0978 nghiên cứu đặc điểm của quá trình khoáng hóa một số hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp fenton điện hóa luận văn tốt ngh

Nghiên cứu quá trình khoáng hóa hợp chất azo trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa, mang lại giải pháp xử lý hiệu quả.

• Tác giả: Phạm Thị Minh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Lê Hiền
• Trường học: Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới
• Chuyên ngành: Hóa Lí Thuyết Và Hóa Lí
• Đề tài: Nghiên Cứu Khoáng Hóa Hợp Chất Azo Trong Nước Thải Dệt Nhuộm Bằng Phương Pháp Fenton Điện Hóa
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ hóa học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu khoáng hóa hợp chất azo trong nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là các hợp chất azo. Những hợp chất này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu và áp dụng phương pháp Fenton điện hóa để xử lý nước thải dệt nhuộm, từ đó giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

1.1. Đặc điểm của nước thải dệt nhuộm và hợp chất azo

Nước thải dệt nhuộm thường chứa các hợp chất azo, có tính độc hại cao. Các hợp chất này không dễ phân hủy và có thể gây ra các bệnh về da và ung thư. Việc hiểu rõ đặc điểm của nước thải là cần thiết để áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả.

1.2. Tác động của hợp chất azo đến môi trường và sức khỏe

Hợp chất azo có thể gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sự sống của các loài thủy sinh và sức khỏe con người. Nghiên cứu cho thấy rằng một lượng nhỏ hợp chất azo cũng đủ để gây ra tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm từ nước thải dệt nhuộm và thách thức xử lý

Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất. Nước thải từ ngành này chứa nhiều hợp chất độc hại, đặc biệt là các hợp chất azo. Việc xử lý nước thải này gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của các hợp chất có trong nước thải.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm từ nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm chủ yếu phát sinh từ các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Lượng thuốc nhuộm dư thải ra môi trường là nguyên nhân chính gây ô nhiễm.

2.2. Thách thức trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm

Việc xử lý nước thải dệt nhuộm gặp nhiều khó khăn do sự tồn tại của các hợp chất azo khó phân hủy. Các phương pháp xử lý hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu quả và chi phí.

III. Phương pháp Fenton điện hóa trong xử lý nước thải dệt nhuộm

Phương pháp Fenton điện hóa là một trong những giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải dệt nhuộm chứa hợp chất azo. Phương pháp này sử dụng phản ứng oxy hóa để phân hủy các hợp chất độc hại thành các sản phẩm ít độc hơn.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp Fenton

Phương pháp Fenton hoạt động dựa trên phản ứng giữa H2O2 và ion kim loại, tạo ra các gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh mẽ. Điều này giúp phân hủy các hợp chất azo trong nước thải.

3.2. Lợi ích của phương pháp Fenton điện hóa

Phương pháp Fenton điện hóa có nhiều ưu điểm như hiệu suất xử lý cao, khả năng phân hủy nhanh chóng các hợp chất độc hại và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của phương pháp Fenton

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp Fenton điện hóa có thể giảm đáng kể nồng độ hợp chất azo trong nước thải dệt nhuộm. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý đạt yêu cầu, góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton

Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp Fenton có thể giảm nồng độ COD và BOD trong nước thải dệt nhuộm, từ đó cải thiện chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có thể được áp dụng trong các nhà máy dệt nhuộm để xử lý nước thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

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

Nghiên cứu về khoáng hóa hợp chất azo trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa mở ra hướng đi mới trong việc xử lý nước thải. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của phương pháp Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu suất xử lý và phát triển các công nghệ mới, nhằm đáp ứng nhu cầu bảo vệ môi trường trong ngành dệt nhuộm.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt nhuộm là một trong những ngành phát sinh lượng nước thải lớn với thành phần ô nhiễm phức tạp, đặc biệt là các hợp chất màu hữu cơ họ azo chiếm từ 60% đến 70% tổng thị phần phẩm màu công nghiệp. Trong quá trình nhuộm, lượng thuốc nhuộm thất thoát không bám dính vào sợi vải có thể lên tới 50%, dẫn đến nguồn nước thải có độ màu, nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) vượt nhiều lần quy chuẩn kỹ thuật xả thải môi trường. Đáng chú ý, các hợp chất màu azo có cấu trúc vòng thơm bền vững, khó phân hủy sinh học và một số hợp chất hoặc sản phẩm chuyển hóa của chúng (như benzidin, 4-amino-azo-benzen) có khả năng gây độc sinh thái và gây ung thư.

