CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Thuốc nhuộm Acid và Acid blue 62 1.1 Thuốc nhuộm acid Màu sắc được xem là một yếu tố thị giác quan trọng đối với con người trong việc giải mã thông tin từ nguồn ánh sáng phát ra hoặc ánh sáng phản xạ lại. Màu sắc thường được mô tả bằng các màu như đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh dương, và tím tùy thuộc vào thông số bước sóng trong vùng khả kiến của nguồn sáng. [2] Thuốc nhuộm có thể hòa tan trong nước hoặc được hòa tan trong dầu. Trong đó, màu sắc được thể hiện bởi phần ánh sáng mà thuốc nhuộm không hấp thụ qua cấu trúc của nó.
Chất màu có cấu trúc thể hiện khả năng hấp thụ bức xạ ánh sáng khả kiến (380nm - 780nm). [3] Các liên kết đôi liên hợp có trong cấu trúc của các phân tử màu hữu cơ hữu hiệu trong việc hấp thụ ánh sáng khả kiến.1 Đặc tính của thuốc nhuộm acid Tính tan: Các thuốc nhuộm acid có tính tan rất tốt trong nước để tạo thành hỗn hợp dung dịch màu. Đặc tính này phù hợp cho để nhuộm các loại vật liệu cần được nhuộm trong môi trường nước. [4] Ái lực với các sợi protein trong vật liệu nhuộm: Các phối tử của thuốc nhuộm có thể liên kết với hầu hết các loại protein có trong vật liệu cần nhuộm.
Thuốc nhuộm có bản chất là chất hữu cơ tổng hợp nhưng vẫn có ái lực tốt với protein thông qua khả năng tương tác với các vị trí hoạt động của protein bằng cách phỏng chế lại cấu trúc của các chất, yếu tố, và các tác nhân liên kết được với protein đó. [5] pH : yếu tố pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của màng do sự phân ly của các nhóm chức năng. Các thuốc nhuộm acid thường có khoảng pH từ 5.2 Phân loại thuốc nhuộm acid Thuốc nhuộm axit bao gồm nhiều màu sắc và chúng thường được phân loại dựa trên cấu trúc hóa học và đặc điểm màu sắc của chúng. Một số loại thuốc nhuộm axit phổ biến bao gồm: Thuốc nhuộm azo (−N=N): là thuốc nhuộm có chứa nhóm chức azo, Xét về cả số lượng và khối lượng sản xuất, thuốc nhuộm azo là nhóm chất tạo màu lớn nhất chiếm 70% tổng lượng tất cả thuốc nhuộm hữu cơ được sản xuất trên thế giới.
[7] Thuốc nhuộm anthraquinone: là thuốc nhuộm dựa trên nhóm chức anthraquinone, thường sẽ tạo được màu sắc sáng rực. [8] Thuốc nhuộm hỗn hợp kim loại: là loại thuốc nhuộm có chứa kim loại có đặc tính high thermal và chemical stability ví dụ metal porphyrin, phthalo-cyanine và phức polypyridyl với ruthenium và osmium. [9] Thuốc nhuộm triarylmethane: Thường có màu xanh lá, xanh dương, tím và là hợp chất màu có khả năng chống nhiễm trùng, kháng khuẩn, kháng giun và có thể áp dụng được rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như vải dệt, thực phẩm, thuốc, mỹ phẩm. [10] Thuốc nhuộm formazan: được sử dụng nhiều trong những lĩnh vực đặc biệt, muối tetrazolium có thể đóng vai trò là chất chỉ thị sinh học trong lĩnh vực nhuộm.3 Ứng dụng của thuốc nhuộm Trong ngành công nghiệp dệt may, thuốc nhuộm acid được sử dụng phổ biến để nhuộm sợi tự nhiên và tổng hợp, bao gồm len, lụa và nylon.
