Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm trên đá ong biến tính

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hay luận văn thạc sĩ nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải

• Tác giả: Nguyễn Thị Linh Trang
• Người hướng dẫn: PGS. 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 một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Nước thải dệt nhuộm
• 1.2. Khái quát về thuốc nhuộm
• 1.3. Phân loại thuốc nhuộm
• 1.4. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể
• 1.5. Giới thiệu về PSS
• 1.6. Phương pháp hấp phụ
• 1.7. Dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ
• 1.8. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ. Động học hấp phụ
• 1.9. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.10. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị máy móc
• 1.11. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS
• 1.12. Khảo sát khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên
• 1.13. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong biến tính bằng PSS
• 1.14. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.15. Diện tích bề mặt riêng của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng PSS
• 1.16. Thế zeta của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng PSS
• 1.17. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính
• 1.18. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis
• 1.19. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trên đá ong biến tính
• 1.20. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính
• 1.21. Tái sử dụng vật liệu
• 1.21.1. Hấp phụ tím tinh thể trên đá ong biến tính
• 1.21.2. Tái sử dụng vật liệu lần thứ nhất
• 1.21.3. Tái sử dụng vật liệu lần thứ hai
• 1.21.4. Tái sử dụng vật liệu lần thứ ba
• 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS
• 2.2. Xác định nồng độ của polime PSS bằng phương pháp UV-Vis
• 2.3. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong biến tính bằng PSS
• 2.4. Ảnh SEM của vật liệu
• 2.5. Thế zeta của vật liệu
• 2.6. Diện tích bề mặt riêng của đá ong tự nhiên, đá ong biến tính bằng PSS và đá ong biến tính sau hấp phụ MB
• 2.7. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính
• 2.8. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis
• 2.9. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trên đá ong biến tính
• 2.10. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính
• 2.11. Tái sử dụng vật liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm trên đá ong biến tính

Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm trên đá ong biến tính là một lĩnh vực quan trọng trong việc xử lý nước thải. Đá ong, với tính chất hấp phụ tự nhiên, có khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là thuốc nhuộm. Việc biến tính đá ong bằng các polymer như PSS giúp tăng cường khả năng hấp phụ, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý nước thải. Nghiên cứu này không chỉ mang lại giá trị thực tiễn mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Đá ong biến tính và ứng dụng trong xử lý nước thải

Đá ong biến tính là vật liệu hấp phụ hiệu quả nhờ vào cấu trúc bề mặt và tính chất hóa lý của nó. Việc sử dụng đá ong trong xử lý nước thải giúp giảm thiểu ô nhiễm từ thuốc nhuộm, mang lại lợi ích cho môi trường.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm

Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu hấp phụ tự nhiên, thân thiện với môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm từ thuốc nhuộm trong nước thải

Ô nhiễm nước từ thuốc nhuộm là một trong những vấn đề nghiêm trọng hiện nay. Các chất màu hữu cơ trong thuốc nhuộm có thể gây hại cho sinh vật và con người. Chúng tạo ra lớp màng trên bề mặt nước, ngăn cản sự khuếch tán oxy và ánh sáng, ảnh hưởng đến sự sống của các loài thủy sinh. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết.

2.1. Tác động của thuốc nhuộm đến môi trường

Thuốc nhuộm có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho hệ sinh thái, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm là một thách thức lớn.

2.2. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải như hóa lý, sinh học và hấp phụ. Tuy nhiên, phương pháp hấp phụ với đá ong biến tính đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi do tính hiệu quả và chi phí thấp.

III. Phương pháp nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm trên đá ong biến tính

Phương pháp nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm trên đá ong biến tính bao gồm các bước như xác định điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ, khảo sát khả năng hấp phụ của đá ong và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ. Việc sử dụng các mô hình hấp phụ giúp đánh giá chính xác khả năng hấp phụ của vật liệu.

3.1. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ

Điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ bao gồm pH, nồng độ thuốc nhuộm và thời gian tiếp xúc. Việc xác định các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả hấp phụ cao nhất.

