Luận văn: Nghiên cứu hấp phụ Direct Red 79, Phenol Red trên đá ong biến tính CTAB tại ĐH Thái Nguyên

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Direct Red 79 và Phenol Red trên vật liệu đá ong biến tính CTAB, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng và ứng dụng xử lý nước thải.

• Tác giả: Ngô Thị Ngọc Quý
• Người hướng dẫn: PGS. TS Ngô Thị Mai Việt
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu hấp phụ Direct red 79, phenol red trên vật liệu đá ong biến tính bằng Cetyl trimethyl amonium bromide (CTAB)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt may, nhuộm sợi và in ấn bao bì tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, đóng góp tỷ trọng lớn vào kim ngạch xuất khẩu nhưng đồng thời phát sinh lượng nước thải chứa nhiều hợp chất màu hữu cơ khó phân hủy. Trong đó, phẩm nhuộm azo Direct Red 79 và chất màu Phenol Red là những tác nhân ô nhiễm đáng báo động do cấu trúc vòng thơm liên hợp bền vững, có khả năng phân tách thành 22 amin thơm độc hại và gây tổn thương tế bào biểu mô thận cũng như niêm mạc hô hấp của con người. Trước thách thức xử lý nguồn thải ô nhiễm với chi phí tối ưu, luận văn thạc sĩ Hóa học chuyên ngành Hóa phân tích được hoàn thành năm 2023 tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã nghiên cứu giải pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ khoáng sét tự nhiên.

Nghiên cứu tập trung khai thác nguồn đá ong dồi dào tại miền Bắc Việt Nam, nơi quặng laterite tự nhiên có chứa hàm lượng sắt oxit (Fe2O3) vượt trội đạt 68,32% cùng 7,99% Al2O3. Dù mang đặc tính hấp phụ tự nhiên, đá ong nguyên khai lại có mật độ điện tích thấp và thế điện động hạn chế, khiến khả năng giữ các anion phẩm nhuộm trong môi trường nước không cao. Để giải quyết triệt để vấn đề này, tác giả đã ứng dụng kỹ thuật biến tính bề mặt bằng chất hoạt động bề mặt cation cetyl trimethyl amonium bromide (CTAB). Công trình xác lập phạm vi thực nghiệm kỹ lưỡng trên dung dịch màu tiêu chuẩn và thử nghiệm thành công trên nguồn nước thải dệt chiếu cói thực tế tại xã An Lễ, huyện Quỳnh Phụ, tỉnh Thái Bình. Đóng góp nổi bật của luận văn là nâng hiệu suất xử lý Direct Red 79 lên tới 99,96%, mở ra giải pháp công nghệ tuần hoàn hiệu quả cao, thân thiện với môi trường và giảm thiểu gánh nặng chi phí xử lý nước thải công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn phát triển dựa trên nền tảng lý thuyết hóa học bề mặt, hóa keo và nhiệt động lực học hấp phụ dị thể. Trọng tâm của khung lý thuyết là cơ chế biến đổi bề mặt vật liệu oxit vô cơ bằng chất hoạt động bề mặt cation thông qua lực hút tĩnh điện và tương tác kỵ nước giữa các chuỗi alkyl dài. Khi phân tử cetyl trimethyl amonium bromide (CTAB) thâm nhập vào các tâm hoạt tính của đá ong laterite, nhóm mang điện tích dương amin bậc bốn quay ra ngoài dung dịch, làm chuyển dịch bản chất điện tích bề mặt từ trạng thái trung hòa yếu sang trạng thái dương điện mạnh mẽ. Điều này được minh chứng qua sự gia tăng của giá trị thế zeta từ 6,49 mV ở đá ong tự nhiên lên tới 18,1 mV ở đá ong sau biến tính.

