Chương 1. Tổng quan Chương này trình bày giới thiệu tổng quan về chất màu dệt nhuộm, các phương pháp xử lý và vật liệu NiTiO3 và vật liệu BiOX với X=Cl, Br, I, F. Thực nghiệm 3 Chương này trình bày các phương pháp thực nghiệm để chế tạo vật liệu, nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu tổ hợp NiTiO3- BiOCl0,5O0,5. Kết quả và thảo luận Chương này trình bày các kết quả đã nghiên cứu, các tính chất về cấu trúc, quang và quang xúc tác của vật liệu NiTiO3 thuần và vật liệu tổ hợp hợp NiTiO3- BiOCl0,5O0,5 và cuối cùng là tổng kết các kết quả mà chúng tôi đã thực hiện trong luận văn này và rút ra một số kết luận từ các kết quả thu được.
TỔNG QUAN Tổng quan về các loại chất màu hữu cơ 1. Khái niệm về chất màu Chất màu hữu cơ hay còn gọi là thuốc nhuộm là tên chỉ chung của những hợp chất hữu cơ có màu bao gồm cả các hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên và tổng hợp. 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 rất đa dạng về màu sắc và chủng loại.
Thuốc nhuộm có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác và do đó chúng có khả năng nhuộm màu lên các vật liệu khác. Các loại chất màu thường dùng Nhuộm là một quy trình trong ngành dệt may, bao gồm sự kết hợp của áp lực hóa học hoặc vật lý giữa các sợi và thuốc nhuộm. Nhuộm là quá trình ngâm vải với dung dịch thuốc nhuộm để làm thay đổi màu trong các sợi. Trong quy trình nhuộm, thuốc nhuộm được sử dụng ở dạng dung dịch.
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Tuy nhiên, hiện nay hầu như chỉ thuốc nhuộm tổng hợp được sử dụng trong công nghiệp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất khó bị phân hủy màu theo thời gian. Màu sắc của thuốc nhuộm có đượclà do cấu trúc hóa học của chúng.
Cấu trúc của thuốc nhuộmbao gồm hai nhóm chức là 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 như các nhóm amine, carboxyl, sulphonate, and hydroxyl …Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như nhóm azo (-N=N- ), carbonyl (-C=O-), nitro (-N=O-) …đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử. Thuốc nhuộm rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Có 2 cách phân biệt thuốc nhuộm cơ bản: Theo cấu tạo hóa học, thuốc nhuộm có thể phân thành thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm polymetyn, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm lưu huỳnh, thuốc nhuộm inđigoit, , thuốc nhuộm arylmetan.
Theo cách thức sử dụng, thuốc nhuộm có thể phân thành thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm bazơ, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, 5 + Thuốc nhuộm trực tiếp: là thuốc nhuộm hòa tan trong nước, dễ dàng áp dụng cho xơ cellulose. Chúng là thuốc nhuộm anion có tính bền vững đối với xơ xenlulô thường được sử dụng từ dung dịch thuốc nhuộm có chứa chất điện phân. Thuốc nhuộm trực tiếp không yêu cầu sử dụng chất cầm màu và quy trình nhuộm khá đơn giản. Các chất dệt được ngâm vào bồn có chứa thuốc nhuộm hòa tan.
Hầu hết các thuốc nhuộm thuộc loại này là các hợp chất polyazo, cùng với một số stilben, phthalocyanin và oxazin với dạng tổng quát Ar – SO3Na. So với các loại thuốc nhuộm khác, thuốc nhuộm trực tiếp có khối lượng phân tử cao Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion và thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp vào sợi nhờ các lực hấp phụ hình thành trong môi trường trung tính hoặc môi trường kiềm. + Thuốc nhuộm bazơ: được biết đến như thuốc nhuộm cation với điện tích dương. Thuốc nhuộm này dễ tan trong nước được ứng dụng trong nhuộm giấy, các loại sợi polyacrylonitrile, modified nylons, and modified polyesters, tơ tằm.