Tại Việt Nam, nhiều cơ sở sản xuất và làng nghề dệt nhuộm truyền thống (như Vạn Phúc, Dương Nội) xả thải trực tiếp nước thải chưa qua xử lý triệt để ra môi trường mặt nước. Các phương pháp xử lý truyền thống như hấp phụ hoặc oxy hóa bằng hóa chất đơn thuần bộc lộ các hạn chế về mặt kinh tế, tạo bùn thải hoặc phát sinh ô nhiễm thứ cấp (như tạo dẫn xuất trihalogenmetan khi dùng hợp chất chứa clo hoạt tính). Phương pháp Fenton điện hóa nổi lên như một hướng tiếp cận có khả năng tạo tác nhân oxy hóa mạnh tại chỗ (gốc tự do hydroxyl $\cdot\text{OH}$) để khoáng hóa không chọn lọc các chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy nhiên, hiệu quả của quá trình phụ thuộc chặt chẽ vào vật liệu điện cực catôt nhằm xúc tác cho phản ứng khử oxy tạo $\text{H}_2\text{O}_2$ và tái sinh xúc tác $\text{Fe}^{2+}$. Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu catôt composit trên cơ sở polyme dẫn điện kết hợp oxit phức hợp cấu trúc spinel và làm sáng tỏ quy luật khoáng hóa các phẩm màu azo là khoảng trống khoa học cần được giải quyết.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Tổng hợp oxit phức hợp cấu trúc spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$ bằng phương pháp đồng kết tủa.
2. Tổng hợp màng polypyrol ($\text{Ppy}$) và màng composit $\text{Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ trên điện cực nền cacbon.
3. Xác định chế độ tối ưu cho quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm.
4. Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm của một số cơ sở dệt nhuộm bằng hiệu ứng Fenton điện hóa.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:
  • Các phẩm màu azo điển hình: Metyl da cam (axit), Metyl đỏ (axit), Công gô đỏ (trực tiếp).
  • Hệ vật liệu điện cực: Anôt Platin ($\text{Pt}$); Catôt cacbon phủ màng polyme dẫn polypyrol và composit oxit phức hợp $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}4$ ($\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}_{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$).
  • Nước thải dệt nhuộm thực tế thu thập từ các cơ sở sản xuất và làng nghề dệt nhuộm (khu vực Hà Nội/Hà Đông: Vạn Phúc, Dương Nội, Dệt Hà Nội, Dệt kim Thăng Long).
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát trong điều kiện phòng thí nghiệm về cơ chế điện hóa, các thông số ảnh hưởng (pH, nồng độ chất xúc tác $\text{Fe}^{2+}$, mật độ dòng điện, nồng độ muối nền, thế catôt) và hiệu suất suy giảm COD, độ màu của các hợp chất azo cũng như mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu tiền đề

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các nhóm phương pháp xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và thuốc nhuộm:

• Phương pháp hấp phụ: Sử dụng than hoạt tính với diện tích bề mặt riêng từ $400 - 1500\text{ m}^2/\text{g}$ để khử màu và hấp phụ chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, tuy nhiên chi phí tái sinh nhiệt cao.
• Phương pháp oxy hóa hóa học cổ điển: Sử dụng $\text{O}_3$, $\text{H}_2\text{O}_2$, $\text{NaClO}$, $\text{Cl}_2$. Nghiên cứu của Hamada và cộng sự chỉ ra rằng oxy hóa thuốc nhuộm azo bằng $\text{NaClO}$ dễ tạo ra trihalogenmetan gây ô nhiễm thứ cấp.
• Các quá trình oxy hóa tiên tiến (AOPs):
  • Ozon hóa và peroxon ($\text{O}_3/\text{H}_2\text{O}_2$): Dựa trên phân hủy $\text{O}_3$ tạo gốc $\cdot\text{OH}$. Trần Mạnh Trí và cộng sự (2005) áp dụng hệ $\text{O}_3/\text{H}_2\text{O}_2$ xử lý nước thải sản xuất bột giấy đạt hiệu quả khử màu 98–99%. Nguyễn Ngọc Lân và cộng sự thử nghiệm hệ pilot peroxon trên nước thải dệt nhuộm Phố Nối (Hưng Yên) đạt hiệu suất khử màu 90–99% và giảm COD 39–80%.
  • Phản ứng Fenton cổ điển ($\text{Fe}^{2+}/\text{H}_2\text{O}_2$): Khởi nguồn từ J. Fenton (1894) và cơ chế gốc $\cdot\text{OH}$ do Haber và Weiss (1934) xác lập. Edelahi chứng minh hiệu quả xử lý diuron tăng theo tỷ lệ $[\text{H}_2\text{O}_2]/[\text{Fe}^{2+}]$, nhưng tạo bùn sắt và bị cản trở bởi sự tạo phức bền giữa $\text{Fe}^{3+}$ với các axit cacboxylic trung gian.
  • Fenton quang hóa ($\text{Fe}^{2+}/\text{H}_2\text{O}_2/\text{UV}$): Nghiên cứu của Behnajady và cộng sự trên axit da cam 7, Huaili và cộng sự trên axit Eosin Y chỉ ra nồng độ $\text{Fe}^{2+}$ có ngưỡng tối ưu (khoảng $600\text{ mg/l}$), bức xạ UV thúc đẩy tái sinh $\text{Fe}^{2+}$ từ dạng $\text{Fe}(\text{OH})^{2+}$.
  • Xúc tác quang dị thể và siêu âm: Vinodgopal và cộng sự nghiên cứu xúc tác quang điện hóa với $\text{TiO}_2$; Maezawa và cộng sự kết hợp siêu âm ($20 - 500\text{ MHz}$) và quang xúc tác để phân hủy axit da cam; Boye và cộng sự khoáng hóa 2,4,5-T bằng Fenton điện hóa.
  • Nghiên cứu về xúc tác ion kim loại: Chen và cộng sự so sánh hệ $\text{Fe}/\text{H}_2\text{O}_2$, $\text{Co}/\text{H}_2\text{O}_2$, $\text{Cu}/\text{H}_2\text{O}_2$ trong khoáng hóa brompyogalol, xác định sắt có hiệu quả cao nhất; Gallard và cộng sự khảo sát hệ $\text{Fe}^{3+}/\text{Cu}^{2+}$; Bandara và cộng sự phân tích vai trò năng lượng hydrat hóa của ion xúc tác; Jun-jie và cộng sự nghiên cứu khoáng hóa phẩm màu azo C.I. Axit Đỏ 14; Shaobin Wang so sánh động học Fenton và giống Fenton; Minghua Zhou và cộng sự (2007) khảo sát phân hủy metyl đỏ trên điện cực catôt graphit-PTFE (đạt độ suy giảm màu 80% trong 20 phút ở $\text{pH} = 3$, thế catôt $-0,55\text{ V/SCE}$, $[\text{Fe}^{2+}] = 0,2\text{ mM}$, $[\text{Na}_2\text{SO}_4] = 0,1\text{ M}$, tốc độ sục oxy $0,4\text{ l/phút}$).