Cơ chế lưu giữ các phân tử phẩm nhuộm được làm sáng tỏ dựa trên tương tác tĩnh điện Coulomb giữa tâm cation của CTAB gắn trên đá ong với các nhóm chức sulfonate tích điện âm (-SO3-) của Direct Red 79 và Phenol Red. Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich nhằm xác lập bản chất hấp phụ là đơn lớp đồng nhất hay đa lớp dị thể. Vận tốc quá trình chuyển khối cùng cơ chế kiểm soát tốc độ phản ứng được khảo sát toàn diện qua lý thuyết động học bậc một và bậc hai biểu kiến Lagergren, giúp đánh giá chính xác vai trò của quá trình hấp phụ hóa học trong toàn bộ hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thiết kế thực nghiệm đồng bộ trong thời gian 12 tháng của năm 2023 với hệ thống máy móc phân tích đạt chuẩn quốc tế. Mẫu đá ong tự nhiên được thu thập tại vùng trung du miền Bắc, tiến hành nghiền mịn, sàng tuyển để chọn dải kích thước hạt đồng đều, rửa sạch tạp chất hòa tan bằng nước cất hai lần và hoạt hóa nhiệt ở 100 độ C. Mẫu nước thải thực tế được lấy theo tiêu chuẩn bảo quản lạnh tại làng nghề dệt chiếu cói đỏ Thái Bình. Toàn bộ thí nghiệm hấp phụ theo mẻ được thực hiện lặp lại 3 lần độc lập (n = 3) để tính toán độ lệch chuẩn thống kê (SD), đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy của dữ liệu.

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis được lựa chọn làm phương pháp phân tích cốt lõi nhờ độ nhạy quang học cao, tính chọn lọc tốt, thao tác nhanh và chi phí hợp lý. Bước sóng hấp thụ cực đại được định vị chính xác ở 508 nm đối với Direct Red 79 và 432 nm đối với Phenol Red. Cấu trúc mao quản và tính chất hóa lý của vật liệu trước và sau biến tính được nhận diện qua phép đo diện tích bề mặt riêng BET hấp phụ N2 ở 77K trên thiết bị Tristar 3000, phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trong dải sóng 400 - 4000 cm-1 và đo thế điện tích bề mặt Zetasizer Nano ZS.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận nhiều phát hiện quan trọng về cấu trúc vật liệu và khả năng loại bỏ phẩm nhuộm:

Thứ nhất, quá trình biến tính bằng CTAB làm biến đổi sâu sắc các đặc trưng hình thái bề mặt: diện tích bề mặt riêng BET giảm từ 41,51 m2/g ở đá ong tự nhiên xuống 33,75 m2/g ở đá ong biến tính do các phân tử chất hoạt động bề mặt đã che phủ và thâm nhập vào các lỗ xốp. Phổ EDX ghi nhận sự hiện diện mới của nguyên tố Nitơ với hàm lượng 10,58%, đồng thời tỷ lệ khối lượng Carbon tăng từ 5,38% lên 7,90%. Phổ FT-IR xuất hiện rõ đỉnh dao động đặc trưng của nhóm -CH2- trong mạch alkyl của CTAB tại số sóng 2924,09 cm-1.

Thứ hai, pH môi trường là yếu tố quyết định hiệu quả xử lý: với nồng độ Direct Red 79 ban đầu 50 mg/L, hiệu suất hấp phụ đạt mức tối đa 99,96% ở pH = 3,0, sau đó suy giảm đều đặn khi kiềm hóa dung dịch và chạm đáy ở 65,80% tại pH = 9,0, phản ánh mức giảm hơn 34% do hiện tượng cạnh tranh vị trí hoạt tính giữa ion hydroxyl (OH-) và anion phẩm nhuộm.

Thứ ba, tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh và đạt trạng thái cân bằng trong vòng 90 phút đối với nồng độ 100 mg/L và 150 mg/L (hiệu suất tương ứng là 83,13% và 77,40%), và đạt cân bằng tại 120 phút khi nâng nồng độ lên 200 mg/L.

Thứ tư, quá trình hấp phụ tuân thủ tuyệt đối quy luật động học bậc hai biểu kiến với hệ số tương quan tuyến tính R2 đạt từ 0,9129 đến 0,999. Dung lượng hấp phụ tính toán theo mô hình (qe,cal đạt 45,05 mg/g) trùng khớp gần như hoàn toàn với dung lượng thực nghiệm (qe,exp đạt 46,04 mg/g ở nồng độ 150 mg/L). Sự có mặt của lực ion KCl 5 mM giúp ổn định và mang lại hiệu suất tối ưu là 84,06%.

