MỞ ĐẦU Hiện nay, trƣớc sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nƣớc về kinh tế và xã hội, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh hƣởng lớn đến môi trƣờng sống của con ngƣời.Bên cạnh sự lớn mạnh của nền kinh tế đất nƣớc là hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và sự ô nhiễm môi trƣờng đang ở mức báo động. Nguồn gốc ô nhiễm môi trƣờng nƣớc chủ yếu là do các nguồn nƣớc thải không đƣợc xử lý thải trực tiếp ra môi trƣờng bao gồm từ: các hoạt động sản xuất nông nghiệp, sinh hoat, vui chơi giải trí… Trong đó, nƣớc thải từ các hoạt động công nghiệp có ảnh hƣởng nhiều nhất đến môi trƣờng do tính đa dạng và phức tạp. Trong nƣớc thải công nghiệp, thành phần khó xử lý nhất là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.Một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trƣờng 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 lƣợng nƣớc thải sau sản xuất hầu nhƣ không đƣợc xử lý, mà đƣợc thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng xuống ao hồ, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nƣớc mặt, mạch nƣớc ngầm và ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe con ngƣời.
Trong những năm gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng các phƣơng pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nƣớc thải: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp điện hóa…Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu điểm và hạn chế nhất định về mặt kỹ thuật cũng nhƣ 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 phƣơng pháp hấp phụ kết hợp và oxy hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton là một trong những hƣớng nghiên cứu mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm nghiên cứu. 1 Việc tìm ra vật liệu có khả năng xúc tác cho quá trình oxy hóa nâng cao vẫn đang đƣợc quan tâm nhằm tìm ra vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, chi phí thấp, ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng. Trong khóa luận vật liệu đƣợc chọn là mùn cƣa, một loại vật liệu đã, đang và sẽ đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm, nghiên cứu nhiều hơn cho các ứng dụng vô cùng mới mẻ và hữu ích của nó trong nhiều lĩnh vực.
Cũng bởi vì lý do trên em chọn lựa đề tài“Sử dụng mùn cƣa biến tính-Fe(III), áp dụng cho quá trình oxy hoá nâng cao loại bỏ phẩm màu” để tập trung nghiên cứu xử lý phẩm màu có trong nƣớc thải dệt nhuộm bằng phƣơng pháp Fenton dị thể sử dụng hệ xúc tác là mùn cƣa sau khi biến tính.TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Phẩm màu hữu cơ khó phân hủy 1. Phẩm 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).[3] Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con ngƣời hầu nhƣ chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của thuốc nhuộm là bền màu và tính chất không bị phân hủy.
Màu sắc của thuốc nhuộm 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 chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử không cố định nhƣ: >C = C<; >C = N-; -N = N-; -NO2… Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho và nhận điền tử nhƣ: -NH2, - COOH, -SO3H, -OH… đóng vai trò tăng cƣờng màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lƣợng của hệ điện tử. Phân loại phẩm nhuộm Thuốc nhuộm đƣợc sử dụng chủ yếu ở Việt Nam trƣớc đây là các hợp chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng phức của các kim loại nhƣ Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không còn sử dụng nhiều do nƣớc thải sau khi nhuộm chứa hàm lƣợng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Ở nƣớc ta hiện nay, thuốc nhuộm thƣơng phẩm vẫn chƣa đƣợc sản xuất, tất cả các loại thuốc nhuộm đều phải nhập của các hãng sản xuất thuốc nhuộm trên thế giới.
Thuốc nhuộm dạng hữu cơ mang màu hiện rất phổ biến trên thị trƣờng. Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà ngƣời ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm khác nhau. Thuốc nhuộm azo: Là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát triển lâu đời, chiềm khoảng 50% tổng sản lƣợng thuốc nhuộm. Trong phân tử chiếm một hoặc nhiều nhóm azo.
Thuốc nhuộm antraquinon: Trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó. Thuốc nhuộm indigoit: Loại thuốc nhuộm này trƣớc kia có nguồn gốc từ thực vật màu xanh xẫm trích từ là cây tràm. Thuốc nhuộm lƣu huỳnh: Là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều nguyên tử lƣu huỳnh. Thuốc nhuộm triarylmetan: Là những dẫn xuất của metan, trong đó các nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang màu.
diaryl metan triaryl metan Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: Trong phân tử có hệ mang màu là các hợp chất đa tụ giữa antraquinon với các vòng dị thể khác tạo nên mạch đa vòng. [1] Phân loại theo lớp kỹ thuật 4 Thuốc nhuộm hoạt tính: Là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết cộng hóa trị với vật liệu nói chung nhờ vậy nên độ bền màu cao. Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là: S-R-T-X Trong đó: S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan. R: là phần mang màu, thƣờng là các hợp chất azo (-N = N), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxyamin.
T: là gốc mang nhóm phản ứng. X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng. Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trƣờng có khả năng tạo thành các amin thơm đƣợc xem là tác nhân gây ung thƣ. Thuốc nhuộm Axit: Thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa tan trong nƣớc, thƣờng dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da.
