CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về MB 1.1 Tính chất vật lý và hoá học Tên gọi UIPAC [7-(dimethylamino)phenothiazin-3-ylidene]-dimethylazanium;chloride 1.2 Tên thông thường và tên thương mại Basic blue 9 Blue 9, Basic Blue N, Methylene Blue, Methylene Blue, Swiss Blue, Urolene Chromosmon Methylene Blue Methylene Blue N Methylthionine Chloride Methylthioninium Chloride Swiss Blue Urolene Blue 1.3 Công thức phân tử C16H18ClN3S 4 Công thức cấu tạo Hình 1.1 Công thức cấu tạo của MB 1.2 Tính chất vật lý và hoá học Bảng 1.1 Tính chất vật lý và hoá học của MB Đặc tính Mô tả Màu sắc/ dạng Dạng tinh thể màu xanh đậm hoặc dạng bột trong chloroform- ethyl ether, dung dịch có màu xanh dương Mùi Có mùi nhẹ Điểm nóng chảy 100 – 110oC Khả năng hoà tan Tan trong nước, 43,600 mg/L ở 25oC, tan trong ethanol, chloroform, ít tan trong pyridine, không tan trong ethyl ether. Tan trong acetic acid và glycerol, không tan trong xylene, oleic acid, ethanol 2% và aceton 0.5% Áp suất hoá hơi 7,0x10-7 mm Hg at 25 °C Hằng số phân ly pKa = 3,14 Tính chất khác Tinh thể màu xanh đậm hoặc bột tinh thể ánh đồng, không mùi, ổn định với không khí. Hấp thụ cực đại ở bước sóng khoảng 668, 609 nm. Dễ tan trong nước và chlorofom, ít tan trong cồn 5 1.3 Ứng dụng của MB Bảng 1.2 Ứng dụng của MB Lĩnh vực Mô tả Hoá chất, phòng thí Sử dụng trong hoá chất, hoá chất được sử dụng trong nghiệm phòng thí nghiệm Làm sạch – tẩy rửa Liên quan đến các hình thức làm sạch/ tẩy rửa bao gồm làm sạch nhà cửa, xà phòng, tẩy mỡ, v.
Chất khử trùng trong làm Là thành phần trong chất chất khử trùng/ sát trùng liên sạch – tẩy rửa quan đến dược phẩm và là chất sát trùng trong nước uống hoặc thức ăn gia súc. Dược phẩm Sản xuất dược phẩm cho người, động vật Bao bì thực phẩm Chứa trong bao gói thực phẩm, một số ít trong thực phẩm rang xay. Chăm sóc sức khoẻ, mỹ Bị cấm sử dụng trong chăm sóc sức khoẻ và mỹ phẩm ở phẩm, cấm sử dụng ở các các nước thuộc ASEAN nước ASEAN Thuốc trừ sâu Là thành phần trong thuốc trừ sâu để tiêu diệt sâu bọ Nhuộm Là thành phần trong việc tạo màu cho gỗ, giấy, vải vì có tính chất kháng khuẩn, được sử dụng với hàm lượng rất nhỏ 1.4 Ảnh hưởng của MB Bằng chứng gây ung thư Chưa có dữ liệu cho thấy MB có khả năng gây ung thư đối với con người. Các bằng chứng nghiên cứu của MB có khả năng gây ung thư đối với động vật rất hạn chế.