Thảo luận kết quả

Khả năng hấp phụ vượt bậc của đá ong biến tính đối với Direct Red 79 tại vùng pH = 3,0 được giải thích trực tiếp thông qua điện tích bề mặt của vật liệu. Tại môi trường axit, thế zeta của đá ong đạt giá trị dương cao (+18,1 mV), trong khi thuốc nhuộm azo tồn tại hoàn toàn dưới dạng các anion phân ly mang điện tích âm mạnh. Lực hút tĩnh điện Coulomb giữa các gốc amin bậc bốn tích điện dương của CTAB và nhóm sulfonate của thuốc nhuộm diễn ra cực kỳ mạnh mẽ. Khi pH tăng dần từ 6,0 lên 9,0, nồng độ ion OH- trong dung dịch tăng vọt, dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt các tâm hấp phụ trên bề mặt khoáng sét, đồng thời làm giảm độ dương điện của vật liệu, kéo hiệu suất xử lý từ 99,96% rơi xuống 65,80%.

Khi so sánh với các nghiên cứu khác, đá ong biến tính CTAB thể hiện ưu thế vượt trội so với quặng apatit tự nhiên vốn chỉ đạt dung lượng hấp phụ cực đại khoảng 10,93 mg/g, hoặc đá ong biến tính bằng chất hoạt động bề mặt anion SDS vốn chỉ tương thích với các phẩm nhuộm cation như tím tinh thể (85%) hay xanh metylen (92%). Trong các công bố học thuật, toàn bộ tiến trình phản ứng động học được minh họa trực quan thông qua đồ thị biểu diễn hàm phụ thuộc tuyến tính của t/qt theo thời gian tiếp xúc t và các bảng tổng hợp hằng số tốc độ k2. Cách trình bày này giúp phân tách rõ ràng sự khác biệt giữa mô hình động học bậc một và bậc hai, khẳng định bản chất hấp phụ hóa học kiểm soát toàn bộ quá trình gắn kết phân tử màu lên bề mặt laterite.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển hóa các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm thành ứng dụng thực tiễn, 4 khuyến nghị kỹ thuật được đề xuất như sau:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình sản xuất vật liệu đá ong biến tính quy mô pilot: Phối trộn đá ong nghiền với dung dịch CTAB 1000 mg/L và KCl 10 mM theo tỷ lệ rắn lỏng 1:20 ở pH = 10 trong thời gian 180 phút. Giải pháp này cần được hoàn thiện trong vòng 6 tháng do các phòng thí nghiệm công nghệ môi trường chủ trì, hướng tới giá thành chế tạo vật liệu dưới 15.000 VNĐ/kg, tiết kiệm khoảng 40% chi phí so với than hoạt tính thương phẩm.

Thứ hai, thiết kế và chế tạo hệ thống modul hấp phụ dạng cột dòng liên tục (fixed-bed column): Duy trì thời gian lưu của dòng thải từ 90 đến 120 phút, đồng thời tích hợp bộ phận châm axit để kiểm soát ổn định pH dòng vào ở mức 3,0 đến 4,0. Mục tiêu đặt ra là duy trì hiệu suất loại bỏ phẩm nhuộm azo liên tục trên 95%, triển khai thử nghiệm tại các xưởng nhuộm trong lộ trình 9 tháng.

Thứ ba, xây dựng quy trình tái sinh và thu hồi vật liệu thân thiện: Nghiên cứu phương pháp giải hấp phụ phẩm nhuộm khỏi đá ong bằng dung dịch cồn loãng hoặc kiềm nhẹ nhằm tái sử dụng vật liệu, phấn đấu đạt mục tiêu duy trì dung lượng hấp phụ trên 70% sau 5 chu kỳ tái sinh liên tiếp, hoàn tất nghiên cứu trong 12 tháng bởi các nhóm nghiên cứu vật liệu.

Thứ tư, chuyển giao công nghệ xử lý nước thải cho các làng nghề dệt nhuộm truyền thống: Triển khai ứng dụng thử nghiệm mô hình tại các cơ sở nhuộm chiếu cói đỏ ở Thái Bình và các làng nghề dệt lụa, hướng đến cắt giảm trên 90% chỉ số màu và độ đục của nước thải trước khi thải ra hệ thống kênh mương, hoàn thành trong năm 2024 dưới sự phối hợp của chính quyền địa phương và cơ quan quản lý môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu sở hữu hàm lượng khoa học thực nghiệm cao, là tài liệu chuyên khảo hữu ích cho 4 nhóm đối tượng:

Thứ nhất, học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Hóa học, Kỹ thuật Môi trường: Luận văn cung cấp hệ thống số liệu chuẩn mực về phương pháp phân tích hóa lý bề mặt, kỹ thuật biến tính khoáng vật bản địa và quy trình tính toán các mô hình động học hấp phụ bậc hai, hỗ trợ thiết thực cho việc xây dựng đề cương nghiên cứu chuyên sâu.

