²/g (đường kính mao quản trung bình 15,22 nm), vượt trội hoàn toàn so với mẫu không cấy Cu MgAl (47,39 m²/g; 17,52 nm) và mẫu CuMgAl3,0 (36,02 m²/g; 12,35 nm). Phổ UV-Vis DRS cho thấy mẫu MgAl thuần chỉ hấp thụ vùng tử ngoại (210 - 320 nm, đỉnh 360 nm), trong khi việc cấy Cu²⁺ đã dịch chuyển mạnh bờ hấp thụ sang vùng khả kiến 395 - 495 nm, tương ứng năng lượng vùng cấm Eg thu hẹp xuống mức lý tưởng 2,51 đến 3,14 eV.

3. Hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamin-B vượt bậc: Trong điều kiện bóng tối, khả năng hấp phụ tĩnh của tất cả các mẫu đối với Rhodamin-B 30 ppm đều không đáng kể (hiệu suất hấp phụ dưới 10%). Khi kích hoạt quang hóa bằng đèn LED 30 W và H2O2, mẫu nền MgAl chỉ phân hủy được 18,67% sau 240 phút. Ngược lại, dãy vật liệu cấy Cu²⁺ cho tốc độ chuyển hóa cực nhanh: ba mẫu CuMgAl2,0, CuMgAl2,5 và CuMgAl3,0 đạt độ chuyển hóa từ 89,50% đến 92,41% chỉ sau 30 phút chiếu sáng đầu tiên, và đạt hiệu suất phân hủy tuyệt đối 100% sau 180 đến 240 phút.

4. Khả năng thích ứng nồng độ cao và xử lý nước thải làng nghề: Khi tăng nồng độ Rhodamin-B từ 30, 50, 75 lên 100 ppm trên mẫu CuMgAl2,0, độ chuyển hóa sau 240 phút vẫn duy trì ở mức rất cao, lần lượt đạt 100%, 91,18%, 94,29% và 92,75%. Đặc biệt, khi ứng dụng xử lý mẫu nước thải dệt chiếu cói thực tế (pha loãng 30 lần, pH = 8,0), độ hấp thụ quang Abs tại bước sóng 550 - 553 nm đã giảm liên tục từ 14,76 (thời điểm ban đầu) xuống 6,32 (sau 120 phút) và chỉ còn 1,42 sau 360 phút chiếu sáng, tương ứng hiệu suất khử màu đạt 90,40%.

Thảo luận kết quả

Cơ chế nâng cao hoạt tính xúc tác của hệ vật liệu Cu-Hydrotanxit được giải thích thông qua sự tương tác cộng hưởng giữa cấu trúc hình thái học và chuyển dời điện tử. Cation Cu²⁺ có bán kính ion và hình học phối trí bát diện tương đồng với Mg²⁺, cho phép thay thế đồng hình hoàn hảo vào mạng tinh thể brucite mà không phá vỡ khung cấu trúc 2D. Sự hiện diện của Cu²⁺ đóng vai trò là "bẫy" quang điện tử, ngăn chặn sự tái kết hợp giữa electron và lỗ trống quang sinh, đồng thời hạ thấp năng lượng kích hoạt vùng cấm Eg. Khi có mặt H2O2, các tâm Cu²⁺ trên bề mặt tham gia phản ứng kiểu Fenton tạo ra mật độ gốc OH• cực lớn, nhanh chóng phá hủy cấu trúc mang màu của Rhodamin-B.

Nghiên cứu đã khảo sát sâu sắc ảnh hưởng của pH môi trường trong khoảng từ 2,0 đến 10,0 đối với mẫu CuMgAl2,0 (nồng độ Rh-B 30 ppm, 0,2 g xúc tác, 1,2 mL H2O2). Dữ liệu thực nghiệm chỉ ra rằng khoảng pH tối ưu cho phản ứng là từ 4,0 đến 8,0. Tại pH = 8,0, độ chuyển hóa đạt cực đại 94,47% sau 240 phút. Ở môi trường axit mạnh pH = 2,0, hiệu suất giảm sâu xuống 80,15% do ion H⁺ nồng độ cao làm hòa tan một phần khung hydroxit lớp kép và rửa trôi ion Cu²⁺ vào dung dịch, làm mất tâm hoạt tính. Ở môi trường kiềm mạnh pH = 10,0, hiệu suất phân hủy chỉ đạt 73,61% do độ nhớt dung dịch tăng cao cản trở sự khuếch tán của chất màu, đồng thời xảy ra hiện tượng tự triệt tiêu các gốc tự do OH• bởi ion OH⁻ dư thừa.