Nhìn chung, MB không được phân loại là chất gây ung thư cho người. 6 Tác động cấp tính Tác động cấp tính của MB thể hiện như Bảng 1.3 Tác động cấp tính của MB [5] Đối tượng Loại kiểm tra Cách tiếp xúc Liều lượng Tác động Người lớn TDLo Tiêm dưới da 28 uL/kg Sốt sau khi tiêm Trẻ sơ sinh TDLo Chưa có báo cáo 15 mg/kg Phổi, cổ họng hoặc hệ tiêu hoá Chuột LD50 Miệng 1180 mg/kg Chuột LD50 Tiêm màng bụng 180 mg/kg Chuột LD50 Tiêm dưới da 190 mg/kg Chuột LD50 Tiêm tĩnh mạch 1250 mg/kg Chuột bạch LD50 Miệng 3500 mg/kg Chuột bạch LD50 Tiêm màng bụng 150 mg/kg Chuột bạch LD50 Tiêm tĩnh mạch 77 mg/kg Chó LDLo Miệng 500 mg/kg Chó LDLo Tiêm dưới da 50 mg/kg Khỉ LDLo Tiêm tĩnh mạch 10 mg/kg Mèo LDLo Tiêm tĩnh mạch 41 mg/kg Thỏ LDLo Miệng 1 gm/kg Cá heo LDLo Tiêm dưới da 300 mg/kg 1.5 Thực trạng ô nhiễm phẩm nhuộm ở nước ta hiện nay Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dệt nhuộm đã góp một phần rất lớn vào sự phát triển kinh tế chung của cả nước. Ngành công nghiệp dệt nhuộm không những đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn thu được giá trị kinh tế lớn nhờ xuất khẩu. Bên cạnh đó, ngành dệt nhuộm còn giải quyết 7 việc làm cho một lực lượng lớn lao động.
Tuy nhiên, hầu hết các nhà máy, xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đều chưa có hệ thống xử lý nước thải mà đang có xu hướng thải trực tiếp ra sông, suối, ao, hồ,…loại nước thải này có độ kiềm cao, độ màu lớn, nhiều hóa chất độc hại đối với loài thủy sinh. Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dệt nhuộm đã góp một phần rất lớn vào sự phát triển kinh tế chung của cả nước. Ngành công nghiệp dệt nhuộm không những đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn thu được giá trị kinh tế lớn nhờ xuất khẩu. Bên cạnh đó, ngành dệt nhuộm còn giải quyết việc làm cho một lực lượng lớn lao động.
Song song với sự phát triển là vấn đề ô nhiễm môi trường phát sinh từ quá trình sản xuất. Hằng năm ngành dệt nhuộm thải vào môi trường một lượng lớn nước thải với nồng độ ô nhiễm cao do chưa đầu tư hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm đạt chuẩn hoặc hệ thống bị hư hỏng; chưa cải tạo kịp thời. Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm là từ các công đoạn hồ sợi, rũ hồ, nấu tẩy, nhuộm và hoàn tất. Nguồn gốc phát sinh các chất ô nhiễm trong nước thải bao gồm: Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: dầu mỡ; các tạp chất chứa Nitơ; các chất bụi bẩn dính vào sợi (chiếm 6% khối lượng xơ).
Hóa chất sử dụng: hồ tinh bột, H2SO4; CH3COOH; NaOH; NaOCl; H2O2; Na2CO3; Na2SO3;…các loại thuốc nhuộm; các chất trơ; chất ngấm; chất cầm màu; chất tẩy giặt. Thành phần nước thải phụ thuộc vào: đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất của thuốc nhuộm; các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng. Các loại thuốc nhuộm được đặc biệt quan tâm vì chúng thường là nguồn sinh ra các kim loại; muối và màu trong nước thải. Các chất hồ vải với lượng BOD; COD cao và các chất hoạt động bề mặt là nguyên nhân chính gây ra tính độc cho thuỷ sinh của nước thải dệt nhuộm.
Có thể tóm tắt những ảnh hưởng do các chất ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm tới nguồn tiếp nhận như sau: Độ kiềm cao làm tăng pH của nước; nếu pH >9 sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh. 8 Muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn. Nếu lượng nước thải lớn sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh do tăng áp suất thẩm thấu; ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của tế bào. Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD; COD của nguồn nước gây tác hại đối với đời sống thuỷ sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nước.
Độ màu cao do dư lượng thuốc nhuộm trong nước thải gây màu cho nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thuỷ sinh; ảnh hưởng tới cảnh quan. Các chất độc nặng như sunfit kim loại nặng, các hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước; gây ra một số bệnh mãn tính đối với người và động vật. Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước; ảnh hưởng đến sự sống các loài thuỷ sinh. Chính vì thế, đề tài tài này đóng góp thêm cơ sở khoa học tiền đề cho giải pháp xử lý chất màu xanh methylene trong nước thải công ngiệp và sinh hoạt hiện nay để hướng đến mục tiêu cải thiện môi trường và phát triển bền vững.6 Phương pháp phân tích MB Phương pháp sắc ký điện di mao quản Dựa vào tính chất hoá lý, MB có thể được xác định bằng nhiều kỹ thuật phân tích.
Trong đó, điện di mao quản và sắc ký lỏng kết hợp với đầu dò khối phổ, đầu dò tử ngoại khả kiến được áp dụng. Phương pháp phân tích được phát triển với hệ thống điện di mao quản, MB hấp phụ màng mao quản ở pH hơn 5,4. Thời gian phân tích ngắn ở chế độ phân cực pha đảo, ở đó sự hấp phụ của MB lên lớp tĩnh điện âm. Dung môi sử dụng là Methanol và Acetonitril, bước sóng xác định ở 292 nm.
Phương pháp có thể định lượng MB trong thời gian rất ngắn (khoảng 2,76 phút). Khoảng làm việc của phương pháp từ 20 – 100 mg/L. Tuy nhiên, kỹ thuật phân tích cần phải sử dụng 9 chuẩn bị mẫu nhiều công đoạn, thiết bị phức tạp và đắt tiền, khó áp dụng với những phòng thí nghiệm nhỏ lẻ [6]. Phương pháp quang phổ hấp thu tử ngoại khả kiến Dựa vào tính chất hấp thụ ánh sáng của MB trong vùng ánh sáng khả kiến, phương pháp quang phổ tử ngoại khả kiến được áp dụng để phân tích hàm lượng MB trong các nền mẫu như nước mặt và nước ngầm, mỹ phẩm và công nghiệp xử lý nước thải.
Bước sóng hấp thu cực đại của MB trong khoảng 663 - 665 nm, với thiết bị quang phổ tử ngoại khả kiến, phương pháp cho phép xác định MB ở khoảng nồng độ 0,025 – 100 mg/L. Phương pháp này với ưu điểm là thiết bị phân tích thông dụng, thời gian phân tích ngắn, chi phí phân tích thấp, nên phương pháp phân tích với máy quang phổ tử ngoại khả kiến được áp dụng rộng rãi trong xác định hàm lượng MB và được chọn là phương pháp xác định MB trong nghiên cứu này [7].2 Tổng quan về vật liệu MOFs 1.1 Sự hình thành, tính chất đặc trưng và ứng dụng của vật liệu MOFs Khung kim loại - hữu cơ (MOFs, còn được biết đến là các polimer xốp) là một nhóm của các nguyên liệu với các lỗ xốp hình thành từ kim loại ở các nút liên kết với các kết nối hữu cơ. Dựa vào cấu trúc và chức năng của các vật liệu này, lĩnh vực nghiên cứu MOFs trở thành một trong những lĩnh vực nghiên cứu nhanh nhất trong hoá lý. Nó được chứng minh không ngừng phát triển về số lượng cấu trúc, các ấn phẩm xuất bản và các trích dẫn được nhúng vào, cũng như là liên tục mở rộng khía cạnh nghiên cứu và các nghiên cứu đang tiếp cận.
Sự đột biến chưa từng thấy này trong nghiên cứu MOF được biết đến theo năm phương pháp phát triển: (1) tiến bộ trong hoá học phân lập; (2) sự hoàn thiện của tổng hợp hữu cơ với các phối tử và điều chỉnh cấu trúc sau tổng hợp; (3) sự phát triển trong nghiên cứu cấu trúc, cụ thể là thông qua cấu trúc tinh thể học tia X và phát triển phần cứng lẫn phần mềm để đánh giá đặc tính hấp phụ; (4) phát triển liên quan đến MOF và các nghiên cứu lân cận; (5) tiềm năng phát mở rộng các lĩnh vực ứng dụng [8]. 10 Lĩnh vực MOF đã được xem xét sâu rộng.