3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của đá ong biến tính

Khảo sát khả năng hấp phụ của đá ong biến tính giúp đánh giá hiệu quả của vật liệu trong việc loại bỏ thuốc nhuộm khỏi nước thải. Các thí nghiệm thực nghiệm sẽ được thực hiện để thu thập dữ liệu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy đá ong biến tính có khả năng hấp phụ cao đối với các loại thuốc nhuộm như xanh metylen và tím tinh thể. Việc áp dụng đá ong biến tính trong xử lý nước thải không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng của vật liệu này.

4.1. Hiệu suất hấp phụ của đá ong biến tính

Hiệu suất hấp phụ của đá ong biến tính được đánh giá thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ cao, đặc biệt là trong điều kiện tối ưu.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải thực tế

Đá ong biến tính có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm trên đá ong biến tính mở ra nhiều triển vọng trong việc xử lý nước thải. Việc phát triển và ứng dụng các vật liệu hấp phụ tự nhiên sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và khả năng tái sử dụng của vật liệu.

5.1. Tương lai của nghiên cứu hấp phụ

Nghiên cứu hấp phụ sẽ tiếp tục được mở rộng với các vật liệu mới và quy trình tối ưu hơn, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

5.2. Định hướng phát triển bền vững

Việc sử dụng đá ong biến tính trong xử lý nước thải không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường, hướng tới phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước do công nghiệp dệt may đang là thách thức sinh thái nghiêm trọng tại nhiều quốc gia đang phát triển. Theo ước tính từ ngành dệt nhuộm, các hợp chất màu hữu cơ tổng hợp chiếm khoảng 60% đến 70% tổng lượng thuốc nhuộm tiêu thụ, đặc biệt là nhóm thuốc nhuộm azo và bazơ cation. Sự phát thải của các chất màu phổ biến như xanh metylen với khối lượng phân tử 319,85 g/mol và tím tinh thể với khối lượng phân tử 407,98 g/mol tạo màng chắn quang học trên bề mặt sông ngòi, làm giảm độ xuyên thấu của ánh sáng, cản trở quá trình quang hợp và gây độc tế bào thủy sinh.

Trước thực trạng đó, đề tài tập trung giải quyết bài toán xử lý chất màu hữu cơ bằng phương pháp hấp phụ thân thiện môi trường, tận dụng nguồn khoáng sét đá ong tự nhiên dồi dào tại Việt Nam. Mục tiêu cụ thể là tối ưu hóa quy trình biến tính đá ong bằng polyme mang điện tích âm poly(styrene sulfonate) (PSS), đánh giá các đặc trưng hóa lý bề mặt và khảo sát toàn diện khả năng xử lý xanh metylen cũng như tím tinh thể trong môi trường nước.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Trường Đại học Sư phạm thuộc Đại học Thái Nguyên, phối hợp phân tích cấu trúc vật liệu tại Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2019. Kết quả xác lập dung lượng hấp phụ cực đại của đá ong biến tính đạt 14,95 mg/g đối với PSS, mở ra giải pháp công nghệ có khả năng nâng cao hiệu suất xử lý thuốc nhuộm lên trên 90%, đồng thời tiết kiệm hơn 50% chi phí vật liệu so với việc sử dụng than hoạt tính thương mại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Cơ sở lý thuyết của đề tài xây dựng trên nền tảng nhiệt động học và động học hấp phụ pha lỏng - rắn. Nghiên cứu vận dụng hai mô hình đẳng nhiệt kinh điển gồm mô hình Langmuir và mô hình Freundlich để mô tả cơ chế tương tác bề mặt. Mô hình Langmuir giả định quá trình hấp phụ diễn ra đơn lớp trên các tâm hoạt tính đồng nhất không tương tác tương hỗ, được biểu diễn qua phương trình tuyến tính Ccb/q = (1 / (qmax * b)) + (Ccb / qmax), trong đó tham số không thứ nguyên RL nằm trong khoảng 0 đến 1 khẳng định điều kiện hấp phụ thuận lợi. Ngược lại, mô hình Freundlich với phương trình thực nghiệm lg q = lg k + (1/n) lg Ccb phản ánh sự hấp phụ đa lớp trên bề mặt dị thể năng lượng.

