CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1. Ô nhiễm môi trường nước 1. Ô nhiễm bởi các chất vô cơ Các nguồn nước trong tự nhiên, thường bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng, kim loại thường và các hợp chất vô cơ khác. Chúng gây tác động xấu đối với đời sống các sinh vật, qua chuỗi thức ăn tới động vật sống trên cạn và con người.
Trong số đó phải kể đến những chất gây độc hại như: Thủy ngân, Asen, Cardimi,. Đa số những chất này xâm nhập vào các nguồn nước do rửa trôi, từ các vật thải, nước thải [2]. Ngoài ra, quá trình bổ sung vào đất những loại nguyên tố cần thiết cho cây trồng dưới dạng phân bón hóa học như: đạm, lân, kali… cũng dễ gây ra hiện tượng “phú dưỡng” làm cho tảo và các vi sinh vật yếm khí phát triển, chúng khử NO3-, SO42- thành NH3, H2S và khử PO43- trong các photphat khó tan Fe3(PO4)2 thành tan (Fe2+ và HPO42-), do đó sẽ hòa tan các chất lắng cặn trong nước, làm nước bị ô nhiễm [7]. Các khoáng axit cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm nước.
Bởi lẽ khi chúng gặp oxi của không khí và vi sinh vật nó sẽ tạo ra các axit trôi vào nguồn nước gây ảnh hưởng lớn tới đời sống của các sinh vật, đồng thời tạo ra hàng loạt các phản ứng phụ gây ô nhiễm môi trường nước. Chẳng hạn như: mỏ quặng pyrit (FeS2) khi ở ngầm sâu không tiếp xúc với không khí thì rất bền. Nhưng khi khai thác, nó tiếp xúc với không khí và có các vi sinh vật làm xúc tác sẽ xảy ra phản ứng: VSV 2Fe2+ + 4H+ + 4SO42- 2FeS2 + 2H2O + 7O2 3+ 4Fe2+ + O2 4Fe + 2H2O + 4H+ 14Fe3+ + FeS2 + 8H2O VK 2+ 2- 15Fe + 2SO4 + 16H + Và cũng có phản ứng Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vì thế nước chảy ra từ khu mỏ có môi trường axit và lớp cặn vàng Fe(OH)3, chảy vào các suối, làm cho nước có màu vàng, pH thấp nên sẽ phá hủy cân bằng sinh thái trong nước. Ô nhiễm nước bởi các chất hữu cơ Các chất hữu cơ cũng là nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm nguồn nước.
Hàng năm trên thế giới sản xuất khoảng 60 triệu tấn các hợp chất hữu cơ, các chất đó được dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu để sản xuất các chất cần thiết cho cuộc sống [1]. Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ lượng hợp chất hữu cơ khổng lồ đó, một lượng lớn chất thải hữu cơ và dư lượng các chất hữu cơ bị đưa vào môi trường. Các chất hữu cơ thường là chất độc, khá bền, đặc biệt là các hiđrocacbon thơm, các hợp chất chứa dị tố O, S, N…, các hợp chất cơ Clo. Chúng gây ô nhiễm nặng cho nguồn nước, làm giảm lượng oxi tan vào nước (DO), làm tăng chỉ số nhu cầu oxi hóa sinh học (BOD) và chỉ số nhu cầu oxi hóa hóa học (COD).
Hiện nay có trên 10 ngàn loại thuốc bảo vệ thực vật khác nhau [6], bao gồm: thuốc trừ sâu (insecticides) dùng để diệt côn trùng sâu bọ phá hoại mùa màng, thuốc diệt nấm (fungicides) dùng để tiêu diệt các loại vi khuẩn, thuốc diệt cỏ (herbicides) dùng để tiêu diệt cỏ dại và các thực vật không mong muốn, thuốc diệt rong tảo có hại (algicides), thuốc trừ loại gậm nhấm (edenticides). Sự lạm dụng quá mức các thuốc bảo vệ thực vật làm tăng dư lượng các hóa chất này trong đất, nước nông nghiệp. Qua sự rửa trôi sẽ gây ô nhiễm nguồn nước. Trong nước thải từ các nhà máy, xưởng sản xuất như dệt may, in ấn, sơn,… cũng chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy.
