MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây môi trường nước của Việt nam bị ô nhiễm nặng nề. Nhiều con sông bị bức tử và trở thành dòng sông chết, nước ngầm bị khai thác quá mức trở nên cạn kiệt đe dọa cuộc sống của hàng triệu con người ở các vùng đồng bằng bắc Bộ, Trung bộ và đồng bằng sông Cửu Long. Nguyên nhân làm cho môi trường nước bị hủy hoại trước hết là sự yếu kém về quản lý nhà nước không quan tâm đến môi trường mà mong muốn phát triển kinh tế bằng mọi giá. Nhiều khu công nghiệp mọc lên với những công nghệ lạc hậu mang tới từ nước ngoài tiêu tốn nhiều năng lượng, nước và hóa chất đã thải ra môi trường những loại nước thải chứa chất độc hại trong đó có chất màu dệt nhuộm.
Chất màu dệt nhuộm là những hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp nên không thể phân hủy bằng các phương pháp xử lý truyền thống như phương pháp sinh học. Khi thải ra môi trường sẽ ảnh hưởng lâu dài cho sức khỏe con người và động vật thủy sinh. Do vậy, cần phải có những giải pháp cấp thiết để xử lý chất màu dệt nhuộm trong các nguồn nước bị ô nhiễm hoặc từ các nguồn nước thải tới mức cho phép để bảo vệ sự sống của con người và môi trường sinh thái. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Phát thải chất màu từ các hoạt động công nghiệp, cơ sở làng nghề vào các hệ thống sông hồ, lắng đọng chất ô nhiễm trong bùn đáy gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật.
Chất màu khó bị phân hủy sinh học và tồn dư của chúng trong môi trường có thể tham gia vào chuỗi thức ăn. Sự tích chất hữu cơ độc hại trong cơ thể sinh vật vượt quá mức hàm lượng cho phép đối với các chất vi lượng trong cơ thể gây ngộ độc và các biến chứng nguy hiểm đến thần kinh, nội tạng, gây ung thư và chết. Xử lý chất màu dệt nhuộm trong nước thải dệt nhuộm hoặc các nguồn nước bị ô nhiễm thường được tiến hành bằng phương pháp sinh học, lọc màng và hấp phụ… Đây là các phương pháp hóa lý điển hình có thể xử lý triệt để chất màu. Tuy nhiên, các phương pháp này thường có giá thành cao và vận hành phức tạp.
Do vậy, cần phải nghiên cứu phương pháp xử lý có giá thành thấp để khuyến khích các nhà đầu tư xử lý nước thải. Hiện nay trên thế giới, phương pháp oxy hóa bậc cao để phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại là một hướng nghiên cứu khá thành công, có ý nghĩa trong việc đem lại hiệu quả về môi trường và kinh tế. Đồng thời, hướng đi này cũng rất phù hợp với quy mô công nghiệp, cơ sở sản xuất ở Việt Nam đang chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, hạn chế trong việc đầu tư xử lý nước thải. 9 do an Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu về quá trình oxy hóa bậc cao để phân hủy chất màu dệt nhuộm, acid blue 193 bằng nano ZnO và nano-ZnO/than gỗ đước hoạt hóa.
Quá trình phân hủy chất màu acid blue 193 được tối ưu hóa bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đáp ứng bề mặt Box-Behnken trong điều kiện ánh sáng yếu (trong nhà) và ánh sáng mặt trời của ZnO nanorods và nano-ZnO/than gỗ đước được hoạt hóa bằng vi sóng. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Xử lý nước thải chứa chất màu dệt nhuộm ở các nước phát triển nói chung chủ yếu tập trung vào công nghệ đầu tư, và hóa chất. Do vậy, giá thành xử lý cho 1 m3 nước thải thường rất cao. Để giảm giá thành, hiện nay nhiều nước đang tập trung nghiên cứu phát triển phương pháp xúc tác dị thể sử dụng các chất bán dẫn là oxi của các kim loại chuyển tiếp với nguồn ánh sáng kích thích là ánh sáng mặt trời là nguồn sáng vô tận, thân thiện và sẵn có.
Với mục đích như vậy, chúng tôi đã tập trung nghiên cứu khả năng xúc tác quang của nano ZnO và nano-ZnO/ than gỗ đước trong điều kiện chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời. Chúng tôi cố gắng tìm ra các điều kiện tối ưu cho quá trình xúc tác phân hủy acid blue 193, và sự tương tác của các yếu tố ảnh hưởng như pH, nồng độ ban đầu và liều lượng chất xúc tác được đã được điều chế. Mục tiêu của đề tài đạt được thông qua các nội dung nghiên cứu sau đây: 1. Điều chế vật liệu xúc tác quang nano ZnO dạng thanh và nano-ZnO/than gỗ đước hoạt hóa bằng vi sóng.
Nghiên cứu các đặc trưng của các vật liệu bằng các phương pháp TEM (Transmission Electron Microscopy), SEM (Scanning Electron Microscope), XRD (X-ray diffractometer), DRS (diffuse reflectance spectra). Tối ưu hóa quá trình xúc tác quang của nano ZnO và nano-ZnO/than gỗ đước bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken sử dụng phần mềm MINITAB 16 trong điều kiện ánh sáng yếu và ngoài ánh nắng mặt trời. Nghiên cứu động học xúc tác quang của hai vật liệu điều chế được trong điều kiện chiếu sáng ánh sáng mặt trời. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - Tham khảo tài liệu ở trong nước và trên thế giới về những vấn đề liên quan đến đề tài.