Thứ hai, kỹ sư công nghệ môi trường tại các đơn vị tư vấn và xử lý nước thải công nghiệp: Tài liệu cung cấp thông số kỹ thuật thực chứng gồm khoảng pH tối ưu 3,0, thời gian đạt cân bằng 90 phút và nồng độ muối nền thích hợp, giúp kỹ sư dễ dàng mô phỏng và thiết kế modul xử lý màu nước thải dệt nhuộm đạt chuẩn xả thải.

Thứ ba, chủ doanh nghiệp dệt may, xưởng gia công sợi vải và cơ sở sản xuất thủ công mỹ nghệ: Nghiên cứu mang lại giải pháp công nghệ giá rẻ sử dụng khoáng liệu laterite có sẵn, giúp doanh nghiệp thay thế các vật liệu lọc đắt tiền, tiết kiệm từ 35% đến 40% chi phí vận hành hệ thống bảo vệ môi trường hàng năm.

Thứ tư, cán bộ quản lý tài nguyên và chuyên viên hoạch định chính sách bảo vệ môi trường: Đề tài cung cấp luận cứ khoa học thực tế để định hướng việc khai thác khoáng sản bền vững đi đôi với nhiệm vụ xử lý ô nhiễm nguồn nước cục bộ tại các cụm công nghiệp nông thôn.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao đá ong tự nhiên bắt buộc phải biến tính bằng CTAB trước khi hấp phụ Direct Red 79? Đá ong tự nhiên nguyên bản có thế zeta chỉ đạt 6,49 mV, không đủ lực hút tĩnh điện để giữ các phân tử màu dạng anion. Việc biến tính bằng chất hoạt động bề mặt cation CTAB đã đưa thế zeta tăng vọt lên 18,1 mV và bổ sung 10,58% Nitơ hữu cơ trên bề mặt, tạo ra các tâm điện tích dương dày đặc liên kết chặt chẽ với các gốc sulfonate của thuốc nhuộm.

Độ pH môi trường có tác động như thế nào đến hiệu suất làm sạch nước thải? Hiệu suất hấp phụ Direct Red 79 đạt mức kỷ lục 99,96% ở môi trường axit tại pH = 3,0 với dung lượng hấp phụ 19,96 mg/g. Tuy nhiên, khi pH tăng lên môi trường kiềm ở mức 9,0, nồng độ ion OH- dư thừa cạnh tranh gay gắt vị trí hấp phụ, làm suy giảm điện tích dương và khiến hiệu suất tụt xuống còn 65,80%.

Cơ chế hấp phụ Direct Red 79 trên đá ong biến tính tuân theo mô hình động học nào? Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm tương thích tuyệt đối với phương trình động học bậc hai biểu kiến với hệ số xác định R2 đạt từ 0,9129 đến 0,999. Giá trị dung lượng tính toán từ mô hình đạt 45,05 mg/g, tiệm cận giá trị thực nghiệm 46,04 mg/g ở nồng độ 150 mg/L, chứng minh tương tác hấp phụ hóa học giữ vai trò chi phối.

Lực ion và sự xuất hiện của muối vô cơ ảnh hưởng ra sao đến khả năng hấp phụ? Khảo sát nồng độ muối KCl từ 0 đến 100 mM chứng minh lực ion không gây suy giảm nghiêm trọng đến hiệu năng vật liệu. Hiệu suất xử lý đạt tối ưu 84,06% tại nồng độ KCl 5 mM và giữ ổn định quanh ngưỡng 82% khi nồng độ muối tăng cao, khẳng định vật liệu thích nghi hoàn hảo với nước thải dệt nhuộm thực tế có độ mặn cao.

Vật liệu đá ong biến tính CTAB có thể xử lý hiệu quả nguồn nước thải dệt nhuộm thực tế không? Thử nghiệm xử lý mẫu nước thải dệt chiếu cói đỏ tại xã An Lễ, huyện Quỳnh Phụ, tỉnh Thái Bình cho kết quả rất khả quan. Phổ quét UV-Vis ghi nhận độ hấp thụ quang của mẫu nước sau khi pha loãng 50 và 100 lần giảm rõ rệt sau quá trình lọc hấp phụ, minh chứng tiềm năng ứng dụng công nghiệp khả thi và kinh tế.

