CHƯƠNG 1. Sơ lược về thuốc nhuộm 1. Định nghĩa và phân loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm, hay còn gọi là phẩm nhuộm, phẩm màu, là tên gọi chung để chỉ các hợp chất hữu cơ mang màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp). Chúng rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, có khả năng nhuộm màu - nghĩa là có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp lên chất nền như vải, sợi, giấy v.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 electron π không cố định như: > C = C <, > C = N -, - N = N -, - NO2, … Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận electron như: - NH2, - COOH, - SO3H, - OH,… đóng vai trò tăng cường của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ electron [6]. Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng được phân loại thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: Phân loại theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm inđizo, thuốc nhuộm phenazin, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin.
Phân loại theo đặc tính áp dụng: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [6]. Ở đây tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ hơn về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của đề tài. Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (- N = N -) phân tử thuốc nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (điazo, triazo, polyazo). Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát Ar─SO 3Na.
Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo. Trang 4 Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, bông cầm màu bằng tananh. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu.
Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp hoá học được phân bố: azo (43%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antraquinon (5%) và các loại khác. Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar – SO3Na → Ar – SO3- + Na+ Anion mang màu, thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu tơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là antraquion, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác [6].
Tình trạng và tác hại của ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm ở nước ta Hiện trạng ô nhiễm nước thải làng nghề dệt nhuộm tại Việt Nam phát sinh chính từ hoạt động làng nghề. Vì chỉ với quy mô nhỏ, công nghệ thủ công, lỗi thời, không đồng bộ, phát triển tự phát chủ yếu chịu sự chi phối của thị trường, không có hệ thống xử lý nước thải bài bản do do chi phí thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm cao, và do không có sự hiểu biết của người dân về tác hại của nước thải dệt nhuộm đến sức khỏe của chính bản thân mình và những người xung quanh. Hầu hết các thuốc nhuộm sử dụng trong ngành công nghiệp dệt may đều có độ độc tính cho môi trường sống trong nước. Mặt khác, các chất hoạt động bề mặt và các hợp chất liên quan, chẳng hạn như bột giặt, các chất nhũ hóa, các chất phân tán được sử dụng trong hầu hết các công đoạn của mỗi quy trình gia công và cũng có thể là một trong những nguồn quan trọng tạo độc tính cho môi trường nước (nước mặt, nước ngầm,…) ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh.
Cụ thể đối với con người gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, ung thư…, đối với hệ sinh thái thủy sinh có thể phá hủy hoặc ức chế khả năng sinh sống của vi sinh vật. Giới thiệu về xanh methylene Xanh methylene là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác như: tetramethylthionine chlorhydrate, Methylene blue, methylthioninium chloride, glutylene. Trang 5 Công thức phân tử: C16H18N3SCl. Công thức cấu tạo: Hình 1.
Công thức cấu tạo của xanh methylene Xanh methylene có phân tử khối là 319,85 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy là: 100 - 110°C. Khi tồn tại dưới dạng ngậm nước (C16H18N3SCl.3H2O) trong điều kiện tự nhiên, khối lượng phân tử của xanh methylene là 373,9 g/mol [5]. Xanh methylene là một chất màu thuộc họ thiozin, phân ly dưới dạng cation MB+ là C16H18N3S+ + Hình 1.
Công thức cấu tạo cation MB Xanh methylene có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào. Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh methylene Xanh methylene là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, là hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in. Xanh methylene bị hấp thụ rất mạnh bởi các loại đất khác nhau.
Trong môi trường nước, xanh methylene bị hấp thu vào vật chất lơ lửng và bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi ra ngoài Trang 6 môi trường nước ở bề mặt nước. Nếu thải xanh methylene vào trong không khí, nó sẽ tồn tại cả ở dạng hơi và bụi lơ lửng [6]. Tổng quan về cây lạc 1. Giới thiệu về cây lạc Cây lạc ( hay Đậu phộng, đậu phụng) là một loài cây thực phẩm thuộc họ Đậu có nguồn gốc tại Trung và Nam Mỹ.
Là cây công nghiệp ngắn ngày, cây lấy dầu có giá trị kinh tế cao, cây nguyên liệu quan trọng của công nghiệp chế biến. Cây lạc còn là cây trồng có vai trò cải tạo đất nhờ các vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh trên rễ. Đồng thời cũng là cây có khả năng tạo tính đa dạng hóa cho sản xuất nông nghiệp bằng các hình thức trồng thuần, trồng xen canh, trồng gối vụ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và che phủ bảo vệ đất chống xói mòn rửa trôi. Lạc là cây trồng nhiệt đới và á nhiệt đới nên có thể trồng trong phạm vi điều kiện sinh thái khá rộng.
Cây lạc phát triển thuận lợi trong khoảng nhiệt độ từ 24-33°C. Lạc là cây trồng chịu hạn song chỉ có khả năng chịu hạn ở một giai đoạn nhất định, nước là yếu tố ngoại cảnh có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, đặc biệt ở thời kỳ sinh trưởng sinh thực. Cây lạc Cây lạc được trồng phổ biến ở Việt Nam. Vỏ lạc là một sản phẩm phụ cồng kềnh của quá trình sản xuất đậu phộng nhân.
Ở các nước sản xuất đậu phộng, chúng thường bị đốt, đổ hay để tự phân huỷ. Trong mối quan tâm đến các vấn đề môi trường gần đây người ta đã quan tâm đến việc sử dụng vỏ lạc cho nhiều mục đích khác nhau: nhiên liệu, chất độn dùng cho hóa chất và phân bón, chăn nuôi gia súc, gia cầm, lót chuồng, ổn định Trang 7 đất … Vỏ lạc còn thường được sử dụng như một thành phần trong các sản phẩm như chất tẩy rửa, chất đánh bóng kim loại, thuốc tẩy, kem cạo râu, xà phòng, mỹ phẩm, sơn, dầu gội và thuốc. Vỏ lạc được sử dụng trong sản xuất nhựa, tấm ốp tường, đá mài, keo. Vỏ lạc Hình 1.
Vỏ lạc nghiền nhỏ Bảng 1. Một số thành phần hóa học của vỏ lạc Xenlulozo 65,5 – 79,3% Hemicelluloses 10,1% Carbohydrate 10,6 – 21,2 % Protein 4,8 – 7,5% Canxi 0,24 – 0,27% Phốt pho 0,08 – 0,09% Tro thô 1,9 – 4,6% Khoán sản 4,3% Thành phần chủ yếu của vỏ lạc là xenlulozơ (khoảng 70%) và carbohydrat (khoảng 15%). Các phân tử xenlulozơ là những chuỗi không phân nhánh, hợp với nhau tạo nên cấu trúc vững chắc, có cường độ co giãn cao. Tập hợp nhiều phân tử thành những vi sợi có thể sắp xếp thành mạch dọc ngang hay thẳng trong màng tế bào sơ khai.
Các phân tử xenlulozơ được cấu tạo từ vài nghìn đơn vị β-D- glulozơ nối với nhau bởi liên kết β- 1,4- glucozit. Sợi bông là xenlulozơ thiên nhiên tinh khiết nhất (90%), gỗ tùng, bách (cây lá kim) có khoảng 50% xenlulozơ, vỏ lạc chứa khoảng 70% xenlulozơ. Cấu trúc Xenlulozơ Xenlulozơ không tan trong các dung môi hữu cơ, trong dung dịch kiềm nước và trong axit vô cơ loãng. Xenlulozơ chỉ tan trong axit clohidric và axit photphoric đặc, tan trong H2SO4 và trong một số dung dịch của bazơ hữu cơ bậc 4.
Xenlulozơ dễ bị thủy phân bởi axit [1], [3]. Sử dụng các phụ phẩm và chế phẩm nông nghiệp làm VLHP. * Vỏ lạc: - Vỏ lạc được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách loại ion Cd(II) rất cao. Chỉ cần hàm lượng than hoạt tính 0,7 g/L có thể hấp phụ được dung dịch chứa ion Cd(II) nồng độ 20 mg/L.
Nếu so sánh với các loại than hoạt tính dạng viên trên thị trường thì khả năng hấp phụ của nó cao gấp 31 lần. - Một nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học khoa công nghệ môi trường trường Đại học Mersin, Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy, vỏ củ lạc, một trong những phế phẩm lớn nhất, rẻ mạt của ngành công nghệ thực phẩm, có thể sử dụng để cải tạo ruộng, lọc các nguồn nước bị nhiễm kim loại độc do các nhà máy thải ra, đặc biệt là ở các vùng đất, nguồn nước bị nhiễm ion kim loại và vỏ củ lạc có thể loại bỏ đến 95% ion đồng khỏi nước thải công nghiệp trong khi mùn cưa của cây thông chỉ loại bỏ được 44%. Cỏ thể đạt được hiệu quả cao nhất nếu nước có tính axit yếu trong khi nhiệt độ lại có ít tác động đến khả năng tách loại ion kim loại. * Vỏ đậu tương: có khả năng hấp phụ tốt đối với các ion kim loại nặng, như Cu(II), Zn(II) và các hợp chất hữu cơ.
Trong sự so sánh với một số vật liệu tự nhiên khác, vỏ đậu tương thể hiện khả năng hấp phụ cao hơn, đặc biệt đối với các ion kim loại nặng. Vỏ đậu tương sau khi được xử lý với NaOH và axit citric thì dung lượng hấp phụ cực đại đối với đồng đạt đến 1,7mmol/g (ứng với 108mg/g).