Về mặt động học, quá trình phân tách được đánh giá thông qua mô hình giả động học bậc 1 Lagergren dạng lg(qe - qt) = lg qe - (k1 / 2,303)t và mô hình giả động học bậc 2 biểu kiến t/qt = (1 / (k2 * qe^2)) + (t / qe). Các khái niệm cốt lõi bao gồm dung lượng hấp phụ cân bằng q (mg/g), hiệu suất hấp phụ H (%), cấu trúc điện tích bề mặt thông qua thế zeta và các tương tác tĩnh điện giữa gốc sulfonate (-SO3-) của polyme PSS với cation thuốc nhuộm (MB+ và CV+).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm mẻ tĩnh với việc kiểm soát nghiêm ngặt các thông số hóa lý. Cỡ mẫu cố định được lựa chọn là 0,25 g vật liệu phân tán trong 50 mL dung dịch thử nghiệm (tương ứng tỉ lệ khối lượng 5 mg/mL), mỗi thí nghiệm được thực hiện lặp lại 3 lần độc lập (n = 3) để lấy giá trị trung bình và xác định độ lệch chuẩn SD, đảm bảo triệt tiêu các sai số ngẫu nhiên. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nguyên tắc đồng nhất hóa kích thước hạt khoáng đá ong qua rây tiêu chuẩn trước khi tiến hành biến tính.

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis trên máy Shimadzu UV-1700 được lựa chọn làm công cụ phân tích nồng độ chính nhờ độ nhạy quang học cao, khoảng tuyến tính rộng và tốc độ đo nhanh. Bước sóng định lượng được tối ưu tại 224,4 nm cho PSS loãng (< 20 ppm), 261,4 nm cho PSS nồng độ cao (20 - 500 ppm), 663 nm cho xanh metylen và 590 nm cho tím tinh thể. Cấu trúc hình thái và tính chất bề mặt vật liệu được kiểm chứng qua ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM (Jeol 6490 JED 2300), thế zeta (Malvern Zetasizer Nano ZS) và diện tích bề mặt riêng BET (Tristar 3000 V6) đo bằng kỹ thuật hấp phụ N2 ở 77 K trong suốt chu kỳ nghiên cứu 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm đã xác định bộ thông số tối ưu cho việc chế tạo đá ong biến tính bằng polyme PSS. Kết quả cho thấy hiệu suất gắn kết PSS đạt đỉnh ở giá trị pH bằng 4, nồng độ muối NaCl 50 mM, tỉ lệ khối lượng vật liệu 5 mg/mL và thời gian tiếp xúc 150 phút. Dung lượng hấp phụ PSS cực đại tính toán theo mô hình Langmuir đạt 14,95 mg/g với hệ số tương quan R2 vượt trên 0,90, chứng minh sự bao phủ đơn lớp đồng đều của polyme lên khung khoáng sét.

Đối với khả năng tách loại phẩm màu, vật liệu đá ong sau biến tính thể hiện sự vượt trội rõ rệt. Quá trình hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể đạt trạng thái cân bằng nhanh chóng sau 75 đến 90 phút lắc ở tốc độ 150 vòng/phút. Động học hấp phụ tím tinh thể tuân theo mô hình giả động học bậc 2 với hệ số xác định R2 đạt xấp xỉ 0,99, phản ánh cơ chế hấp phụ hóa học chiếm ưu thế thông qua lực hút tĩnh điện bền vững. Sau 3 chu kỳ tái sinh liên tiếp bằng dung dịch axit clohidric loãng và sấy khô ở 70°C, hiệu suất xử lý màu của vật liệu vẫn duy trì ổn định trên mức 85%.