Căn cứ vào nhu cầu toàn thế giới ước tính có hơn 100000 tấn thuốc nhuộm đã được thương mại hóa và hơn 70.000 tấn thuốc nhuộm được sản xuất hàng năm [8]. Trong quá trình nhuộm thì có đến 12- 15% tổng lượng thuốc nhuộm thất thoát theo nước thải nhuộm [1]. Nước thải của ngành công nghiệp này thường có độ màu cao làm cản trở sự hấp thụ bức xạ mặt trời, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loại thuỷ sinh, bất lợi cho hô hấp và sinh trưởng của quần thể vi sinh vật và các vi sinh vật có ích trong nước. Hơn thế 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nữa, những hợp chất hữu cơ này thường bền, rất khó bị phân hủy tự nhiên và có độc tính cao.
Theo quy định của EU hiện nay, thuốc nhuộm được tổng hợp dựa trên Benzidine, 3, 3’ –dimethoxybenzidine và 3, 3’ – diemthylbenzidine đã được xếp vào nhóm các chất gây ung thư [8]. Vì thế sự ô nhiễm nguồn nước bởi các loại chất này không chỉ phá hủy hệ sinh thái thủy sinh mà còn gây nguy hiểm đến con người. Vậy nên việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp loại bỏ các hợp chất hữu cơ này là hết sức cần thiết và cấp bách. Một số loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm hòa tan trong nước Đặc điểm chung của loại thuốc nhuộm này là chúng hòa tan được trong nước.
Dưới đây là một số nhóm thường gặp[8]. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Một số loại thuốc nhuộm hòa tan trong nước Thuốc nhuộm trực tiêp Thuốc nhuộm hoạt tính Định nghĩa Là loại thuốc nhuộm tự bắt Là những hợp chất màu mà trong màu, chúng là những hợp chất phân tử của chúng có chứa các màu tự hòa tan trong nước và nhóm nguyên tử có thể thực hiện có khả năng tự bắt màu với các mối liên kết cộng hóa trị với vật vật liệu một cách trực tiếp nhờ liệu nói chung, nhờ vậy nên độ bền các lực hấp phụ trong môi màu cao. trường trung tính hoặc kiềm.
Công thức Ar- SO3Na S–R–T–X tổng quát Trong đó: Trong đó: Ar : gốc hữu cơ mang màu của S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm thuốc nhuộm có tính tan. R: là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo (-N=N), atraquinon, axit chứa kim loại. T: là gốc mang nhóm phản ứng. X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng Tính chất cơ Các chất này hòa tan trong Có độ bền màu cao với giặt, ma bản nước dễ dàng ở nhiệt độ 50ºC - sát và nhiều chỉ tiêu lý hóa khác 60ºC, với hàm lượng 20-40 (nhiệt độ, ánh sáng…).
(g/l), lượng màu trực tiếp lưu Hầu hết thuốc nhuộm hoạt tính tan giữ trên vải vật liệu đạt từ 80- tốt trong nước và bắt màu vào vật 90%. liệu đạt đến 60- 65%, trong môi Có đủ các gam màu từ vàng trường kiềm yếu. Loại thuốc tới đen, màu của chúng tươi, nhuộm này khi thải vào môi được sử dụng để nhuộm hoặc trường có khả năng tạo thành các in hoa chủ yếu cho các vật liệu amin thơm được xem là tác nhân từ xenlulo như vải bông, gây ung thư. đay…[1] 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thuốc nhuộm không tan trong nước Đặc điểm của loại thuốc nhuộm này là không tan trong nước, hoặc lúc đầu tan tạm thời nhưng sau khi bắt màu vào tơ sợi thì chuyển sang dạng không tan.