Khi hòa tan trong nước chúng phân ly thành cation là các ion mang màu. Nói chung, những thuốc nhuộm này không được sử dụng cùng với axit hoặc thuốc nhuộm trực tiếp vì có thể xảy ra hiện tượng kết tủa. Trên hầu hết các loại xơ, thuốc nhuộm cơ bản có độ bền màu thấp. Tuy nhiên, trên xơ acrylic, thuốc nhuộm cation thể hiện độ bền màu tương đối tốt do một số liên kết cộng hóa trị.
Thuốc nhuộm cơ bản hoặc cation lấy tên của chúng từ thực tế là các phân tử thuốc nhuộm phân ly trong nước, với cation là phần màu của thuốc nhuộm. Nếu các vị trí anion có mặt trong xơ, thuốc nhuộm sẽ bị thu hút để tạo thành liên kết cộng hóa trị. Do các vị trí anion khác nhau về tính khả dụng với các loại sợi khác nhau nên độ bền của thuốc nhuộm cation khá thay đổi. + Thuốc nhuộm axit: Thuốc nhuộm axit là axit sulfonic hữu cơ; các dạng thương mại có sẵn thường là muối natri, thể hiện khả năng hòa tan trong nước tốt.
Thuốc nhuộm axit chủ yếu được sử dụng với một số loại xơ chẳng hạn như xơ polyamit, len, tơ tằm, acrylic biến tính và polypropylen cũng như hỗn hợp của các loại xơ đã đề cập với các loại xơ khác như bông, tơ nhân tạo và polyester, vải thông thường. Màu sắc của chúng thường tươi sáng và độ bền với ánh sáng và giặt tẩy từ kém đến xuất sắc, tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm. Thuốc nhuộm axit nhất là muối của axit sulfonic và chúng chứa các nhóm mang màu azo, antraquinone, triphenylmethane, nitro và nitroso. + Thuốc nhuộm hoạt tính: Thuốc nhuộm hoạt tính khác với các loại thuốc nhuộm khác ở chỗ phân tử của chúng chứa một hoặc nhiều nhóm phản ứng có khả năng hình thành liên kết cộng hóa trị với nhóm xơ tương thích.
Chúng đã trở nên rất phổ biến do độ bền ướt cao, độ sáng và nhiều màu sắc. Do đó, những thuốc 6 nhuộm này có một nhóm phản ứng cho phép chúng phản ứng với nhóm hydroxy của cellulose. Nhóm phản ứng thường được gắn vào nhóm mang màu thông qua nhóm cầu nối như –NH–, –CO– và SO2–. Còn đối với thuốc nhuộm trực tiếp, độ hòa tan thường được đảm bảo bằng cách gắn ít nhất một nhóm axit sulphonic vào phân tử.
Theo kỹ thuật ứng dụng của chúng, thuốc nhuộm hoạt tính có thể được phân loại thành thuốc nhuộm kiểm soát được kiềm, kiểm soát được muối và kiểm soát được nhiệt độ. + Thuốc nhuộm phân tán: thường chứa các nhóm azo, anthraquinone, nitro và về cơ bản chúng là thuốc nhuộm không tan trong nước có tính bền vững đối với một hoặc nhiều sợi kỵ nước như sợi nylon, cellulose, cellulose acetate và sợi acrylic thường được sử dụng từ chất phân tán mịn trong nước. Quá trình nhuộm thường được thực hiện sau quá trình tẩy sạch để tránh bị nhuộm màu do thuốc nhuộm chưa cố định. Trong quá trình nhuộm, các phân tử thuốc nhuộm trong dung dịch được gắn vào xơ và sau đó các phân tử thuốc nhuộm phân tán chuyển sang dung dịch mặc dù độ hòa tan của chúng thấp.
