- PHÙNG THỊ HOÀI ANH TỔNG HỢP THAN HOẠT TÍNH VÀ NANO ZnO/THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU VÀ ỨNG DỤNG CHO VIỆC LOẠI BỎ CHẤT MÀU TRONG NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. - Tổng quan về nƣớc thải công nghiệp và nƣớc thải chứa thuốc nhuộm tổng hợp. - Tổng quan về nước thải chứa thuốc nhuộm tổng hợp. - Phân loại thuốc nhuộm. - Tác hại của nước thải công nghiệp và chứa thuốc nhuộm công nghiệp. - Tổng quan về các phƣơng pháp xử lí chất màu từ nƣớc thải. - PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. - 31 Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh IV GVHD: TS. - Phƣơng pháp thực nghiệm. - Phƣơng pháp nghiên cứu. - Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý chất màu của các vật liệu. - 64 Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh V GVHD: TS. - Cấu trúc một số loại thuốc nhuộm cụ thể. - 59 Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh VII GVHD: TS. - Một số ứng dụng của thuốc nhuộm trong công nghiệp. - Sơ đồ xử lý chất màu. - 62 Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 1 GVHD: TS. - Nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ đƣợc coi là các chất gây ô nhiễm nhƣ kim loại nặng, chất hoạt động bề mặt, xianua, phenolic, thuốc nhuộm tổng hợp, vv. - Trong số đó, thuốc nhuộm tổng hợp là chất gây ô nhiễm điển hình trong nƣớc thải. - Thuốc nhuộm tổng hợp đƣợc sản xuất rộng rãi trong thế kỷ 21 nhờ các tính chất độc đáo của chúng nhƣ độ bền màu ƣớt cao, màu sắc rực rỡ, chi phí thấp và các phƣơng pháp tổng hợp đơn giản. - Chúng đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ tiên tiến, trong các ngành dệt, giấy, da thuộc thuộc da, chế biến thực phẩm, nhựa, mỹ phẩm, cao su, in ấn và các ngành công nghiệp sản xuất thuốc nhuộm để cung cấp màu sắc cho sản phẩm [1]. - Hiện nay, hơn 100.000 loại thuốc nhuộm thƣơng mại đƣợc biết đến với sản lƣợng hàng năm là trên 700.000 tấn. - Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về các phƣơng pháp loại bỏ chất màu trong nƣớc thải công nghiệp. - Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 4 GVHD: TS. - Tổng quan về nƣớc thải công nghiệp và nƣớc thải chứa thuốc nhuộm tổng hợp 1.1.1. - Trong tổng số 183 khu công nghiệp trong cả nƣớc, có trên 60% khu công nghiệp chƣa có hệ thống xử lý nƣớc thải tập trung. - Nguyên nhân chính là hầu hết lƣợng nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý đều đổ thẳng ra sông, hồ, biển. - Có tới 70% lƣợng nƣớc thải từ công nghiệp và sinh hoạt chƣa qua xử lý hoặc xử lý chƣa đạt yêu cầu xả ra môi trƣờng. - Bên cạnh đó, các thành phần khác trong nƣớc thải công nghiệp tuy không phải là nguy hiểm nhƣng nếu quá nhiều và không đƣợc xử lý đúng cách cũng là mối đe dọa lớn đối với nguồn nƣớc và môi trƣờng. - Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 5 GVHD: TS. - Công nghiệp vật liệu. - Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 6 GVHD: TS. - Trong nghiên cứu này chúng tôi đề cập tới nƣớc thải của các ngành sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp nhƣ: in ấn, dệt nhuộm, công nghiệp giấy, thực phẩm, mỹ phẩm,…và tiêu biểu nhất là công nghiệp dệt nhuộm. - Tổng quan về nước thải chứa thuốc nhuộm tổng hợp Nhƣ chúng ta biết thuốc nhuộm đƣợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và các lĩnh vực khác nhau của đời sống. - Hình 1.1 cho thấy một số ứng dụng của thuốc nhuộm tổng hợp trong công nghiệp và đời sống: công nghiệp dệt may, công nghiệp giấy, công nghiệp in ấn, chất màu cho công nghiệp cao su silicon, chất màu cho thực phẩm, mỹ phẩm, y tế… Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 7 GVHD: TS. - Một trong các ngành sử dụng thuốc nhuộm nhiều nhất không thể nói đến là ngành công nghiệp may mặc và dệt nhuộm. - Hầu hết lƣợng nƣớc thải độc hại đó lại không đƣợc xử lý hoặc xử lý không triệt để đã xả ra môi trƣờng. - Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 8 GVHD: TS. - Nƣớc thải thuốc nhuộm tổng hợp chứa nhiều chất