Kết luận

Nghiên cứu của luận văn thạc sĩ đã mang lại những đóng góp khoa học và thực tiễn quan trọng:

• Chế tạo thành công vật liệu hấp phụ biến tính CTAB từ đá ong tự nhiên chứa 68,32% Fe2O3, làm tăng thế zeta bề mặt từ 6,49 mV lên 18,1 mV.
• Xác định điều kiện vận hành tối ưu cho việc hấp phụ Direct Red 79 tại pH = 3,0, thời gian tiếp xúc cân bằng nhanh trong 90 phút và lực ion nền KCl 5 mM.
• Thiết lập hiệu suất loại bỏ phẩm nhuộm ấn tượng đạt 99,96% và dung lượng hấp phụ thực nghiệm đạt 46,04 mg/g.
• Chứng minh cơ chế phản ứng tuân thủ mô hình động học bậc hai biểu kiến với hệ số tương quan R2 đạt xấp xỉ 0,999.
• Thử nghiệm thành công trên nguồn nước thải dệt chiếu cói thực tế tại Thái Bình sau khi pha loãng 50 đến 100 lần.

Về định hướng tiếp theo, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu hoàn thiện quy trình tái sinh vật liệu và phát triển hệ thống lọc dạng cột quy mô công nghiệp trong giai đoạn 2024 - 2025. Các doanh nghiệp dệt may, đơn vị xử lý môi trường và nhà khoa học hãy chủ động hợp tác chuyển giao công nghệ để đưa giải pháp xử lý nước thải xanh từ đá ong bản địa vào đời sống sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Những năm gần đây, phẩm nhuộm được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp dệt may, giấy, in ấn, mỹ phẩm. Bên cạnh lợi ích về kinh tế, các ngành công nghiệp này thải ra một lượng lớn phẩm nhuộm có độc tính cao, hầu hết có tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và động vật. Do có cấu trúc thơm phức tạp và tương đối bền nên sự phân hủy phẩm nhuộm bởi các tác nhân như nhiệt, ánh sáng, vi khuẩn và thậm chí là quá trình oxi hóa thường có hiệu quả không cao. Điều này gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và chất lượng nước.

Phenol red thường được sử dụng để nhuộm vải. Nếu tiếp xúc với nhiều với loại phẩm nhuộm này, hệ hô hấp và da người sẽ bị ảnh hưởng. Direct red 79 có nhóm diazo có tính độc cao và có khả năng gây ung thư. Bởi vậy, các ngành công nghiệp có liên quan đến phẩm nhuộm được yêu cầu phải xử lý nước thải chứa loại chất hữu cơ này trước khi thải vào các nguồn nước.

Cộng đồng khoa học gánh vác trách nhiệm góp phần xử lý các chất độc hại nói chung, các phẩm nhuộm nói riêng bằng cách phát triển các phương pháp, kỹ thuật loại bỏ chúng ra khỏi các nguồn nước. Trong số các phương pháp được sử dụng để loại bỏ phẩm nhuộm ra khỏi nguồn nước bị ô nhiễm như hấp phụ, oxi hóa, quang xúc tác, phân hủy sinh học… thì hấp phụ vẫn được xem là một phương pháp được sử dụng phổ biến do tính ưu việt của nó (vật liệu thân thiện với môi trường, quá trình thực nghiệm đơn giản, hiệu quả hấp phụ cao, nguồn vật liệu phong phú với giá thành rẻ…). Đá ong tự nhiên có bản chất hấp phụ và là khoáng liệu khá phổ biến ở miền Bắc của Việt Nam, tuy nhiên tỉ trọng điện tích của đá ong không cao. Để loại bỏ các phẩm nhuộm tồn tại ở dạng ion trong môi trường nước cần nâng cao tỉ trọng điện tích của đá ong bằng cách biến tính bề mặt của nó bởi các tác nhân mang điện.

Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Direct red 79, phenol red trên vật liệu đá ong biến tính bằng Cetyl trimethyl amonium bromide (CTAB)”. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: Nghiên cứu hấp phụ phẩm nhuộm direct red 79 và phenol red trên vật liệu đá ong được biến tính bề mặt bằng chất hoạt động bề mặt có bản chất cation là cetyl trimethyl amonium bromide (CTAB). 1 Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu cụ thể sau: 1. Biến tính đá ong tự nhiên thành chất hấp phụ bằng tác nhân biến tính là chất hoạt động bề mặt có dạng cation (CTAB).

Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của vật liệu đá ong biến tính bằng các phương pháp IR, BET, zeta… 3. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố (pH, thời gian, khối lượng vật liệu, lực ion, nhiệt độ,.) đến khả năng hấp phụ direct red 79 và phenol đỏ của vật liệu. Nghiên cứu động học hấp phụ và nhiệt động lực học hấp phụ direct red 79 và phenol red trên vật liệu. Nghiên cứu một số đặc trưng lí hóa của vật liệu sau khi hấp phụ direct red 79 và phenol red và bước đầu đề xuất cơ chế hấp phụ các chất kháng sinh và kháng viêm này trên vật liệu.

Bước đầu thử nghiệm khả năng xử lí nước thải dệt nhuộm của vật liệu. 2 NỘI DUNG Chƣơng 1. Sơ lƣợc về chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt là một chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng hoặt giữa một chất lỏng và một chất rắn. Chất hoạt động bề mặt là những chất có khối lượng phân tử lớn và phân cực: một đầu ưa nước và một đầu kị nước.

Chúng mang điện tích, có độ nhớt cao và có tính dẫn điện. Tùy theo tính chất mà chất hoạt động bề mặt được phân theo các loại khác nhau gồm anion, cation và ion kép. Một số tài liệu dựa vào tính chất điện của đầu phân cực của phân tử chất hoạt hóa bề mặt thì có phân thành các loại: Chất hoạt hóa ion gồm chất hoạt hóa dương và chất hoạt hóa âm; Chất hoạt hóa phi ion và chất hoạt hóa lưỡng cực. Theo nghiên cứu, sự hấp phụ sẽ diễn ra phức tạp nếu bề mặt rắn mang điện, vì vậy những chất mang điện cũng có ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ lên bề mặt vật liệu rắn.

Bên cạnh đó, một số chất hoạt động bề mặt mang điện thường được sử dụng để biến tính vật liệu do tính chất hấp phụ với vật liệu rắn với mục đích nâng cao hiệu quả trong việc xử lý các chất gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Cetyl trimethyl amonium bromide (CTAB) là một chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương và được thể hiện rõ bởi có nhóm amin bậc 4. CTAB có công thức phân tử là C19H42BrN và công thức cấu tạo của CTAB được trình bày trong hình 1. Công thức cấu tạo của CTAB CTAB được ứng dụng nhiều trong việc sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa và mỹ phẩm.

CTAB được coi là một trong các chất hoạt động bề mặt khác có khả năng biến tính bề mặt của các chất hấp phụ, với mục đích để loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong môi trường nước [2]. Trong luận văn này, tôi sử dụng CTAB làm tác nhân biến tính đá ong thành chất hấp phụ các phẩm nhuộm direct red 79 và phenol red. Sơ lƣợc về direct red 79 và phenol red 1. Giới thiệu về direct red 79 Direct red 79 (DR 79) là phẩm nhuộm azo, một trong những phẩm nhuộm chính được sử dụng trong ngành dệt may hiện nay.

Nó là một hợp chất dị vòng được tạo thành bởi hợp chất diazoni kết hợp với phenol hoặc một amin thơm. Công thức phân tử của DR 79 là C37H28N6O17S4O4Na. Công thức cấu tạo của DR 79 được trình bày trong hình 1. Công thức cấu tạo của Direct red 79 Phẩm nhuộm direct red 79 có ánh sáng xanh đỏ đầy màu sắc.

Phẩm nhuộm direct red 79 có thể hòa tan trong nước để tạo ra màu đỏ đến xanh nhạt, độ hòa tan 15 g/L (60oC) / 24 g/L (97oC), ít tan trong ethanol và nguyên tố chất xơ hòa tan, không hòa tan trong các dung môi hữu cơ khác. Axit sulfuric mạnh có màu xanh lam, pha loãng thành màu tím; Trong dung dịch axit nitric cho màu xanh đen, sau đó thành màu xanh lam, lại thành màu tím. Dung dịch thuốc nhuộm có axit clohydric mạnh có kết tủa màu xanh lam nhạt; Thêm dung dịch natri hydroxit đặc để có màu vàng cam. Hòa tan trong nước tốt, khó nhạy cảm.