Trong lĩnh vực công nghiệp giấy, thuốc nhuộm acid có thể được áp dụng để tạo ra giấy màu và giấy đặc biệt. Trong ngành công nghiệp da, thuốc nhuộm acid được ứng dụng cho việc tạo ra hàng da màu sắc đa dạng. Trong quá trình sản xuất mực in, thuốc 3 nhuộm acid đóng một vai trò quan trọng trong việc sản xuất mực gốc nước. Trong lĩnh vực phòng thí nghiệm và nhuộm trong sinh học, một số loại thuốc nhuộm acid được sử dụng để nhuộm mẫu vật sinh học trong các ứng dụng nghiên cứu và thử nghiệm.2 Acid blue 62 Thuốc nhuộm Acid blue 62 là một loại thuốc nhuộm tổng hợp và là một thuốc nhuộm loại acid có phân loại là anthraquinone.
Acid blue 62 có tên khoa học là Sodium 1-amino-4-(cyclohexylamino)-9,10-dioxoanthracene-2-sulfonate, cùng với tên thông dụng của loại thuốc nhuộm này là acid blue 62. Thuốc nhuộm acid blue 62 có cấu trúc phân tử là C20H19N2NaO5S và có công thức cấu tạo bao gồm cấu trúc của anthraquinone. Khối lượng phân tử đạt khoảng 422. 1 Công thức cấu tạo của acid blue 62 Màu nhuộm acid blue 62 thuộc dạng màu xanh dương đậm, không mùi và kế thừa đặc tính tạo màu của màu nhuộm acid dạng anthraquinone khá bền màu với với ánh sáng.
Chỉ số độ bền màu với ánh sáng của acid blue 62 là 5, đạt mức khá tốt so với các loại màu acid khác. 2 Acid blue 62 Độc tính: nghiên cứu sơ bộ trên người và chuột chỉ ra rằng với nồng độ 2000mg gây ảnh hưởng lớn đến cơ thể sinh vật sống. Tình trạng lưu trữ: khoảng 7 năm dưới các điều kiện bảo quản của AB62 bao gồm tránh ánh sáng trực tiếp, bảo quản nơi khô ráo. Màu nhuộm AB62 được sử dụng trong các ngành công nghiệp dệt nhuộm với khả năng tạo ra màu xanh dương sáng và đậm tùy thuộc vào điều kiện nhuộm.
Ngoài ra màu xanh tươi và sáng của chất màu AB62 còn có thể dùng trong các ngành thuộc da, in ấn giấy để có màu xanh dương bắt mắt và phù hợp thẩm mỹ người tiêu dùng.2 Các phương pháp xử lý nước thải và ozone 1.1 Nước thải Nước thải thông thường chứa các chất thải dưới ba dạng huyền phù, keo tụ và tan trong nước thải (hợp chất vô cơ và hữu cơ) trong đó pH của nước thải có thể 5 thiên về kiềm hoặc acid cũng như có thể chứa một lượng nồng độ chất màu nhất định. Nước thải màu nhuộm thường chứa một loạt các chất ô nhiễm, bao gồm các hợp chất hữu cơ và khoáng chất, gây ảnh hưởng đến môi trường nước. Chất phụ gia và hóa chất xử lý trong quá trình nhuộm cũng đồng thời được xả vào nước gây các tác động về tính chất hóa lý của môi trường nước, ảnh hưởng đến động thực vật và con người.2 Các phương pháp xử lý nước thải nhuộm Phương pháp keo tụ: Phương pháp keo tụ xử lý những phẩm nhuộm màu nhờ cơ chế hấp phụ vật lý có khả năng hấp phụ các chất màu, các cặn bẩn trong nước. Các tạp chất dạng hạt trong nước là kết quả của sự xói mòn đất, hấp thụ khoáng chất và sự phân hủy của thảm thực vật.