Theo cấu trúc hóa học, đa số loại thuốc nhuộm này thuộc về nhóm azo, một số tạo phức với kim loại. Công thức tổng quát có thể viết dƣới dạng: Ar-SO3Na Trong đó: Ar-SO3: là nhóm mang màu Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm tự bắt màu, chúng là những hợp chất màu tự hòa tan trong nƣớc và có khả năng tự bắt màu với các vật liệu một cách trực tiếp nhờ các lực hấp thụ trong môi trƣờng trung tính hoặc kiềm. Hầu hết chúng thuộc nhóm azo, một số ít là dẫn xuất dioxazin và ftaloxiamin, nhƣng dạng tổng quát chung đƣợc biểu diễn: Ar-SO3Na Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm. Khả năng tự bắt màu trực tiếp phụ thuộc vào ba yếu tố dƣới đây: Phân tử thuốc nhuộm phải chứa một hệ thống mối liên kết nối đôi các không dƣới tám kể từ đầu nhóm trợ màu này đến nhóm trợ màu kia, nhƣ vậy 5 phân tử thuốc nhuộm sẽ luôn ở trạng thái cƣa bão hòa hóa trị và có khả năng thực hiện các liên kết Vander Waals và liên kết Hydro với vật liệu.
Phân tử thuốc nhuộm phải thẳng vì xenlulo nói riêng và những vật liệu mà thuốc nhuộm có khả năng bắt màu đều có cấu tạo phân tử mạch thẳng, có nhƣ vậy phân tử thuốc nhuộm mới dễ dàng tiếp cận với vật liệu và thực hiện các liên kết. Phân tử thuốc nhiểm phải có cấu tạo thẳng, các nhân thơm hoặc các nhóm chức của thuốc nhuộm phải nằm trên cùng một mặt phẳng để nó có thể tiếp cận cao nhất với mặt phẳng của phân tử vật liệu, cũng là yếu tố quan trọng cho việc phát sinh và duy trì các lực liên kết của nó với vật liệu. Thuốc nhuộm hoàn nguyên: là những hợp chất màu hữu cơ không hòa tan trong nƣớc, tuy có cấu tạo hóa học và màu sắc khác nhau nhƣng chúng có chung một tính chất: tất cả đều chứa các nhóm ceton phân tử. Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nƣớc do trong phân tử không chứ nhóm tạo tính tan –SO3Na, -COONa, còn kích thƣớc phân tử nhỏ, khối lƣợng phân tử không lớn, cấu tạo không phức tạp.
Phân tử chứa các nhóm –NH2, -HR2, -OH, -OR (R có thể là gốc alkyl, aryl, alkyl hydro oxyl). Một số loại phẩm nhuộm tiêu biểu Phẩm nhuộm Acriđin: dẫn xuất của acriđin hoặc 9 – phenylacriđin, có những nhóm thế khác nhau (OH, NH2, SH,…) ở vị trí 3 và 6. Phẩm nhuộm acriđin thuộc loại phẩm nhuộm arymetan có màu vàng và da cam. Dùng để nhuộm da, giấy, gỗ, … Phẩm nhuộm azo: phẩm nhuộm tổng hợp mà trong phân tử có chứa một hoặc vài nhóm mang màu azo (-N = N-) liên kết với các gốc thơm.
Phẩm nhuộm azo là những chất rắn, chỉ hòa tan trong nƣớc khi trong phân tử có chứa các nhóm SO3H, COOH hoặc R4N+. Nhiều phẩm nhuộm azo (khi không có nhóm SO3H hoặc có nhóm NH2) và chất cháy vào dƣới dạng hỗn hợp với bụi không khí dễ gây nổ nguy hiểm. Nhờ nguyên liệu đầu phong phú, phƣơng pháp tổng 6 hợp đơn giản, hiệu suất cao, phẩm nhuộm azo thuộc loại các phẩm nhuộm quan trọng nhất (chiếm trên 50% tổng sản lƣợng các loại phẩm nhuộm). Dùng để nhuộm vải, sợi, giấy, da, cao su, chất dẻo,…Ƣu điểm của phẩm nhuộm azo là sử dụng đơn giản và giá rẻ.
Tuy nhiên, hiện nay phẩm nhuộm azo đã bị cấm sử dụng ở hầu hết các nƣớc trên thế giới vì có khả năng gây ung thƣ mạnh. Phẩm nhuộm hoàn nguyên: Gồm các phẩm màu indigo, một số dẫn xuất của antraquinon và đồng đẳng, một vài phẩm nhuộm lƣu huỳnh. Loại phẩm này không tan trong nƣớc nên khi sử dụng phải khử với natri hidrosunfit trong môi trƣờng kiềm mạnh nhằm chuyển thành dạng hòa tan gọi là dẫn xuất loco bám rất chắc vào sợi xenlulozo. Khi nhuộm, sợi đƣợc tẩm ƣớt dung dịch loco, sau đó phẩm màu đƣợc tái sinh do loco bị oxy hóa.
Thƣờng loco dễ bị oxy hóa khi phơi ngoài không khí hoặc dùng các chất oxy hóa nhƣ H2O2, kali dicromat,…Phẩm có nhiều màu khác nhau, rất bền đối với ánh sáng, thời tiết và giặt giũ.