- Sử dụng các phương pháp hiện đại để khảo sát đặc trưng của vật liệu - Thí nghiệm thu thập các số liệu, phân tích số liệu bằng phương pháp thống kê. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 do an Bằng các phương pháp nghiên cứu gián đoạn (phương pháp mẻ), quy hoạch thực nghiệm Box–Behnken, để nghiên cứu các tham số ảnh hưởng đến quá trình xúc tác quang của nano-ZnO và nano-ZnO/than gỗ đước trong điều kiện ánh sáng yếu và chiếu sáng ngoài trời. Đối với phương pháp thử nghiệm thực tế, do thời gian nghiên cứu đề tài khá ngắn nên chưa thể thực hiện được. 11 do an CHƯƠNG 2.
Ô NHIỄM MÀU NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 2. Hiện trạng ô nhiễm chất màu dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm là một nguồn thải tương đối phổ biến ở Việt Nam hiện nay và đang có xu hướng tăng lên do nhu cầu của thị trường. Thuốc nhuộm là một chất hữu cơ mang màu khó phân hủy sinh học, khi được thải vào môi trường, nó sẽ làm cản trở khả năng xuyên qua của ánh sáng mặt trời, giảm nồng độ hoà tan oxy trong nước. Nhiều chất màu là chất độc đối với các loài sinh vật, thực vật trong nước, dẫn đến ô nhiễm môi trường, mất cân bằng sinh thái.
Hiện nay, ở Việt Nam chưa có một phương pháp nào xử lý nước thải dệt nhuộm thực sự hiệu quả và kinh tế. Nhiều phương pháp xử lý đã được nghiên cứu trên thế giới như hấp phụ, keo tụ-tạo bông kết hợp lọc, oxi hoá hoá học, phương pháp điện hoá, phương pháp vi sinh, các phương pháp oxi hoá tiên tiến. Do các chất màu đa dạng về thành phần cấu tạo và tương đối bền vững nên việc áp dụng các phương pháp thông thường như hấp phụ, keo tụ-tạo bông, xử lý vi sinh thường không đạt hiệu quả cao. Nước thải dệt nhuộm phát sinh từ các quá trình sản xuất của cơ sở dệt nhuộm.
Mỗi một quá trình đều tạo ra lượng nước thải có chất lượng khác nhau. Nói chung nước thải dệt nhuộm ngoài chất màu cón chứa rất nhiều các hóa chất độc hại khác.1 dưới đây đưa ra sự phát sinh nước thải trong toàn bộ quy trình sản suất của một nhà máy dệt nhuộm. 12 do an Hình 2. Sơ đồ nguyên lý công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải Thông thường công nghệ dệt – nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải.
Trong đó được chia thành các công đoạn sau: Làm sạch nguyên liệu: nguyên liệu thường được đóng dưới các dạng kiện bông thô chứa các sợi bông có kích thưiiớc khác nhau cùng với các tạp chất tự nhiên như bụi, đất, hạt, cỏ rác, … Nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn đều. Sau quá trình làm sạch, bông được thu dưới dạng tấm phẳng đều. Chải: các sợi lông được chải song song thành các sợi thô. 13 do an Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: tiếp tục kéo thô tại các máy sợi con để giảm kích thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải.
Sợi con trong các ống nhỏ được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải. Tiếp tục mắc sợi là dồn qua các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi. Hồ sợi dọc: hồ sợi bằng hồ tinh bột biến tính để tạo màng hố bao quanh sợi, tăng độ bề, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải. Ngoài ra dùng các loại hồ nhân tạo như polyvinylalcol PVA, polyacrylat, … Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc thành tấm vải mộc.
Giũ hồ: tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương pháp enzym (1% enzym, muối và các chất ngấm) hoặc acid (dung dịch acid sunfuric 0. Vải sau khi giũ hồ được giặc bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy. Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên như dầu mỡ, sáp,. Sau khi nấu vải có độ mao dẫn và khả năng thấm nước cao, hâp thụ hóa chất, thuốc nhuộm cao hơn, vải mềm mại và đẹp hơn.
Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2 – 3 at) và ở nhiệt độ cao (120 – 1300C). Sau đó, vải được giặt nhiều lần. Làm bóng vải: mục đích làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước các mao quản giữa các phần tử làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước hơn, bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. Làm bóng vải thông thường bằng dung dịch kiềm dung dịch NaOH có nồng độ từ 280 đến 300g/l, ở nhiệt độ thấp 10 – 200C.
Sau đó vải được giặt nhiều lần. Đối với vải nhân tạo không cần làm bóng. Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn, làm cho vải có độ trắng đúng yêu cầu chất lượng. Các chất tẩy thường dùng là natri clorit NaClO2, natri hypoclorit NaOCl hoặc hydro peroxyte H2O2 cùng với các chất phụ trợ.
Trong đó đối với vải bông có thể dùng các loại chất tẩy H2O2, NaOCl hay NaClO2. Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải. Thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu yêu cầu, .