Nhóm phương pháp	Tác nhân chính	Ưu điểm	Hạn chế chính
Hấp phụ than hoạt tính	Than hoạt tính ($400 - 1500\text{ m}^2/\text{g}$)	Diện tích bề mặt lớn, xử lý tốt thuốc nhuộm hòa tan	Chi phí hoàn nguyên cao, không phân hủy hoàn toàn chất ô nhiễm
Clo hóa ($\text{NaClO}, \text{Cl}_2$)	Clo hoạt tính	Phân hủy màu tương đối tốt	Nguy cơ tạo dẫn xuất trihalogenmetan gây độc thứ cấp
Ozon hóa / Peroxon	$\text{O}_3$, $\text{O}_3/\text{H}_2\text{O}_2$	Tốc độ oxy hóa nhanh, không tạo bùn	Độ tan của $\text{O}_3$ trong nước thấp ($10^{-4}\text{ M}$ ở $20^\circ\text{C}$), chi phí năng lượng cao
Fenton cổ điển	$\text{Fe}^{2+}/\text{H}_2\text{O}_2$	Gốc $\cdot\text{OH}$ oxy hóa mạnh ($E^\circ = +2,80\text{ V}$)	Tạo bùn thải $\text{Fe}(\text{OH})_3$, ngưng trệ do tạo phức $\text{Fe}^{3+}$-axit cacboxylic
Fenton điện hóa	$\text{H}_2\text{O}_2$ sinh tại catôt, $\text{Fe}^{2+}$ tái sinh	Sinh $\text{H}_2\text{O}_2$ liên tục, lượng sắt xúc tác nhỏ, không tạo bùn	Phụ thuộc nghiêm ngặt vào dải $\text{pH} \approx 3$, cần tối ưu hóa vật liệu catôt

Khoảng trống luận án giải quyết

Luận án tập trung giải quyết yêu cầu chế tạo vật liệu catôt biến tính đa lớp $\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ có khả năng xúc tác cao cho phản ứng khử oxy hòa tan 2 electron tạo $\text{H}_2\text{O}_2$ và hỗ trợ tái sinh ion $\text{Fe}^{2+}$, từ đó tối ưu hóa các thông số kỹ thuật điện hóa để nâng cao hiệu suất khoáng hóa các hợp chất màu azo và xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế mà không cần bổ sung lượng lớn hóa chất $\text{H}_2\text{O}_2$ từ bên ngoài.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và phản ứng nền tảng

Quá trình oxy hóa tiên tiến dựa vào gốc tự do hydroxyl ($\cdot\text{OH}$) sinh ra trong môi trường lỏng. Gốc $\cdot\text{OH}$ có điện thế oxy hóa tiêu chuẩn $E^\circ = +2,80\text{ V/SHE}$, chỉ đứng sau flo ($E^\circ = +2,87\text{ V}$), có khả năng phản ứng không chọn lọc với các hợp chất hữu cơ vòng thơm với hằng số tốc độ cao ($k = 10^8 - 10^{10}\text{ M}^{-1}\text{s}^{-1}$).