Toàn bộ dữ liệu động học phân hủy và biến thiên phổ hấp thụ có thể được trực quan hóa xuất sắc thông qua các đồ thị động học bậc một biểu diễn sự suy giảm nồng độ Ct/C0 theo thời gian, các đường quét phổ UV-Vis quét liên tục thể hiện sự biến mất hoàn toàn của đỉnh pic 553 nm, và các đường cong trễ hấp phụ mao quản BET. So sánh với các hệ xúc tác truyền thống như FeTiH hay CuTiH trong các nghiên cứu công bố trước đây, hệ vật liệu CuMgAl trong luận văn thể hiện tốc độ phản ứng ban đầu nhanh hơn gấp 2 đến 3 lần và khả năng tận dụng bức xạ LED ánh sáng nhìn thấy hiệu quả hơn rõ rệt.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả thực nghiệm nổi bật, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật mang tính hành động cao:

1. Chuẩn hóa và mở rộng quy mô tổng hợp vật liệu xúc tác CuMgAl2,0: Hoàn thiện quy trình công nghệ điều chế xúc tác ở quy mô pilot 10 đến 20 kg/mẻ bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp già hóa nhiệt tự động. Kiểm soát nghiêm ngặt pH kết tủa 9,5 và nhiệt độ sấy 80°C. Mục tiêu đạt diện tích bề mặt riêng trên 75 m²/g với chi phí hóa chất giảm 25% so với nhập ngoại. Thời gian triển khai dự kiến: 6 đến 12 tháng, do các phòng thí nghiệm hóa vô cơ và viện nghiên cứu vật liệu chuyên ngành chủ trì.

2. Thiết kế module quang xúc tác dòng liên tục ứng dụng bức xạ LED tiết kiệm năng lượng: Xây dựng hệ thống phản ứng quang xúc tác dạng cột tầng cố định hoặc tầng sôi với công suất xử lý 5 đến 10 m³/ngày-đêm, tích hợp dàn đèn LED công suất 30 - 50 W (bước sóng 625 nm) và định lượng H2O2 tự động ở tỷ lệ 4,8 mL/L nước thải. Duy trì pH vận hành trong dải an toàn 6,0 - 8,0, thời gian lưu thủy lực 4 đến 6 giờ để đảm bảo độ khử màu đạt trên 90%. Thời gian thực hiện: 6 đến 9 tháng, áp dụng trực tiếp tại các cơ sở dệt nhuộm làng nghề.

3. Nghiên cứu đánh giá độ bền chu kỳ và giải pháp thu hồi, tái sinh xúc tác: Tiến hành thử nghiệm độ ổn định của vật liệu CuMgAl qua 5 đến 8 chu kỳ xử lý liên tiếp. Xây dựng quy trình rửa giải và tái hoạt hóa bằng nhiệt phân êm dịu, kiểm soát nồng độ ion Cu²⁺ rò rỉ vào nguồn nước dưới ngưỡng 0,5 mg/L theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp. Thời gian thực hiện: 12 tháng, do các nhóm R&D công nghệ môi trường phối hợp thực hiện.

4. Chuyển giao công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp cho các làng nghề dệt chiếu cói: Xây dựng cẩm nang hướng dẫn vận hành kỹ thuật và chuyển giao mô hình xử lý nước thải phân tán cho các hợp tác xã làng nghề tại huyện Quỳnh Phụ (tỉnh Thái Bình) và huyện Tuy An (tỉnh Phú Yên). Lộ trình thực hiện giai đoạn 2021 - 2025 dưới sự bảo trợ của Sở Tài nguyên và Môi trường các địa phương nhằm loại bỏ triệt để 80 - 90% lượng thuốc nhuộm xả thải trái phép.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và ứng dụng thực tiễn chuyên sâu dành cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Hóa học (Hóa vô cơ, Hóa lý, Hóa môi trường): Cung cấp cơ sở lý luận toàn diện về hóa học vật liệu sét anion, cơ chế thay thế đồng hình ion kim loại chuyển tiếp trong mạng brucite, phương pháp phân tích phổ XRD, TEM, BET, UV-Vis DRS và cơ chế động học quang xúc tác AOPs.