Thảo luận kết quả

Cơ chế hấp phụ tối ưu tại pH bằng 4 được giải thích bởi sự tương tác điện tích thuận lợi giữa bề mặt oxit sắt/nhôm trong đá ong với các chuỗi anion PSS tích điện âm. Sự hiện diện của nồng độ muối NaCl 50 mM đóng vai trò nén lớp điện kép và kích hoạt các liên kết kỵ nước giữa các vòng benzen của polyme, từ đó gia tăng mật độ cố định PSS. Khi nâng pH lên môi trường kiềm (pH > 7), sự cạnh tranh gay gắt của các ion OH- tự do làm suy giảm đáng kể lượng PSS bám dính.

Dữ liệu thực nghiệm được minh chứng rõ nét qua các đồ thị biểu diễn: đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính Ccb/q phụ thuộc vào Ccb cho thấy độ dốc chuẩn xác phản ánh dung lượng cực đại, kết hợp cùng đồ thị động học bậc 2 biểu diễn t/qt theo thời gian t cho đường thẳng đồng nhất. Bảng số liệu quang phổ ghi nhận độ hấp thụ quang Abs tăng tuyến tính trong dải nồng độ chuẩn 1 đến 10 ppm với sai số lặp lại dưới 0,001.

So sánh với công trình của tác giả Trương Thị Hoa khi dùng chất hoạt động bề mặt SDS biến tính đá ong (đạt dung lượng MB 25,51 mg/g và CV 60,24 mg/g), hoặc nghiên cứu của tác giả Chu Thị Minh Phương trên nano nhôm oxit biến tính SDS (đạt 165,0 mg/g Rhodamin B), việc sử dụng đại phân tử PSS mang lại ưu thế vượt trội về độ bền hóa học, hạn chế tối đa nguy cơ rửa trôi chất biến tính vào môi trường nước tiếp nhận.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, các giải pháp công nghệ và quản lý cần được triển khai đồng bộ:

• Chuẩn hóa quy trình biến tính đá ong quy mô pilot: Thiết lập thông số vận hành cố định với pH bằng 4, nồng độ dung dịch NaCl 50 mM, tốc độ khuấy trộn 150 vòng/phút trong thời gian 150 phút, hướng tới mục tiêu đạt hiệu suất cố định polyme trên 95% do các đơn vị nghiên cứu chuyển giao công nghệ thực hiện trong giai đoạn 2026 - 2027.
• Chế tạo và lắp đặt hệ thống lọc cột liên tục: Thiết kế modul cột hấp phụ nhồi vật liệu đá ong biến tính PSS với tốc độ dòng 8,5 đến 10 mL/phút, đặt chỉ tiêu loại bỏ từ 90% đến 98% hàm lượng xanh metylen và tím tinh thể tại các trạm xử lý nước thải dệt nhuộm tập trung trước quý IV năm 2027.
• Tối ưu hóa chu trình tái sinh và tuần hoàn vật liệu: Áp dụng quy trình rửa giải bằng dung dịch axit HCl nồng độ 0,02 M đến 0,05 M, đặt mục tiêu duy trì hiệu suất hấp phụ trên 80% sau 5 chu kỳ tái sử dụng, giúp các doanh nghiệp may mặc cắt giảm ít nhất 45% chi phí xử lý bùn thải thứ cấp.
• Mở rộng phạm vi nghiên cứu trên nước thải đa thành phần: Doanh nghiệp phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường tiến hành thử nghiệm trên các dòng nước thải thực tế chứa đồng thời kim loại nặng (Cu2+, Mn2+, Zn2+) và các nhóm thuốc nhuộm hoạt tính phức tạp, hoàn thành đánh giá toàn diện trong lộ trình 2026 - 2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và thực tiễn phong phú cho các nhóm độc giả chuyên sâu:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Hóa học, Kỹ thuật Môi trường: Khai thác phương pháp luận thực nghiệm mẻ tĩnh, kỹ thuật dựng đường chuẩn trắc quang UV-Vis đa bước sóng và phương pháp xử lý số liệu động học, nhiệt động học hấp phụ.
• Kỹ sư môi trường và chuyên viên thiết kế trạm xử lý nước thải: Tham khảo quy trình biến tính khoáng sét tự nhiên và các thông số vận hành tối ưu nhằm phát triển hệ thống lọc chi phí thấp cho các làng nghề nhuộm, nhà máy giấy và dệt may.
• Doanh nghiệp sản xuất dệt may và hóa chất công nghiệp: Tiếp cận giải pháp công nghệ sạch sử dụng nguyên liệu đá ong nội địa sẵn có để đạt chuẩn xả thải theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT với chi phí đầu tư tối thiểu.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu tại các viện, trường đại học: Ứng dụng số liệu và quy trình thực nghiệm làm tài liệu giảng dạy chuyên đề hóa lý bề mặt, hóa phân tích môi trường và định hướng đề tài nghiên cứu cho sinh viên.