Tác nhân oxy hóa	Điện thế oxy hóa tiêu chuẩn ($E^\circ$, V/SHE)
$\cdot\text{OH}$ (Gốc hydroxyl)	2,80
$\text{O}_3$ (Ozôn)	2,07
$\text{H}_2\text{O}_2$ (Hydro peoxit)	1,77
$\text{HO}_2\cdot$ (Gốc hydroperoxyl)	1,70
$\text{ClO}_2$ (Clo dioxit)	1,50
$\text{Cl}_2$ (Clo phân tử)	1,36
$\text{O}_2$ (Oxy phân tử)	1,23

Trong hệ Fenton điện hóa, các phản ứng chính diễn ra trên điện cực và trong thể tích dung dịch bao gồm:

• Phản ứng tạo $\text{H}_2\text{O}_2$ tại catôt qua quá trình khử oxy hòa tan 2 electron: $$\text{O}_2 + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2$$
• Phản ứng tái sinh ion xúc tác $\text{Fe}^{2+}$ tại bề mặt catôt: $$\text{Fe}^{3+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}$$
• Phản ứng Fenton tạo gốc $\cdot\text{OH}$ trong dung dịch: $$\text{H}_2\text{O}_2 + \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{OH}^- + \cdot\text{OH} \quad (k = 55\text{ M}^{-1}\text{s}^{-1})$$
• Phản ứng phụ và phản ứng kìm hãm: $$\text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{HO}_2\cdot + \text{H}^+ \quad (k = 3,1 \times 10^{-3}\text{ M}^{-1}\text{s}^{-1})$$ $$\cdot\text{OH} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{HO}_2\cdot \quad (k = 3,3 \times 10^7\text{ M}^{-1}\text{s}^{-1})$$ $$\text{Fe}^{2+} + \cdot\text{OH} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{OH}^- \quad (k = 4,3 \times 10^8\text{ M}^{-1}\text{s}^{-1})$$

Quá trình khoáng hóa hợp chất azo diễn ra qua 2 giai đoạn:

1. Giai đoạn 1: Tác nhân oxy hóa tấn công cắt đứt liên kết mang màu azo ($-\text{N}=\text{N}-$), hình thành các sản phẩm dẫn xuất thơm và mạch hở trung gian (hydroquinon, axit cacboxylic, nitrophenol).
2. Giai đoạn 2 (khoáng hóa hoàn toàn): Oxy hóa triệt để các hợp chất trung gian thành $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ và các ion muối vô cơ hòa tan.

Hợp chất azo	Công thức phân tử	Khối lượng mol (g/mol)	$\lambda_{\max}$ (nm)	Khoảng pH đổi màu và $\text{p}K_a$	Hệ số hấp thụ mol $\epsilon$ ($\text{l}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{cm}^{-1}$)
Metyl da cam	$\text{C}{14}\text{H}{14}\text{N}_3\text{NaO}_3\text{S}$	327,34	$505 \pm 5$	$\text{pH}: 3,0 - 4,4$; $\text{p}K_a = 3,8$	26.900
Metyl đỏ	$\text{C}{15}\text{H}{15}\text{N}_3\text{O}_2$	269,30	$530 \pm 5$	$\text{pH}: 4,2 - 6,3$; $\text{p}K_a = 5,2$	26.300
Công gô đỏ	$\text{C}{32}\text{H}{22}\text{N}_6\text{O}_6\text{S}_2\text{Na}_2$	696,68	$560 \pm 5$	$\text{pH}: 3,0 - 5,2$	36.200 (tại $\text{pH} = 2,8$)

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Phương pháp tổng hợp hóa học và điện hóa:
  • Tổng hợp hạt oxit phức hợp cấu trúc spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$ bằng phương pháp đồng kết tủa.
  • Trùng hợp điện hóa màng polypyrol ($\text{Ppy}$) và màng composit đa lớp $\text{Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ trên nền điện cực cacbon.
• Phương pháp phân tích cấu trúc và hình thái vật liệu:
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để quan sát hình thái học bề mặt và kích thước hạt.
  • Phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray / XRD) để phân tích cấu trúc tinh thể mạng spinel.
  • Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) để xác định thành phần nguyên tố.
• Phương pháp đo đạc điện hóa và phân tích môi trường:
  • Phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (CV), đo phân cực catôt và phân cực anôt trên hệ điện hóa ba điện cực (Anôt Pt, Catôt biến tính, Điện cực so sánh calomen bão hòa SCE).
  • Quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) xác định độ suy giảm nồng độ thuốc nhuộm theo thời gian tại các bước sóng cực đại hấp thụ ($\lambda_{\max}$).
  • Phương pháp phân tích tiêu chuẩn xác định chỉ số nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa ($\text{BOD}_5$) và hiệu suất dòng khoáng hóa ($H$).

---

Nội dung chính theo từng chương

Tổng hợp và nghiên cứu đặc trưng của oxit phức hợp spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$

Nội dung này trình bày quy trình chế tạo oxit phức hợp $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$ thông qua phương pháp đồng kết tủa dung dịch muối đồng và mangan trong điều kiện kiểm soát tỷ lệ mol và pH kết tủa, tiếp theo là xử lý nhiệt để hình thành pha tinh thể spinel.

• Kết quả phổ nhiễu xạ tia X (XRD) xác nhận sự hình thành pha tinh thể spinel đặc trưng của vật liệu oxit hỗn hợp $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$.
• Phân tích SEM và TEM cho thấy các hạt oxit có kích thước nanomet, phân bố đồng đều.
• Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) khẳng định tỷ lệ thành phần nguyên tố đồng, mangan và oxy phù hợp với công thức hợp thức của oxit spinel hỗn hợp.