Chất màu Rhodamine B Tổng quan về Rhodamine Rhodamine là một họ thuốc nhuộm thuộc nhóm thuốc nhuộm Triphenylmethane (có cấu tạo hóa học gồm 3 vòng benzen (C6H5)3CH). Họ này bao gồm 1 số chất hóa học quan trọng như Rhodamine B, Rhodamine 6G và Rhodamine 123. Các chất Rhodamine được dùng chủ yếu trong ngành công nghệ dệt, nhuộm vải và giấy, chỉ thị màu sinh học. Đôi khi, các chất này còn được sử dụng trong nhuộm màu thực phẩm [1].
Các chất nhuộm thuộc nhóm Rhodamine khá độc, có thể hòa tan tốt các dung môi nước, methanol, ethanol,. Sau khi hòa tan, các chất rhodamine có màu sắc tươi sáng. Chính vì đặc điểm này, các chất rhodamine thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, điều này ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe của người sử dụng. Hình 1-1 Cấu tạo của Rhodamine B [2] 7 Thuốc nhuộm Rhodamine B là một loại thuốc nhuộm thuộc nhóm thuốc nhuộm azo.
Có cấu tạo phức tạp với cấu trúc nhiều vòng benzen, có công thức hóa học là C28H31N2O3Cl. Khối lượng mol của chất là 479,02 g/mol. Rhodamine B còn được biết đến với những tên gọi khác nhau như R.60 Tetraethyl rhodamine; D&C Red No 19; Rhodamine B chloride; C. Khi ở dạng tinh thể, Rhodamine B có màu tối, có ánh xanh, song ở dạng bột, chất này có màu tím đỏ [3].
Hình 1-2 a) Mẫu bột Rhodamine B và b) dung dịch Rhodamine B 1. Ứng dụng của Rhodamine B Rhodamine B được sử dụng như một thuốc nhuộm được đưa vào trong dòng nước để xác định hướng vận chuyển và tốc độ dòng chảy, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghệ sinh học như quang phổ huỳnh quang, kính hiển vi huỳnh quang hay trong flow cytometry. Ngoài ra, Rhodamine B được dùng để nhuộm màu và tạo màu trong ngành công nghiệp sợi, nhuộm màu trong phòng thí nghiệm để xét nghiệm tế bào do đặc trưng bền màu của nó. Rhodamine B được dùng trong sinh học như một loại thuốc nhuộm huỳnh quang.
Tận dụng các đặc tính phát quang của chúng, người ta sử dụng chúng trong việc kiểm soát liều lượng thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng để phun lên các loại cây trong thời gian canh tác. Chất này được trộn với chất PR 122 (Quinacridone Magenta) tạo ra màu nước hồng tươi [3]. Loại phẩm màu này hiện vẫn đang được sử dụng trong thực phẩm (ví dụ như snack, tôm, hạt dưa, ớt bột, kẹo bông, siro,.) ở một số quốc gia, ngoài ra nó còn được cho vào một số loại đồ uống với nồng độ 7,8 - 3000 ppm. Ở nước ta, Rhodamine B đã bị cấm sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm song vẫn bị sử dụng trái phép gây ra mối nguy hại lớn cho sức khỏe của người dân.
Độc tính của thuốc nhuộm Rhodamine B Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính. Qua tiếp xúc gây dị ứng hoặc làm mẩn ngứa da, mắt,. Qua đường hô hấp gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực. Qua đường tiêu hóa gây nôn mửa, có hại cho gan và thận.
Nếu tích tụ dần trong cơ thể gây nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như gây ung thư. Thực nghiệm trên chuột bạch cho thấy Rhodamine B gây ung thư với liều lượng 89,5 mg/kg qua đường uống hoặc tiêm vào tĩnh mạch. Khi Rhodamine B đi vào cơ thể có thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có phần độc hại hơn loại thường, gây ung thư và phát triển khối u dạ dày.