Câu hỏi thường gặp

Ưu điểm nổi bật của việc biến tính đá ong bằng PSS so với đá ong tự nhiên là gì?
Đá ong tự nhiên có diện tích bề mặt hạn chế và khả năng hấp phụ chọn lọc thấp đối với chất hữu cơ. Khi biến tính bằng polyme PSS, các nhóm chức sulfonate (-SO3-) mang điện tích âm dày đặc được gắn lên bề mặt, giúp nâng dung lượng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể lên gấp nhiều lần nhờ lực tương tác tĩnh điện mạnh mẽ.

Tại sao nồng độ muối NaCl 50 mM lại cho hiệu quả biến tính PSS cao nhất?
Ở nồng độ muối 50 mM NaCl, lực ion vừa đủ để nén lớp điện kép xung quanh chuỗi polyme, đồng thời thúc đẩy các tương tác kỵ nước giữa các vòng thơm của PSS. Điều này giúp các đại phân tử liên kết đa lớp bền vững trên bề mặt đá ong, đạt dung lượng hấp phụ cân bằng tối ưu 13,97 mg/g.

Mô hình nào mô tả chính xác nhất động học hấp phụ của thuốc nhuộm trên vật liệu?
Quá trình hấp phụ phẩm màu tím tinh thể tuân theo mô hình giả động học bậc 2 biểu kiến với hệ số tương quan R2 đạt xấp xỉ 0,99. Điều này khẳng định tốc độ của toàn bộ quá trình bị chi phối bởi phản ứng hấp phụ hóa học, liên quan đến sự chia sẻ hoặc trao đổi điện tích giữa cation chất màu và bề mặt biến tính.

Quy trình tái sinh đá ong biến tính sau khi hấp phụ bão hòa được thực hiện ra sao?
Vật liệu sau khi hấp phụ được rửa giải hoàn toàn bằng dung dịch axit HCl loãng để giải phóng các cation thuốc nhuộm ra khỏi tâm hoạt tính. Tiếp theo, chất hấp phụ được rửa sạch bằng nước cất 2 lần đến môi trường trung tính và sấy khô ở nhiệt độ 70°C, bảo toàn trên 85% hiệu suất sau 3 lần tái sử dụng.

Mục đích của việc đo quang phổ UV-Vis ở hai bước sóng 224,4 nm và 261,4 nm đối với PSS là gì?
Phổ UV của PSS có đỉnh hấp thụ chính tại bước sóng 224,4 nm với độ hấp thụ quang cao hơn khoảng 27 lần so với đỉnh thứ cấp tại bước sóng 261,4 nm. Bước sóng 224,4 nm được dùng để phân tích chính xác các dung dịch PSS nồng độ thấp dưới 20 ppm, trong khi bước sóng 261,4 nm dùng cho dải nồng độ cao từ 20 đến 500 ppm nhằm tránh việc phải pha loãng mẫu nhiều lần.