Tổng hợp và đặc tính của màng polyme dẫn $\text{Ppy}$ và màng composit $\text{Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ trên điện cực cacbon

Nội dung này tập trung vào kỹ thuật trùng hợp điện hóa màng polypyrol biến tính oxit spinel trên nền catôt cacbon.

• Khảo sát các thông số trùng hợp điện hóa ảnh hưởng đến độ dày, độ bám dính và độ bền cơ học của màng polyme dẫn trên bề mặt nền cacbon.
• Chế tạo cấu trúc màng kẹp lớp $\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ nhằm ngăn chặn sự rửa trôi hạt xúc tác oxit và tăng cường diện tích bề mặt điện hóa hoạt động.
• Đặc trưng hóa màng composit bằng SEM và EDX cho thấy các hạt oxit spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$ được giữ chặt và phân tán đều trong mạng lưới polyme dẫn polypyrol.

Đặc tính điện hóa của hệ điện cực trong dung dịch chứa hợp chất azo

Nội dung này nghiên cứu hành vi điện hóa của điện cực anôt platin ($\text{Pt}$) và điện cực catôt cacbon biến tính trong môi trường điện phân chứa muối nền ($\text{Na}_2\text{SO}_4$) và các hợp chất màu azo (Metyl da cam, Metyl đỏ, Công gô đỏ).

• Phân tích đường cong phân cực catôt cho thấy trên điện cực $\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$, phản ứng khử oxy hòa tan 2 electron sinh ra $\text{H}_2\text{O}_2$ diễn ra với quá thế thấp hơn và mật độ dòng giới hạn cao hơn đáng kể so với điện cực cacbon trơ hoặc điện cực chỉ phủ $\text{Ppy}$ đơn lớp.
• Xác định thế khử phù hợp cho quá trình tái sinh ion $\text{Fe}^{3+} \rightarrow \text{Fe}^{2+}$ trên bề mặt catôt.
• Khảo sát sự ổn định của điện cực anôt $\text{Pt}$ trong việc hỗ trợ giải phóng oxy bổ sung và hạn chế sự thụ động hóa bề mặt trong suốt quá trình điện phân kéo dài.

Quá trình khoáng hóa các hợp chất màu azo bằng phương pháp Fenton điện hóa

Nội dung này khảo sát chi tiết động học và hiệu suất phân hủy khoáng hóa 3 hợp chất màu azo đại diện trong bình điện phân phòng thí nghiệm.

• Đánh giá ảnh hưởng của các thông số vận hành: pH dung dịch, nồng độ chất xúc tác $\text{Fe}^{2+}$, mật độ dòng điện áp đặt, nồng độ thuốc nhuộm ban đầu và tốc độ cấp oxy hòa tan.
• Kết quả quang phổ UV-Vis chỉ ra sự suy giảm nhanh chóng của pic hấp thụ đặc trưng tại vùng khả kiến ($\lambda_{\max}$ của Metyl da cam ở $505\text{ nm}$, Metyl đỏ ở $530\text{ nm}$, Công gô đỏ ở $560\text{ nm}$), chứng minh liên kết $-\text{N}=\text{N}-$ bị bẻ gãy nhanh trong giai đoạn đầu điện phân.
• Đánh giá độ suy giảm nhu cầu oxy hóa học ($\Delta\text{COD}$) và hiệu suất khoáng hóa (%COD) theo thời gian điện phân, xác lập cơ chế phân hủy các vòng benzen và naphtalen thành các sản phẩm khoáng hóa cuối cùng gồm $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$.

Thử nghiệm xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế bằng hiệu ứng Fenton điện hóa

Nội dung này áp dụng hệ điện cực và quy trình Fenton điện hóa đã tối ưu để xử lý các mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế lấy từ các làng nghề và nhà máy dệt may.

Mẫu nước thải cơ sở dệt nhuộm	pH ban đầu	Độ màu ban đầu (Pt-Co)	COD ban đầu (mg/l)	$\text{BOD}_5$ ban đầu (mg/l)
Dệt Hà Nội	9 – 10	250 – 500	230 – 500	90 – 120
Dệt kim Thăng Long	8 – 12	168	443	132
Dệt nhuộm Vạn Phúc	8 – 11	750	380 – 890	120
Dệt nhuộm Dương Nội	8 – 11	750	380 – 890	106

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN 2008	Độ pH	Độ màu (Pt-Co)	COD (mg/l)	$\text{BOD}_5$ (mg/l)
Cột A	6 – 9	50	75	30
Cột B	5,5 – 9	150	100	50

Kết quả thử nghiệm cho thấy quá trình Fenton điện hóa sử dụng catôt $\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ giúp loại bỏ độ màu nhanh chóng và làm giảm mạnh chỉ số COD của nước thải làng nghề Vạn Phúc và Dương Nội, đưa các chỉ tiêu ô nhiễm về ngưỡng đạt quy chuẩn kỹ thuật xả thải.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận và khoa học

• Đã làm sáng tỏ quy luật điện hóa của phản ứng khử oxy hòa tan tạo tác nhân oxy hóa $\text{H}2\text{O}2$ và phản ứng tái sinh ion $\text{Fe}^{2+}$ trên điện cực catôt cacbon biến tính màng composit polyme dẫn chứa hạt oxit phức hợp cấu trúc spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$.
• Xác lập cơ chế phân hủy hai giai đoạn của các hợp chất màu họ azo (Metyl da cam, Metyl đỏ, Công gô đỏ) dưới tác dụng của gốc hydroxyl $\cdot\text{OH}$ sinh ra tại chỗ trong hệ Fenton điện hóa: giai đoạn phá hủy nhóm mang màu $-\text{N}=\text{N}-$ và giai đoạn khoáng hóa vòng thơm thành $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ và ion vô cơ.