Cho ánh sáng xanh đỏ đầy màu sắc. Trong dung dịch nhuộm đồng, ion sắt có màu hơi thay đổi. Phân loại SDC cho loại B, màu trắng trung tính là rất tốt, màu trắng kiềm [18]. Màu đỏ trực tiếp 4BL được sử dụng để nhuộm vải cotton và viscose.

Nó có tốc độ nhuộm tốt nhưng độ dịch chuyển và san lấp mặt bằng kém. Nó cũng được sử dụng để in trực tiếp vải cotton và viscose, in màu trắng nền và in trên vải lụa và len. Nó cũng có thể được sử dụng với thuốc nhuộm phân tán để nhuộm vải pha polyester và viscose, da, giấy và nhôm anodized. 4 Cũng giống như các loại thuốc nhuộm azo khác, DR 79 sau khi khử sẽ phân tách tạo thành các amin bất kỳ trong danh sách 22 amin thơm có hại trong các sản phẩm dệt và da có thể tiếp xúc trực tiếp, lâu dài với da người và khoang miệng.

Ảnh hưởng rất lớn và nghiêm trọng đến sức khỏe lâu dài của con người. Giới thiệu về phenol red Phenol red tồn tại dưới dạng tinh thể đỏ ổn định trong không khí. Độ hòa tan của nó là 0,77 gram mỗi lít (g/L) trong nước và 2,9 g/L trong ethanol. Nó là một axit yếu với pKa = 8,00 ở 20 °C.

Phenol red thường được sử dụng làm thuốc thử để đo độ pH của nước trong khoảng từ 6,8 đến 8,2. Nó đổi màu từ vàng sang tím khi độ pH tăng từ 5,7 lên 8,2. Do đó, phenol red được sử dụng rộng rãi như một chất chỉ thị pH trong phòng thí nghiệm sinh học tế bào và cho các ứng dụng kiểm tra nước [28]. Công thức cấu tạo của phenol red được trình bày trong hình 1.

Công thức cấu tạo của phenol red Phenol red còn có tên gọi khác là phenol sulfonephthalein, có công thức phân từ là C19H14O5S và trọng lượng phân từ 354,38 g/mol. Hệ thống liên hợp mở rộng của liên kết đôi và liên kết đơn thay thế trong cấu trúc của phẩm nhuộm này mang lại cho nó màu sắc đậm. Ở dạng tinh thể, và trong dung dịch rất axit (pH thấp), hợp chất tồn tại dưới dạng zwitterion với nhóm sunfat tích điện âm và nhóm ketone mang thêm một proton. Hình thức này được viết một cách tượng trưng là H+2PS− có màu đỏ cam.

Nếu độ pH tăng, proton từ nhóm ketone bị mất, dẫn đến ion màu vàng, tích điện âm được ký hiệu là HPS-. 5 Dữ liệu về độc tính cho thấy phenol red ức chế sự phát triển của tế bào biểu mô thận. Tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với loại phẩm nhuộm này dẫn đến kích ứng mắt, hệ hô hấp và da. Phẩm nhuộm phenol đỏ gây độc cho sợi cơ và tác dụng gây đột biến của nó cũng được báo cáo [28].

Sơ lƣợc về đá ong tự nhiên Đá ong hay còn gọi là laterite. Đây là một loại khoáng chất khá phổ biến và xuất hiện ở những nơi có điều kiện môi trường ẩm ướt của vùng nhiệt đới, vì vậy phân bố rộng và trải dài khắp các vùng Trung du từ Bắc vào Nam. Cấu tạo chủ yếu của nó là nhôm và sắt. Thông thường đá ong có màu vàng hay màu nâu đỏ bởi nó chứa hàm lượng oxit rất cao.

Chúng ta có thể thấy đá ong ở một số vùng như Tây Nguyên, Vĩnh Phúc, Hà Nội, …. Đá ong được tạo ra từ sự phong hóa mạnh mẽ lâu dài của đá mẹ ở phía dưới. Demxop (1961) cho rằng, vai trò của nước ngầm là rất lớn trong sự tạo thành đá ong. Có thể thấy các oxit sắt trong đá ong dễ bị hòa tan trong nước, di chuyển theo nước và tập trung ở một vùng lên xuống của thủy cấp, hoặc do sự xói mòn thì lớp Fe tích tụ lại.