• Kỹ sư môi trường và chuyên viên thiết kế hệ thống xử lý nước thải công nghiệp: Tham khảo thông số công nghệ thực tế (tỷ lệ chất xúc tác 0,8 g/L, nồng độ H2O2, khoảng pH tối ưu 4,0 - 8,0, thời gian chiếu xạ LED 30 W) để tính toán, thiết kế các bể phản ứng quang hóa xử lý nước thải dệt nhuộm có độ màu cao.

• Ban quản lý hợp tác xã, chủ doanh nghiệp dệt may và cơ sở sản xuất chiếu cói: Nắm bắt giải pháp công nghệ xử lý nước thải thân thiện với môi trường, sử dụng nguồn ánh sáng khả kiến tiêu thụ ít điện năng, thay thế các hóa chất khử màu nhập khẩu đắt đỏ và giảm 30 - 40% chi phí vận hành xử lý bùn thải.

• Cán bộ quản lý môi trường tại các Sở Tài nguyên và Môi trường: Sử dụng dữ liệu khoa học của luận văn để đánh giá hiện trạng ô nhiễm phẩm màu hữu cơ tại các cụm công nghiệp làng nghề, từ đó xây dựng chính sách hỗ trợ kỹ thuật và ban hành các quy chuẩn kiểm soát nước thải đặc thù cho địa phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao vật liệu Hydrotanxit nền MgAl thuần túy lại có hiệu suất quang xúc tác thấp hơn nhiều so với các mẫu CuMgAl? Vật liệu MgAl thuần túy sở hữu vùng cấm năng lượng rộng (Eg = 3,14 eV) với đỉnh hấp thụ cực đại ở 360 nm, chỉ hấp thụ được tia tử ngoại (UV). Do đó, dưới bức xạ ánh sáng khả kiến của đèn LED 30 W, MgAl chỉ phân hủy được 18,67% Rhodamin-B sau 240 phút. Việc cấy Cu²⁺ đã thu hẹp Eg xuống 2,51 eV, mở rộng vùng hấp thụ sang 395 - 495 nm và tạo tâm phản ứng Fenton dị thể sản sinh lượng lớn gốc OH• tự do.

2. Tỷ lệ cấy ghép ion Cu²⁺ nào mang lại hoạt tính xúc tác tối ưu nhất cho vật liệu? Tỷ lệ số mol cấy ghép Cu²⁺ tối ưu nằm trong khoảng 2,0 đến 3,0 (tương ứng các mẫu CuMgAl2,0; CuMgAl2,5 và CuMgAl3,0). Trong đó, mẫu CuMgAl2,0 đạt diện tích bề mặt BET lớn nhất (79,15 m²/g) và cho độ chuyển hóa Rhodamin-B đạt 89,50% chỉ sau 30 phút, đạt 100% sau 240 phút chiếu sáng, vượt trội so với các tỷ lệ cấy thấp hơn hoặc cao hơn.

3. Tại sao môi trường pH từ 4,0 đến 8,0 lại là điều kiện lý tưởng nhất cho phản ứng phân hủy? Trong dải pH 4,0 đến 8,0 (đạt đỉnh 94,47% tại pH = 8,0), cấu trúc lớp của vật liệu hoàn toàn bền vững và thế điện hóa thuận lợi cho việc phân cắt H2O2 thành gốc OH•. Tại pH = 2,0, khung tinh thể bị axit ăn mòn làm rò rỉ ion kim loại, giảm độ phân hủy xuống 80,15%; trong khi tại pH = 10,0, độ nhớt tăng và ion OH⁻ cạnh tranh triệt tiêu gốc tự do khiến hiệu suất giảm còn 73,61%.

4. Khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu đối với nước thải dệt chiếu cói đạt kết quả như thế nào? Khi thử nghiệm trực tiếp trên nước thải làng nghề dệt chiếu cói thôn Đồng Bằng (Thái Bình) pha loãng 30 lần tại pH = 8,0 với 0,2 g xúc tác CuMgAl2,0 và 1,2 mL H2O2 30%, độ hấp thụ quang Abs của chất màu giảm liên tục từ 14,76 về 1,42, đạt hiệu suất khử màu ấn tượng 90,40% sau 360 phút chiếu sáng dưới đèn LED 30 W.

5. Phương pháp đồng kết tủa kết hợp già hóa thủy nhiệt mang lại ưu thế gì cho cấu trúc vật liệu? Phương pháp đồng kết tủa ở pH ổn định 9,5 kết hợp già hóa trong bình Teflon ở 100°C suốt 24 giờ tạo ra các tinh thể đồng đều cao, cấu trúc lớp bruxit hoàn chỉnh với khoảng cách liên lớp d003 đạt 7,667 - 7,865 Å, hình thành hệ mao quản trung bình loại H3 bền nhiệt, hạn chế tối đa tạp chất và gia tăng số lượng tâm xúc tác hoạt tính trên bề mặt.