Đóng góp về mặt thực tiễn và ứng dụng

• Tổng hợp thành công vật liệu oxit spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}4$ kích thước nano bằng phương pháp đồng kết tủa và chế tạo thành công màng catôt composit bền vững $\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}_{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ có hoạt tính xúc tác cao.
• Xác định được bộ thông số công nghệ thích hợp (pH môi trường quanh 3, mật độ dòng điện, hàm lượng chất xúc tác $\text{Fe}^{2+}$, nồng độ muối nền) cho quá trình xử lý triệt để phẩm màu azo và nước thải dệt nhuộm thực tế.
• Đề xuất giải pháp kỹ thuật Fenton điện hóa vận hành ở nhiệt độ và áp suất thường, không cần bổ sung hóa chất $\text{H}_2\text{O}_2$ thương phẩm, giảm thiểu lượng bùn thải chứa sắt so với phương pháp Fenton truyền thống, mở ra hướng ứng dụng xử lý nước thải cho các làng nghề dệt nhuộm.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Quy trình Fenton điện hóa đòi hỏi khống chế giá trị pH dung dịch trong môi trường axit ($\text{pH} \approx 3$) để đạt hiệu quả phản ứng tối ưu, do đó nước thải dệt nhuộm thực tế (thường có tính kiềm cao, $\text{pH} = 8 - 12$) phải qua khâu điều chỉnh pH trước và sau xử lý.
• Nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với thể tích mẻ phản ứng giới hạn, chưa đánh giá đầy đủ tuổi thọ và độ suy giảm hoạt tính của màng xúc tác catôt sau chu kỳ vận hành liên tục dài ngày trong công nghiệp.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Nghiên cứu mở rộng quy mô hệ thống thiết bị Fenton điện hóa lên mức pilot bán công nghiệp với lưu lượng dòng chảy liên tục.
• Tối ưu hóa cấu trúc điện cực catôt dòng chảy khuếch tán khí nhằm tăng cường hiệu suất hòa tan và khử oxy trong điều kiện thực tế.
• Khảo sát kết hợp phương pháp Fenton điện hóa với các quá trình xử lý sinh học tiếp theo để xử lý triệt để nước thải với chi phí năng lượng thấp hơn.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh và học viên chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý, Kỹ thuật Hóa học: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp tổng hợp oxit spinel phức hợp, kỹ thuật trùng hợp điện hóa polyme dẫn polypyrol, cùng các phép phân tích động học và cơ chế phản ứng oxy hóa nâng cao (AOPs).
• Đối với cán bộ nghiên cứu và kỹ sư công nghệ môi trường: Là cơ sở dữ liệu thực nghiệm về các thông số vận hành hệ Fenton điện hóa, cơ chế khử oxy sinh $\text{H}_2\text{O}_2$ trên điện cực biến tính, và phương án xử lý các dòng nước thải ô nhiễm hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
• Đối với các cơ quan quản lý và cơ sở sản xuất dệt nhuộm: Cung cấp giải pháp kỹ thuật xử lý nước thải dệt nhuộm làng nghề có hàm lượng phẩm màu azo và COD cao nhằm đáp ứng các quy chuẩn kỹ thuật môi trường quốc gia (TCVN/QCVN).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hợp chất màu họ azo trong nước thải dệt nhuộm lại khó xử lý bằng phương pháp sinh học thông thường?

Các hợp chất màu họ azo có cấu trúc phân tử phức tạp, chứa một hoặc nhiều nhóm liên kết $-\text{N}=\text{N}-$ liên kết với các vòng thơm benzen hoặc naphtalen có độ bền hóa học cao, bền vững dưới ánh sáng và môi trường pH rộng. Cấu trúc này có tính trơ và kháng phân hủy sinh học, thậm chí một số chất hoặc sản phẩm phân rã của chúng gây độc và ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong các công trình xử lý sinh học truyền thống.

2. Ưu điểm chính của phương pháp Fenton điện hóa so với phương pháp Fenton truyền thống là gì?

Trong phương pháp Fenton truyền thống, $\text{H}_2\text{O}_2$ phải được bổ sung liên tục từ nguồn hóa chất bên ngoài và phản ứng tạo ra lượng lớn bùn thải $\text{Fe}(\text{OH})_3$ do $\text{Fe}^{3+}$ tích tụ tạo phức bền với axit cacboxylic trung gian. Phương pháp Fenton điện hóa khắc phục nhược điểm này bằng cách sinh $\text{H}_2\text{O}_2$ tại chỗ thông qua phản ứng khử oxy trên bề mặt catôt, đồng thời dòng điện liên tục khử và tái sinh ion $\text{Fe}^{3+}$ thành $\text{Fe}^{2+}$, giúp duy trì nồng độ chất xúc tác ở mức rất nhỏ mà không phát sinh lượng bùn sắt lớn.