Kết luận

• Xác lập thành công quy trình biến tính đá ong tự nhiên bằng polyme mang điện tích âm PSS với dung lượng hấp phụ cực đại đạt 14,95 mg/g tại pH bằng 4 và nồng độ muối NaCl 50 mM.
• Chứng minh cơ chế hấp phụ các thuốc nhuộm cation bazơ (xanh metylen và tím tinh thể) diễn ra theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và tuân theo quy luật giả động học bậc 2 biểu kiến.
• Đạt hiệu suất tách loại chất màu trên 90% trong thời gian tiếp xúc từ 75 đến 90 phút với độ ổn định bề mặt cao.
• Khẳng định tính khả thi kinh tế của vật liệu khi duy trì hiệu suất xử lý trên 85% sau 3 chu kỳ giải hấp và tái sử dụng bằng dung dịch axit clohidric loãng.
• Đóng góp giải pháp công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm giá rẻ, thân thiện môi trường từ nguồn khoáng liệu đá ong sẵn có tại Việt Nam.

Trong giai đoạn 2026 - 2027, các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung thử nghiệm trên mô hình cột hấp phụ liên tục và đánh giá xử lý nước thải công nghiệp thực tế. Quý độc giả, nhà khoa học và doanh nghiệp quan tâm có thể khai thác toàn văn luận văn thạc sĩ để ứng dụng và phát triển các hệ thống xử lý môi trường hiệu quả cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Nước thải dệt nhuộm 1. Khái quát về 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 và tính chất không bị phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học. Một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu.

Nhóm mang màu là những nhóm có chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định như: > C = C <, > C = N -, - N = N -, - NO2. Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: - NH2, - COOH, - SO3H, - OH …đóng vai trò tăng cường màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [8]. Phân loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Tùy thuộc vào cấu tạo, tính chất và pham vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân chia thành các loại khác nhau.

Có 2 cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất. Phân loại theo cấu trúc hóa học Theo các này thuốc nhuộm được chia thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau. Các họ chính là: * 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). Thuốc nhuộm azo có khả năng nhuộm màu cao (gấp đôi khả năng nhuộm màu của thuốc nhuộm antraquinon), được sản xuất đơn giản từ các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm nên giá thành thấp.

Đây là sản phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng và là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất cũng như có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] * Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm có chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó: Họ thuốc nuộm 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 cacbon 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. * Thuốc nhuộm phtaloxianin: Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H trong nhóm amin dễ bị thay thế bởi các 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. Ngoài ra còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn như: thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh. Phân loại theo đặc tính áp dụng * Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi bông, lụa visco. Thuốc nhuộm hoàn nguyên phần lớn dựa trên hai họ màu indigoit và antraquinon.

Các thuốc nhuộm hoàn nguyên thường không tan trong nước, kiềm nên thường phải sử dụng các chất khử để chuyển về dạng tan được (thường là dung dịch NaOH + Na2S2O3 ở 50 - 600C). Ở dạng tan được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên khuyếch tán vào xơ. * Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm đisunfua đặc trưng có thể chuyển về dạng tan qua quá trình khử. Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenlulo qua 3 gia đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại.

* Thuốc nhuộm trực tiếp: là thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp vào xơ sợi xenlulo và dạng tổng quát là Ar-SO3Na. Khi hòa tan trong nước nó phân li về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu thuốc nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có tới 92% thuộc lớp azo. * Thuốc nhuộm phân tán: Là những chất màu không tan trong nước do không chứa các nhóm như SO3Na, -COONa.

Phân bố đều trong nước dạng dung dịch Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] huyền phù, thường được dùng nhuộm xơ kị nước như xơ axetat, polyamit, polyeste, polyacrilonitrin. Phân tử thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo (- N = N -) và antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thay thế (- NH2, - NHR, - NR2, - NH - CH2 - OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 - 95%) nên nước thải không chứa nhiều thuốc nhuộm và mang tính axit. * Thuốc nhuộm bazo - cation: Các thuốc nhuộm bazo dễ tan trong nước cho các cation mang màu được dùng để nhuộm tơ tằm, hầu hết chúng là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.