Các tạp chất có nguồn gốc từ không khí bị ô nhiễm, chất thải công nghiệp và chất thải động vật. Như vậy, nguồn nước bị ô nhiễm bởi con người có khả năng chứa các chất hữu cơ, vô cơ lơ lửng, hòa tan và các dạng sinh học như vi khuẩn, sinh vật phù du. Các hạt có kích thước lớn hơn như cát và bùn nặng có thể được loại bỏ khỏi nước bằng cách làm chậm dòng chảy để xảy ra hiện tượng lắng trọng lực đơn giản. Những hạt này thường được gọi là chất rắn có khả năng lắng.
[13] Phương pháp sinh học: Phương pháp sinh học được áp dụng để xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ và một số chất vô cơ tan trong nước, dựa trên sự hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc lớn vào tính chất của vi sinh vật và các chất ô nhiễm trong nước thải. 6 Trong một số trường hợp, nước thải có thể chứa các chất độc hại đối với vi sinh vật như chất khử, chất oxy hóa, kim loại nặng và các chất khó phân hủy sinh học.
Để tăng cường hiệu quả của quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học cần tiến hành các bước tiền xử lý như loại bỏ các chất độc hại nêu trên và tạo điều kiện môi trường thuận lợi cho từng loại vi sinh vật. Phương pháp sinh học được sử dụng để xử lý nước thải có những yếu tố phát triển bền vững ở khả năng ít phụ thuộc vào hóa chất và các loại năng lượng không tái tạo. Tuy nhiên các quá trình chuyển hóa sinh học có thể mất nhiều thời gian để xử lý ô nhiễm, đặc biệt là nguồn nước thải có tính chất ô nhiễm quá nặng hoặc không phù hợp đối với một số hóa chất. Enzym được tái tổ hợp từ vi khuẩn Bacillus subtilis được sử dụng để thực hiện quá trình chuyển hóa sinh học màu nhuộm AB62.
Quá trình chuyển hóa sinh học enzym có hiệu quả trong việc giảm độ độc hại của các dung dịch chứa chất màu AB62. Nghiên cứu này chứng minh khả năng sử dụng laccases trong quá trình phân hủy oxi hóa chất màu anthraquinonic trong môi trường cũng như khả năng xử lý sinh học đối với các hợp chất chất màu azo có tính độc tố thấp. AOPs là nhóm các phương pháp xử lý nước thải mà sử dụng các chất oxy hóa mạnh để xử lý hoặc chuyển hóa các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước. Điều này giúp cải thiện chất lượng nước bằng cách loại bỏ các chất ô nhiễm và các hợp chất hóa học.
Các AOPs thường sử dụng gốc hydroxyl (⚫OH) làm chất tác nhân chủ yếu và kết hợp các tác nhân khác để tạo ra các quá trình oxi hóa mạnh mẽ. [15] Gốc tự do hydroxyl (⚫OH) được xem là một tác nhân oxy hóa rất mạnh mẽ trong quá trình xử lý nước và xử lý môi trường. Gốc tự do này có khả năng tác 7 động lên hầu hết các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ chủ yếu là CO2 và H2O. Khả năng oxy hóa của gốc tự do hydroxyl làm cho nó trở thành một lựa chọn hiệu quả trong các quá trình xử lý nước để loại bỏ các chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.3 Ozone Ozone, có công thức phân tử là O3, bao gồm 3 nguyên tử oxy liên kết với nhau thông qua cơ chế sử dụng chung cặp electron để hình thành liên kết cộng hóa trị.
Quá trình này giúp mỗi nguyên tử oxy đạt đủ 8 electron ở lớp ngoài cùng, đáp ứng quy tắc bát tử. Tuy nhiên, trong thực tế, cấu trúc liên kết của phân tử O3 không đồng nhất. Hai trong số ba nguyên tử oxy liên kết giống như trong một phân tử oxy thông thường, trong khi nguyên tử thứ ba liên kết với cặp nguyên tử kia qua một liên kết cho nhận (phối trí). Sự không đồng đều này tạo ra sự phân cực trong cấu trúc phân tử của O3, giải thích tại sao phân tử này không ổn định và dễ phân hủy, tạo ra khí oxy trong quá trình phản ứng.