Kết luận

• Tổng hợp thành công dãy 8 vật liệu Hydrotanxit MgAl và CuMgAl biến tính bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp già hóa thủy nhiệt 24 giờ ở 100°C với cấu trúc lớp kép 2D hoàn chỉnh và mao quản trung bình đồng nhất.
• Cấy ghép Cu²⁺ đã dịch chuyển mạnh bờ hấp thụ quang học của vật liệu sang vùng ánh sáng khả kiến (395 - 495 nm), thu hẹp năng lượng vùng cấm Eg xuống mức 2,51 - 3,14 eV và gia tăng diện tích bề mặt BET lên 79,15 m²/g.
• Hệ xúc tác CuMgAl2,0 thể hiện hoạt tính quang xúc tác Photo-Fenton vượt trội dưới đèn LED 30 W, đạt độ chuyển hóa Rhodamin-B 89,50% sau 30 phút và phân hủy hoàn toàn 100% sau 240 phút trong dải pH tối ưu 4,0 - 8,0.
• Khẳng định tính khả thi thực tiễn cao khi khử màu thành công 90,40% nước thải dệt nhuộm chiếu cói làng nghề sau 360 phút phản ứng, mở ra hướng đi mới xử lý triệt để nước thải hữu cơ ô nhiễm.
• Định hướng nghiên cứu tiếp theo trong giai đoạn tới tập trung vào việc thử nghiệm độ bền tái sử dụng qua nhiều chu kỳ, thiết kế module phản ứng dòng chảy liên tục quy mô công nghiệp và chuyển giao công nghệ xử lý nước thải phân tán cho các làng nghề truyền thống trên toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về thuốc nhuộm 1. Thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp.

Hiện nay, con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý nước thải dệt nhuộm. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó. Một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu.

Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định như: >C=C, C=N-, >C=O, -N=N-, … Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2, -COOH, - SO3H, -OH đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [3, 9]. Phân loại 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 nhuộm được phân chia thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: (1) Phân loại theo cấu trúc hóa học, (2) Phân loại theo đặc tính áp dụng [3, 9].

* Phân loại theo cấu trúc hóa học là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc nhuộm được phân thành 20 - 30 họ thuốc nhuộm khác nhau. Các họ chính là: a). 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.

Thuốc nhuộm Antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó. Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp. Thuốc nhuộm Triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu. Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm diaryl metan triaryl metan.

Thuốc nhuộm phtaloxianin: hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp khép kín. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm. Ngoài ra còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít có quan trọng hơn như: thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh… * Phân loại theo đặc tính áp dụng: Đây là cách phân loại các loại thuốc nhuộm thương mại đã được thống nhất trên toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điển về thuốc nhuộm: Color Index (CI), trong đó mỗi thuốc nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu sắc và phạm vi sử dụng. Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến thuốc nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo (bông, visco.), đó là các thuốc nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp.

Sau đó là các thuốc nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm như: thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc nhuộm axit. Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan và thuốc nhuộm hoàn nguyên tan. Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan là hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát: R=C=O. Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng axit không tan trong nước nhưng tan trong kiềm tạo thành môi trường bazơ.

Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch bột kiềm thì nó lại trở về dạng layco axit và bị oxi không khí oxi hóa về dạng nguyên thủy. Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan là muối este sunfonat (R≡C-O-SO3Na) của hợp chất layco axit của thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan. Nó dễ bị thủy phân trong 3 môi trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu. Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon.

Thuốc nhuộm lưu hóa: bao gồm các loại dưới đây. * Thuốc nhuộm lưu hóa chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D với D là nhóm mang màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình khử. Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại. * Thuốc nhuộm trực tiếp là loại thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp vào xơ sợi xenllulo và dạng tổng quát: Ar-SO3Na.

Khi hòa tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. * Thuốc nhuộm phân tán: loại thuốc nhuộm này có khả năng hòa tan rất thấp trong nước (có thể hòa tan nhất định trong dung dịch chất hoạt động bề mặt). Thuốc nhuộm phân tán dùng để nhuộm các loại xơ sợi tổng hợp kị nước. Xét về mặt hóa học có đến 59% thuốc nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác.