3. Vật liệu catôt composit $\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$ có vai trò gì trong hệ phản ứng?

Màng composit polypyrol chứa hạt oxit spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}_4$ phủ trên nền cacbon đóng vai trò xúc tác điện hóa đặc hiệu cho phản ứng khử oxy hòa tan theo cơ chế nhận 2 electron ($\text{O}_2 + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2$), làm tăng hiệu suất tạo tác nhân oxy hóa $\text{H}_2\text{O}_2$ và hỗ trợ quá trình truyền điện tử để tái sinh ion xúc tác $\text{Fe}^{2+}$ tại catôt.

4. Tại sao giá trị pH tối ưu của quá trình Fenton điện hóa lại nằm xung quanh mức $\text{pH} \approx 3$?

Ở $\text{pH} \approx 3$, dạng tồn tại chiếm ưu thế của sắt(III) là ion phức thủy phân $\text{Fe}(\text{OH})^{2+}$, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho chu trình phản ứng Fenton và phân hủy quang tạo gốc $\cdot\text{OH}$. Khi $\text{pH} > 4$, ion sắt bị kết tủa thành $\text{Fe}(\text{OH})_3$, làm mất hoạt tính xúc tác. Khi $\text{pH} < 2,5$, hiệu quả phản ứng suy giảm do hình thành các phức sắt trơ, đồng thời gốc $\cdot\text{OH}$ bị tiêu thụ bởi ion $\text{H}^+$ và phản ứng tái sinh $\text{Fe}^{2+}$ bị kìm hãm.

5. Ba hợp chất màu azo được sử dụng làm mô hình khảo sát trong luận án là những chất nào?

Luận án sử dụng ba hợp chất azo đại diện cho các nhóm kỹ thuật khác nhau gồm: Metyl da cam (thuốc nhuộm axit, công thức $\text{C}{14}\text{H}{14}\text{N}3\text{NaO}3\text{S}$, hấp thụ cực đại tại bước sóng $505\text{ nm}$), Metyl đỏ (thuốc nhuộm axit, công thức $\text{C}{15}\text{H}{15}\text{N}3\text{O}2$, hấp thụ cực đại tại bước sóng $530\text{ nm}$) và Công gô đỏ (thuốc nhuộm trực tiếp, công thức $\text{C}{32}\text{H}{22}\text{N}_6\text{O}_6\text{S}_2\text{Na}_2$, hấp thụ cực đại tại bước sóng $560\text{ nm}$).

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thị Minh đã nghiên cứu quy trình tổng hợp oxit spinel $\text{Cu}{1,5}\text{Mn}{1,5}\text{O}4$ và chế tạo thành công điện cực catôt biến tính màng composit $\text{C/Ppy}(\text{Cu}{1,5}\text{Mn}_{1,5}\text{O}_4)/\text{Ppy}$. Công trình đã xác định cơ chế, động học và điều kiện vận hành tối ưu của quá trình Fenton điện hóa để phân hủy và khoáng hóa triệt để các hợp chất màu hữu cơ họ azo (Metyl da cam, Metyl đỏ, Công gô đỏ). Kết quả thử nghiệm trên các mẫu nước thải dệt nhuộm làng nghề thực tế chứng minh hiệu quả giảm độ màu và hạ chỉ số COD về ngưỡng quy chuẩn môi trường, đóng góp cơ sở khoa học và giải pháp thực nghiệm giá trị cho lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hiện nay, trước sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nước về kinh tế và xã hội, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống của con người. Bên cạnh sự lớn mạnh của nền kinh tế đất nước là hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và sự ô nhiễm môi trường đang ở mức báo động. Một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn là ngành dệt nhuộm. Bên cạnh các công ty, nhà máy còn có hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống.

Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất hầu như không được xử lý, mà được thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng xuống hồ ao, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nước ngầm và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Việc tẩy, nhuộm vải bằng các loại thuốc nhuộm khác nhau như thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán… khiến cho lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền màu. Bên cạnh những lợi ích của chất tạo màu họ azo trong công nghiệp nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ khi mà các chất này được thải ra môi trường.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường sinh thái và con người, đặc biệt là loại thuốc nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm [3,4]. Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa hợp chất azo là một vấn đề rất quan trọng nhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con người và môi trường sinh thái. Trong những năm gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng các phương pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong 1 nước thải như: phương pháp vật lý, phương pháp sinh học, phương pháp hoá học, phương pháp điện hoá. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế nhất định về mặt kỹ thuật cũng như mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế của từng quốc gia.

Trong đó, việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại bằng phương pháp điện hoá hoặc quang điện hoá kết hợp với hiệu ứng Fenton là một trong những hướng nghiên cứu mới đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Fenton điện hoá là quá trình oxy hoá các ion kim loại chuyển tiếp như Fe 2+, Cu2+, Co2+, Ni2+. bằng H2O2 dưới tác dụng của dòng điện tạo ra ion gốc HO  hoặc HO2 có tính oxy hóa rất cao [5]. Các ion gốc này có khả năng oxy hoá không chọn lọc hầu hết các hợp chất hữu cơ độc hại tạo thành các hợp chất ít độc hơn hoặc oxy hoá hoàn toàn tạo CO2 và H2O.