* Thuốc nhuộm axit: được tạo thành từ axit mạnh và bazo mạnh nên chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+, 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. * 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.

Đây 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 thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể 1. Xanh metylen (MB) Xanh metylen là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác như là tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, methylthioninium chloride, glutylene, có CTPT là: C16H18N3SCl. Công thức cấu tạo của xanh metylen như sau: Hình 1.

Công thức cấu tạo của xanh metylen Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Xanh metylen có phân tử gam là 319,85 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy là: 100 - 110°C. Khi tồn tại dưới dạng ngậm nước (C16H18N3SCl.H2O) trong điều kiện tự nhiên, khối lượng phân tử của xanh metylen là 337,85 g/mol [10]. Xanh metylen là một chất màu thuộc họ thiôzin, phân ly dưới dạng cation MB+ là C16H18N3S+: Hình 1.

Công thức cấu tạo cation MB+ Xanh metylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào. Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen Xanh metylen là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, là hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản xuất mực in. Trong thủy sản, xanh metylen được sử dụng vào giữa thế kỷ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và ký sinh trùng.

Ngoài ra xanh metylen cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do Met-hemoglobin quá nhiều trong máu. Xanh metylen khó phân hủy khi thải ra ngoài môi trường, nó có thể gây tổn thương vĩnh viễn cho đôi mắt của con người, động vât cũng như thủy sản. Xanh metylen cũng có thể gây ra kích ứng đường tiêu hóa với các triệu chứng buồn nôn, tiêu chảy và gây kích ứng da khi tiếp xúc với nó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Công thức phân tử: C25N3H30Cl Công thức cấu tạo: Hình 1. Công thức cấu tạo của tím tinh thể Khối lượng phân tử : 407,979 g/mol. Tên quốc tế: Tris(4-(dimethylamino)phenyl)methylium chloride Tím tinh thể được dùng để nhuộm mô và dùng trong phương pháp Gram để phân loại vi khuẩn. Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và anthelmintic, từng được coi là chất sát trùng hàng đầu.

Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và kháng giun sán [19]. Đây là đặc tính được sử dụng trong y học, đặc biệt trong nha khoa, nó được gọi là "pyoctanin" (hay "pyoctanine") [21] Tím tinh thể không được dùng làm thuốc nhuộm vải mà nó được dùng làm thuốc nhuộm giấy, nhuộm gỗ và làm một thành phần của mực xanh đậm và mực đen trong ngành in, bút bi [22]. Nó cũng được dùng để tạo màu cho phân bón, chất chống đóng băng, áo da. Giới thiệu về PSS Poly styrene sulfonate là polyme có nguồn gốc từ polystyrene bằng cách bổ sung các nhóm chức sulfonate.

Chúng được sử dụng rộng rãi như các loại nhựa trao đổi ion để loại bỏ các ion như kali , canxi và natri khỏi các dung dịch trong các ứng dụng kỹ thuật hoặc y tế. Ngoài ứng dụng trên, PSS cũng như một số chất hoạt động bề mặt như SDS, CTAB… được sử dụng để biến tính các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên thành chất hấp phụ các chất độc hại trong môi trường nước [4, 31]. PSS là một Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] polyme bền, sự phân li các monome và cấu trúc của nó không phụ thuộc vào pH và nồng độ NaCl trong dung dịch, PSS là một polime mang điện tích âm, do vậy chúng tôi sử dụng PSS làm tác nhân biến tính đá ong tự nhiên thành chất hấp phụ các chất màu hữu cơ dạng cation như xanh metylen, tím tinh thể. Công thức cấu tạo của PSS được trình bày trong hình 1.

Công thức cấu tạo của PSS 1. Phương pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp xử lý nước thải có các đặc tính ưu việt hơn hẳn và đang được chú ý nhiều trong thời gian gần đây. Vật liệu hấp phụ có thể chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp.