CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1. Ô nhiễm môi trường nước bởi các chất hữu cơ Các chất hữu cơ là nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm nguồn nước. Hàng năm trên thế giới sản xuất khoảng 60 triệu tấn các hợp chất hữu cơ, các chất đó được dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu để sản xuất các chất cần thiết cho cuộc sống [2] Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ lượng hợp chất hữu cơ khổng lồ đó, một lượng lớn chất thải hữu cơ và dư lượng các chất hữu cơ bị đưa vào môi trường. Các chất hữu cơ thường là chất độc, khá bền, đặc biệt là các hiđrocacbon thơm, các hợp chất chứa dị tố O, S, N…, các hợp chất cơ Clo.
Chúng gây ô nhiễm nặng cho nguồn nước, làm giảm lượng oxi tan vào nước (DO), làm tăng chỉ số nhu cầu oxi hóa sinh học (BOD) và chỉ số nhu cầu oxi hóa hóa học (COD). Hiện nay có trên 10.000 loại thuốc bảo vệ thực vật khác nhau [4], bao gồm: thuốc trừ sâu dùng để diệt côn trùng sâu bọ phá hoại mùa màng, thuốc diệt nấm dùng để tiêu diệt các loại vi khuẩn, thuốc diệt cỏ dùng để tiêu diệt cỏ dại và các thực vật không mong muốn, thuốc diệt rong tảo có hại thuốc trừ loại gặm nhấm… Sự lạm dụng quá mức các thuốc bảo vệ thực vật làm tăng dư lượng các hóa chất này trong đất, nước nông nghiệp, qua sự rửa trôi sẽ gây ô nhiễm nguồn nước. Trong nước thải từ các nhà máy, xưởng sản xuất như dệt may, in ấn, sơn,… cũng chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy. Căn cứ vào nhu cầu toàn thế giới ước tính có hơn 100.000 tấn thuốc nhuộm đã được thương mại hóa và hơn 70 triệu tấn thuốc nhuộm được sản xuất hàng năm [11].
Trong quá trình nhuộm thì có đến 12-15% tổng lượng thuốc nhuộm thất thoát theo nước thải nhuộm [2]. Nước thải của ngành công nghiệp này thường có độ màu cao làm cản trở sự hấp thụ bức xạ mặt trời, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loại thuỷ sinh, bất lợi cho hô hấp và sinh trưởng của quần thể vi sinh vật và các vi sinh vật có ích trong nước. Hơn thế nữa, những hợp chất hữu cơ này thường bền, rất khó bị phân hủy tự nhiên và có độc tính cao. Theo quy 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com định của EU hiện nay, thuốc nhuộm được tổng hợp dựa trên Benzidine, 3, 3’ – dimethoxybenzidine và 3, 3’ – dimethylbenzidine đã được xếp vào nhóm các chất gây ung thư [11].
Vì thế sự ô nhiễm nguồn nước bởi các loại chất hữu cơ này không chỉ phá hủy hệ sinh thái thủy sinh mà còn gây nguy hiểm đến con người. Vậy nên việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp loại bỏ các hợp chất hữu cơ này là hết sức cần thiết và cấp bách. Phân loại thuốc nhuộm 1. Thuốc nhuộm hòa tan trong nước Đặc điểm chung của loại thuốc nhuộm này là chúng hòa tan được trong nước.
Dưới đây là một số nhóm thường gặp [11] .1 Một số loại thuốc nhuộm hòa tan trong nước Thuốc nhuộm trực tiêp Thuốc nhuộm hoạt tính Là loại thuốc nhuộm tự bắt màu, Là những hợp chất màu mà trong chúng là những hợp chất màu tự phân tử của chúng có chứa các nhóm hòa tan trong nước và có khả nguyên tử có thể thực hiện mối liên Định năng tự bắt màu với các vật liệu kết cộng hóa trị với vật liệu nói nghĩa một cách trực tiếp nhờ các lực chung, nhờ vậy nên độ bền màu cao. hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Ar- SO3Na S–R–T–X Trong đó: Trong đó: Công Ar : gốc hữu cơ mang màu của S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có thức thuốc nhuộm tính tan. tổng R: là phần mang màu, thường là các quát hợp chất Azo (-N=N), atraquinon, axit chứa kim loại.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thuốc nhuộm trực tiêp Thuốc nhuộm hoạt tính T: là gốc mang nhóm phản ứng. X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng Các chất này hòa tan trong nước dễ Có độ bền màu cao với giặt, ma sát dàng ở nhiệt độ 50 ºC – 60 ºC, với và nhiều chỉ tiêu lý hóa khác (nhiệt hàm lượng 20 - 40 (g/l), lượng màu độ, ánh sáng…). trực tiếp lưu giữ trên vải vật liệu đạt Hầu hết thuốc nhuộm hoạt tính tan tốt Tính từ 80-90%. trong nước và bắt màu vào vật liệu đạt chất cơ Có đủ các gam màu từ vàng tới đến 60- 65%, trong môi trường kiềm bản đen, màu của chúng tươi, được sử yếu.
Loại thuốc nhuộm này khi thải vào dụng để nhuộm hoặc in hoa chủ môi trường có khả năng tạo thành các yếu cho các vật liệu từ xenlulo như amin thơm được xem là tác nhân gây vải bông, đay…[2] ung thư. Thuốc nhuộm không tan trong nước Đặc điểm của loại thuốc nhuộm này là không tan trong nước, hoặc lúc đầu tan tạm thời nhưng sau khi bắt màu vào tơ sợi thì chuyển sang dạng không tan. Một số nhóm thường gặp được đề cập trong bảng 1.2 Một số loại thuốc nhuộm không tan trong nước Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm phân tán Là những hợp chất màu hữu Là những hợp chất màu không tan trong cơ không hòa tan trong nước, nước do trong phân tử không chứa nhóm Định tuy có cấu tạo hóa học và màu tạo tính tan –SO3Na, -COONa, có kích nghĩa sắc khác nhau nhưng chúng thước phân tử nhỏ, khối lượng phân tử có chung một tính chất. không lớn, cấu tạo không phức tạp 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm phân tán Tất cả các thuốc nhuộm hoàn Công nguyên đều chưa nhóm xeton thức trong phân tử.
tổng CTTQ: R=C=O Trong đó, R có thể là gốc Aryl. Alkyl, quát hydroxyl… Thuốc nhuộm có màu sắc đa Có thể hình thành phức kim loại với ion dạng, tươi ánh, độ bền màu kim loại nặng làm thay đổi màu sắc Tính cao do phân tử có chứa nhiều thuốc nhuộm. Biến màu cũng có thể xảy chất nhân thơm. ra với thuốc nhuộm phân tán gốc azo do cơ tiếp xúc các chất có tính khử.
Trong điều bản kiện không thuận lợi, thuốc nhuộm phân tán azo có thể bị phân hủy thành amin màu vàng hoặc không màu. Giới thiệu một số loại thuốc nhuộm 1. Giới thiệu về Xanh metylen Xanh metylen có tên quốc tế là metylen blue, là hợp chất thơm dị vòng, được tổng hợp ra cách đây hơn 120 năm, công thức hóa học là C16H18N3SCl [5] .1 Công thức cấu tạo Xanh metylen 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Một số đặc điểm của Xanh metylen Tính chất vật lý Xanh metylen là hợp chất có màu xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phòng. Dạng dung dịch 1% có pH từ 3-4,5.
Xanh Metylen nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể. Tan tốt trong nước và một số các dung môi hữu cơ. Dung dịch nước hấp thụ cực đại với ánh sáng có λ = 664 nm. Độc tính Tác động đường hô hấp: gây khó thở khi tiếp xúc trực tiếp, tổn thương vĩnh viễn mắt của con người và động vật, làm mất cảm giác, buồn nôn, ra mồ hôi, rối loạn tâm thần.
Tác động tới môi trường: Xanh Metylen chứa N+, Nitơ và lưu huỳnh trong dị vòng nên có khả năng kháng khuẩn tốt do đó nó khó bị phân hủy bởi các vi sinh vật. Chất này thường lắng đọng trong bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi nên gây ảnh hưởng lớn tới đời sống của các sinh vật. Ứng dụng của Xanh metylen Xanh Metylen là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản suất mực in và được sử dụng trong y học. Trong thủy sản, xanh metylen được sử dụng vào giữa thế kỉ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng.
Ngoài ra, xanh metylen cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do Methemoglobin quá nhiều trong máu, trị các bệnh về máu [24]. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giới thiệu về Rhodamin B Rhodamin B là một thành phần của phẩm màu công nghiệp. Công thức phân tử: C28H31ClN2O3.
Phân tử khối: 479,02 g/mol.2 Công thức cấu tạo của Rhodamin B Rhodamin B là những tinh thể màu tối có ánh xanh hay ở dạng bột màu nâu đỏ. Nhiệt độ nóng chảy khoảng từ 210 0C đến 211 0C. Rhodamine B là thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại, tan tốt trong methanol, ethanol, nước (khoảng 50 g/l). Độ hoà tan trong 100 gam dung môi: nước 0,78 gam (26 0C), ethanol 1,74 gam.
Dung dịch nước và ethanol có màu đỏ ánh xanh nhạt phát huỳnh quang màu đỏ mạnh, đặc biệt rõ trong các dung dịch loãng. Dung dịch nước hấp thụ cực đại với ánh sáng có λ = 553 nm. Các phương pháp xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm 1. Phương pháp hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha.
Đây là phương pháp tách chất trong đó các cấu tử xác định từ hỗn hợp lỏng hoặc khí được hấp phụ trên bề mặt chất rắn xốp. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp hấp phụ là một phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong nước, được ứng dụng rỗng rãi trong kỹ thuật xử lý nước thải nhờ có các ưu điểm: - Có khả năng làm sạch nước ở mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ về chất lượng. - Qui trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp. Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm như sau: - Không thể sử dụng đối với nguồn thải có tải trọng ô nhiễm cao.
- Chuyển chất ô nhiễm từ pha này sang pha khác, tạo ra một lượng thải sau khi hấp phụ, không xử lý triệt để được ô nhiễm [3]. Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn.
Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Một số khái niệm * Dung lượng hấp phụ: Dung lượng hấp phụ là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: q= (1.