* Thuốc nhuộm bazơ cation: các thuốc nhuộm bazơ trước đây để nhuộm tơ tằm, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) và các loại khác. * Thuốc nhuộm axit là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+ (1.1) Anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu.

Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hóa học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là antraquinon, 5% triarylmetan và 6% các lớp hóa học khác. * Thuốc nhuộm hoạt tính là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với xơ sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi. Trong cấu tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin.

Dạng tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính: S – R – T – Y. Trong đó: - S là nhóm cho thuốc nhuộm độ 4 hòa tan cần thiết (-SO3Na, -COONa, -SO2CH3); - R là nhóm mang màu của thuốc nhuộm; - Y là nhóm nguyên tử phản ứng, trong điều kiện nhuộm nó tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm phản ứng với xơ (-Cl, -SO2, - SO3H, - CH=CH2,.); - T là nhóm mang nguyên tử hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực hiện liên kết giữa thuốc nhuộm và xơ. Thuốc nhuộm hoạt tính là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha. Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là trong điều kiện nhuộm, khi tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính không chỉ tham gia vào phản ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân.

Phản ứng tổng quát: S - R - T - Y + HO-Xơ → S - R - T- O - Xơ + HY (1.2) Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng giữa thuốc nhuộm và xơ sợi không đạt hiệu suất 100%. Để đạt độ bền màu giặt và độ bền màu tối ưu, hàng nhuộm được giặt hoàn toàn để loại bỏ phần thuốc nhuộm dư và phần thuốc nhuộm thủy phân. Vì thế, mức độ tổn thất đối với thuốc nhuộm hoạt tính cỡ 10 ÷ 50%, lớn nhất trong các loại thuốc nhuộm. Hơn nữa, màu thuốc nhuộm thủy phân giống màu thuốc nhuộm gốc nên nó gây ra vấn đề màu nước thải và ô nhiễm nước thải.

Tổng quan về rhodamin-B 1. Độc tính của rhodamin-B a. Thành phần, công thức cấu tạo Rhodamin-B là thuốc nhuộm màu đỏ, có công thức phân tử là C28H31ClN2O3, phân tử khối 479,02 (g/mol), có thể được phát hiện trong tự nhiên hoặc qua con đường tổng hợp hóa học [3, 7]. dưới đây là công thức hóa học của Rh-B.

Công thức cấu tạo cảu Rh-B 5 b. Một số ứng dụng của rhodamin-B Trong tự nhiên Rh-B có trong màu đỏ của hoa, quả tự nhiên như hạt điều, quả gấc,. Rh-B dạng này không độc, người ta vẫn thường dùng những nguyên liệu tự nhiên như bột điều, gấc để tạo màu đỏ cho xôi hay các món chiên rán cần màu đẹp. Tuy nhiên, nếu sử dụng Rh-B tự nhiên thì không thể đáp ứng quy mô sản xuất lớn vì vậy người ta phải sản xuất chúng bằng phương pháp tổng hợp hóa học.

Với các ưu điểm bền màu, ổn định với các giá trị pH khác nhau. Rh-B được xếp vào nhóm thuốc nhuộm công nghiệp, được sử dụng trong ngành dệt nhuộm, thực phẩm, mỹ phẩm. Được ứng dụng công nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, quang phổ huỳnh quang. Rh-B đang được thử nghiệm sử dụng trong vắc xin bệnh dại cho động vật hoang dã.

Do có màu đậm và phát huỳnh quang nên nó được dùng xác định tốc độ và hướng của dòng chảy. Ngoài ra, Rh-B được sử dụng trong sinh học như một thuốc nhuộn huỳnh quang do có tính chất phát quang, dùng để giúp kiểm soát lượng thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây ớt, cây lấy dầu [7, 32, 33]. Ảnh hưởng của Rhodamin-B đối với sức khỏe con người Rh-B là chất độc cấp và mãn tính, việc phơi nhiễm Rh-B có thể gây hại cho sức khỏe con người. Hít phải Rh-B có thể gây kích ứng đường hô hấp, khó thở, ho như viêm họng và đau ngực.

Nếu ăn phải thực phẩm có chất này vào cơ thể thì sẽ thâm nhập qua đường tiêu hóa gây ảnh hưởng đến các cơ quan như gan, gây đau dạ dày và đau ruột. Mức nhẹ có thể gây nôn mửa hoặc ngộ độc, nếu tích tụ lâu ngày trong dạ dày có thể gây ung thư. Khi mặt quần áo còn lượng tồn dư Rh-B trong thời gian dài có thể gây ung thư da.