Một số nhóm thường gặp được đề cập trong bảng 1. Một số loại thuốc nhuộm không tan trong nước Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm phân tán Định nghĩa Là những hợp chất màu hữu Là những hợp chất màu không tan cơ không hòa tan trong nước, trong nước do trong phân tử không tuy có cấu tạo hóa học và chứa nhóm tạo tính tan –SO3Na, - màu sắc khác nhau nhưng COONa, có kích thước phân tử nhỏ, chúng có chung một tính khối lượng phân tử không lớn, cấu chất. tạo không phức tạp Công thức Tất cả các thuốc nhuộm hoàn tổng quát nguyên đều chưa nhóm xeton trong phân tử. CTTQ: R=C=O Trong đó, R có thể là gốc Aryl.
Alkyl, hydroxyl… Tính chất Thuốc nhuộm có màu sắc đa Có thể hình thành phức kim loại với cơ bản dạng, tươi ánh, độ bền màu ion kim loại nặng làm thay đổi màu cao do phân tử có chứa nhiều sắc thuốc nhuộm. Biến màu cũng có nhân thơm. thể xảy ra với thuốc nhuộm phân tán gốc azo do tiếp xúc các chất có tính khử. Trong điều kiện không thuận lợi, thuốc nhuộm phân tán azo có thể bị phân hủy thành amin màu vàng hoặc không màu.
7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giới thiệu về Rhodamin B Rhodamin B là một thành phần của phẩm màu công nghiệp. Công thức phân tử: C28H31ClN2O3. Phân tử khối: 479,02g/mol.
Công thức cấu tạo của Rhodamin B Tính chất vật lý Rhodamin B là những tinh thể màu tối có ánh xanh hay ở dạng bột màu nâu đỏ. Nhiệt độ nóng chảy khoảng từ 2100C đến 2110C. Rhodamine B là thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại, tan tốt trong Methanol, Ethanol, nước (khoảng 50 g/l). Độ hoà tan trong 100 gam dung môi: nước 0,78 gam (260C), Ethanol 1,74 gam [21].
Dung dịch nước và ethanol có màu đỏ ánh xanh nhạt phát huỳnh quang màu đỏ mạnh, đặc biệt rõ trong các dung dịch loãng. Dung dịch nước hấp thụ cực đại với ánh sáng có λ = 553 nm. Độc tính Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính. Qua tiếp xúc, nó gây dị ứng hoặc làm mẩn ngứa da, mắt.
Qua đường hô hấp, nó gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực. Qua đường tiêu hóa, nó gây nôn mửa, có hại cho gan và thận. Nếu tích tụ dần trong cơ thể nó gây nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như có thể gây ung thư với liều lượng 89,5mg/kg qua đường uống [21]. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng dụng Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, đếm tế bào dòng chảy, quang phổ huỳnh quang [1,9].
Rhodamin B được sử dụng trong sinh học như là một thuốc nhuộm huỳnh quang [9]. RhB được xếp vào nhóm thuốc nhuộm công nghiệp, được sử dụng để nhuộm quần áo, vải vóc… Khá nhiều quốc gia đã ban hành việc cấm sử dụng chất này trong công nghệ nhuộm màu, họ cho biết Rhodamin B còn trong quần áo, khi mặc tiếp xúc với da sẽ gây kích ứng da dẫn đến ung thư da. Song ở Việt Nam, Rhodamin B vẫn được sử dụng nhiều trong công nghiệp dệt nhuộm, thậm chí còn được sử dụng trái phép trong thực phẩm để tăng giá trị cảm quan, thu hút người mua. Giới thiệu về Alizarin Yellow GG Alizarin Yellow GG là loại thuốc nhuộm azo.
Công thức phân tử : C13H8N3NaO5 Khối lượng mol: 309. Công thức cấu tạo Alizarin Yellow GG Alizarin Yellow GG là hợp chất có màu vàng ánh kim, ổn định ở nhiệt độ thường, được sử dụng nhiều trong công nhiệp dệt nhuộm vì có màu óng đẹp.