Tác nhân H2O2 có thể được đưa vào trong dung dịch trong quá trình xử lý, cũng có thể được tạo ra đồng thời trên catôt nhờ phản ứng khử oxy hoà tan trong dung dịch. Quá trình khử oxy hoà tan có thể diễn ra theo cơ chế nhận 2 electron tạo H2O2 hoặc nhận 4 electron tạo OH- phụ thuộc vào bản chất vật liệu điện cực catôt [6]. Các khảo sát gần đây đã cho thấy, điện cực composit chế tạo từ oxit phức hợp của kim loại chuyển tiếp có cấu trúc spinel trên chất mang là các polyme dẫn điện như polypyrol (Ppy), polyanilin (PANi), polythiophen (PT)… có khả năng xúc tác tốt cho quá trình khử oxy tạo H2O2 trên catôt [7-9]. Với mục đích hiểu rõ hơn về đặc điểm quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là hợp chất tạo màu họ azo bằng phương pháp Fenton điện hóa, qua đó xác định được điều kiện thích hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế nên đề tài luận án “Nghiên cứu đặc điểm của quá trình khoáng hóa một số hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa” đã được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Tổng hợp được oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu1,5Mn1,5O4 bằng phương pháp đồng kết tủa. 2 - Tổng hợp được màng Ppy và Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy trên điện cực nền cacbon. - Xác định được chế độ tối ưu cho quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm. - Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm của một số cơ sở dệt nhuộm bằng hiệu ứng Fenton điện hoá.

Các nội dung nghiên cứu chính của luận án - Tổng hợp oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu1,5Mn1,5O4 bằng phương pháp đồng kết tủa; nghiên cứu thành phần, cấu trúc và hình thái học của oxit phức hợp thu được. - Tổng hợp và nghiên cứu đặc tính của màng Ppy và Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy. - Đặc tính điện hóa của điện cực anôt platin và điện cực catôt nền cacbon trong dung dịch chứa hợp chất màu azo. - Quá trình khoáng hóa một số chất azo bằng phương pháp Fenton điện hóa.

- Xử lý trong phòng thí nghiệm một số mẫu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa. Nước thải dệt nhuộm 1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Trong đó lượng nước thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn.

Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia, lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3 %, chủ yếu là từ các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể tính sơ lược nhu cầu sử dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 - 65 lít và thải ra 10 - 40 lít nước. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành công nghiệp dệt nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nước.

Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải thì ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp [1,2]. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung và nước thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng đều chứa các loại hợp chất tạo màu hữu cơ, do đó có các chỉ số pH, DO, BOD, COD… rất cao (xem bảng 1.1), vượt quá tiêu chuẩn cho phép được thải ra môi trường sinh thái (xem bảng 1. Đặc tính nước thải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội [13] Tên nhà máy Độ pH Độ màu COD (mg/l) BOD (mg/l) Dệt Hà Nội 9-10 250-500 230-500 90-120 Dệt kim Thăng Long 8-12 168 443 132 Dệt nhuộm Vạn Phúc 8-11 750 380-890 120 4 Dệt nhuộm Dương Nội 8-11 750 380-890 106 5 Bảng 1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may [14] Giới hạn theo TCVN 2008 TT Thông số Đơn vị A B 1 Độ màu Pt-Co 50 150 2 Độ pH - 6-9 5,5 - 9 3 BOD5 (ở 20oC) mg/l 30 50 4 COD mg/l 75 100 Như vậy, nước thải công nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trường có mặt trong nước thải sau khi sản xuất hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệp.

Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao do lượng kiềm lớn. Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm tới 60 - 70 % thị phần [10-12]. Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50 % tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [10,11].

Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn. Các loại thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam [13] Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng phức của các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không còn sử dụng nhiều do nước thải sau khi nhuộm chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Thuốc nhuộm dạng 6 hữu cơ mang màu hiện rất phổ biến trên thị trường. Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm khác nhau.

Ở nước ta hiện nay, thuốc nhuộm thương phẩm vẫn chưa được sản xuất, tất cả các loại thuốc nhuộm đều phải nhập của các hãng sản xuất thuốc nhuộm trên thế giới. Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm: - Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm trong cấu trúc hoá học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro,… - Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng: ưu điểm của phân loại này là thuận tiện cho việc tra cứu và sử dụng, người ta đã xây dựng từ điển thuốc nhuộm. Từ điển thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trên thế giới, trong đó mỗi loại thuốc nhuộm có chung tính chất kỹ thuật được xếp trong cùng lớp như: nhóm thuốc trực tiếp, thuốc axit, thuốc hoạt tính… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ tự gam màu lần lượt từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen. Sau đây là một số nhóm thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam [13]: Thuốc nhuộm trực tiếp Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: các tơ xenlulozơ, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc môi trường kiềm.