gây ô nhiễm nhƣ chất tẩy rửa, xà phòng, dầu chất béo, sunfua, soda, chất hoạt động bề mặt, kim loại nặng, hoá chất điều chỉnh độ pH,… [3, 4]. - Vì vậy, xét về tác động môi trƣờng, các ngành công nghiệp liên quan đến thuốc nhuộm tổng hợp đƣợc xem là sử dụng nhiều nƣớc hơn các ngành công nghiệp khác và tất cả nƣớc thải đều bị ô nhiễm rất cao. - Dữ liệu chính xác về lƣợng thuốc nhuộm thải ra trong các quá trình khác nhau trong môi trƣờng là không có sẵn. - Tuy nhiên, ngƣời ta ƣớc tính có khoảng 10-15% thuốc nhuộm bị lãng phí vào môi trƣờng sau khi hoàn thành các khâu nhuộm sản phẩm [5]. - Nƣớc thải thuốc nhuộm có độ kiềm khá cao, cƣờng độ màu, hàm lƣợng chất màu và tổng chất rắn lớn. - Phân loại thuốc nhuộm Tùy theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng mà ngƣời ta phân loại thuốc nhuộm thành các nhóm, họ, loại, lớp khác nhau. - Có thể phân loại thuốc nhuộm nhƣ sau[6. - Thuốc nhuộm trực tiếp: loại thuốc nhuộm này tự bắt màu trực tiếp với xơ sợi không cần qua giai đoạn gia công trung gian, thƣờng dùng để nhuộm trực tiếp cho sợi 100% cotton, xơ protein (tơ tằm) và xơ poliamit. - Thuốc nhuộm trực tiếp hầu hết là loại anion, là muối natri của các axit sunfonic hay axit cacboxilic hữu cơ của các hợp chất có hệ mang màu chứa nhóm azo (-N = N-) kiểu monoazo, diazo và đa số là poliazo. - Thuốc nhuộm trực tiếp dễ hoà tan trong nƣớc do có chứa nhiều nhóm tan (-SO3Na , -COONa). - Ngoài ra trong thuốc nhuộm chứa nhóm triazin làm tăng khả năng bắt màu của thuốc nhuộm vào vật liệu và nhóm xalixilic có thể tạo phức với các ion kim loại nặng để tăng thêm độ màu. - Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Thuốc nhuộm hoàn nguyên đƣợc dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi bông và lụa vicose. - Thuốc nhuộm hoàn nguyên gồm hai loại chính: nhóm đa vòng (có chứa nhân antraquinon và các dẫn xuất) và nhóm indigoit (có chứa nhân indigo), trong phân tử của chúng đều chứa các nhóm cacbonyl (C=O) nên công thức tổng quát là R=C=O. - Tất cả các thuốc nhuộm hoàn nguyên đều không hoà tan trong nƣớc và trong kiềm. - Thuốc nhuộm phân tán: là những chất màu không tan trong nƣớc, đƣợc sản xuất ở dạng hạt phân tán cao thể keo nên có thể phân bố đều trong nƣớc kiểu dung dịch huyền phù, đồng thời có khả năng chịu ẩm cao, có cấu tạo phân tử từ gốc azo. - N=N-) và antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thế (-NH2, -NHR, -NR2, -NH-CH2-OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán trong nƣớc. - Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Trong phân tử của chúng có chứa cầu disunfua (-S-S-) và nhiều nguyên tử lƣu huỳnh. - Nguyên tử lƣu huỳnh nằm trong phân tử thuốc nhuộm dƣới dạng sau: -S, -SH, -S-S-, -SO- nhiều khi nó nằm trong các dị vòng nhƣ tiazol, tiazin, tiantren, azin. - Thuốc nhuộm axit: là các loại muối sunfonat natri của các hợp chất hữu cơ khác nhau, đƣợc coi nhƣ là muối của axit hữu cơ mạnh và một bazơ mạnh, có công thức tổng quát R-SO3Na, nên khi nó hoà tan trong nƣớc chúng có phản ứng trung tính và phân li triệt để thành anion mang màu (RSO-3) và cation không mang màu. - Đồng thời chúng là những thuốc nhuộm thuộc nhóm mono và diazo, hydroxyl và aminnosunfo axit antraquinon, triaryl metan. - Trong phân tử thuốc nhuộm chứa Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 10 GVHD: TS. - Độ tận trích của thuốc nhuộm này từ 80 - 90%, phần còn lại đi vào nƣớc thải làm cho nƣớc thải có chứa các ion kim loại nặng nhƣ Cr, Co, Cu [7. - Thuốc in, nhuộm pigment: là những thuốc nhuộm có gốc thuốc nhuộm nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaloxianin, dẫn xuất của antraquinon, chúng không tan trong nƣớc, có màu bền, đƣợc nghiền nhỏ đến dạng bột mịn, pha chế với các phụ liệu khác dùng để in hoa trên vải theo phƣơng pháp in pigment và dùng để nhuộm xơ hoá học ở dạng khối. - Thuốc nhuộm hoạt tính: là loại thuốc nhuộm anion, có phần mang màu có thể là từ thuốc nhuộm azo, antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxianin nhƣng chứa một vài nguyên tử hoạt tính có độ hoà tan trong nƣớc cao và khả năng chịu ẩm tốt. - Công thức tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính là S - F - T - X, trong đó: S là nhóm cho thuốc nhuộm có tính tan, thƣờng là -SO3Na. - F là phần mang mầu của phân tử thuốc nhuộm nó quyết định mầu của thuốc nhuộm. - X là nhóm phản ứng và nhóm này rất khác nhau, có thể là nhóm halogen hữu cơ hoặc nhóm nguyên tử chƣa no và trong một phân tử thuốc nhuộm có thể chứa một hoặc hai ba nhóm phản ứng. - Thuốc nhuộm hoạt tính dùng để nhuộm các loại xơ xenlulo, poliamit, len, tơ tằm. - Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tƣơng đối cao, khoảng 30% và do chứa gốc halogen hữu cơ nên làm tăng tải lƣợng độc hại AOX (Absorbable Organic Chlorinated Compounds) trong nƣớc thải. - Nƣớc thải có muối rất có hại cho thuỷ sinh và cản trở việc xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học. - Các loại thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 11 GVHD: TS. - Trong khi đó, thuốc nhuộm hoạt tính là loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng nhiều nhất hiện nay nhƣng khác với các loại thuốc nhuộm khác, hiệu quả xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong các hệ thống xử lý nƣớc thải dệt nhuộm rất thấp [8]. - Hai loại thuốc nhuộm phổ biến nhất hiện nay là thuốc nhuộm azo (khoảng 70%) và anthraquinone (khoảng 15%) [9]. - Thuốc nhuộm Cấu trúc Ví dụ Azo N=N Anthraquinone Indigoid Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 12 GVHD: TS. - Tác hại của nước thải công nghiệp và chứa thuốc nhuộm công nghiệp Nƣớc ô nhiễm ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ động thực vật. - Các công nghệ sản xuất sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau nên thành phần ô nhiễm của nƣớc thải chứa thuốc nhuộm khá phức tạp và do đó gây ra rất nhiều tác hại khác nhau. - Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 13 GVHD: TS. - Vũ Anh Tuấn Thuốc nhuộm có cƣờng độ sáng, màu sắc và có thể nhìn thấy ngay cả ở nồng độ rất nhỏ (thấp đến 1 ppm). - Để đánh giá các nguy cơ gây ra bởi các thuốc nhuộm đối với sức khoẻ con ngƣời và thủy sinh, nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện [10]. - Các kết quả đã chỉ ra, sự hiện diện của thuốc nhuộm trong hệ sinh thái thủy sinh không chỉ gây khó chịu về mặt thẩm mỹ mà còn dẫn đến giảm sự xâm nhập của ánh sáng mặt trời. - Hơn nữa, nó đƣợc coi là độc đối với da nhƣ kích ứng, nhạy cảm, chàm và các vấn đề khác do tiếp xúc nhiều với thuốc nhuộm. - Hầu hết các thuốc nhuộm khó phân huỷ do cấu trúc phức tạp và nguồn gốc tổng hợp [12]. - Thuốc nhuộm hoạt tính có tính ổn định về mặt hóa học và có khả năng phân huỷ sinh học ít có thể đi qua các nhà máy xử lý thông thƣờng không đƣợc điều trị. - Vì vậy, nhiều phƣơng pháp đã đƣợc phát triển để xử lý hiệu quả thuốc nhuộm từ nƣớc thải trƣớc khi thải ra môi trƣờng đến nay. - Tổng quan về các phƣơng pháp xử lí chất màu từ nƣớc thải Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp để xử lý chất thải thuốc nhuộm từ các ngành công nghiệp khác nhau, tùy vào thành phần nƣớc thải ngƣời ta lựa chọn công nghệ thích hợp. - Trên thực tế mỗi công nghệ xử lý nƣớc thải thƣờng kết hợp nhiều phƣơng pháp khác nhau. - Có thể kể đến một số phƣơng pháp xử lý phổ biến nhƣ sau: Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 14 GVHD: TS. - Phƣơng pháp hấp phụ rất hiệu quả trong việc hấp phụ các thuốc nhuộm cation, chất cầm màu, thuốc nhuộm axit. - Với thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm phân tán phƣơng pháp này thể hiện kém hiệu quả hơn. - Việc tính toán lƣợng than hoạt tính để xử lý nƣớc thải màu cũng rất khác nhau. - Hiện nay, quy trình tách màng thƣờng đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc thải nhuộm chủ yếu dựa trên các quá trình điều khiển áp lực, có khả năng làm rõ, tập trung và quan trọng nhất là tách riêng thuốc nhuộm không liên tục từ nƣớc thải. - Phương pháp đông keo tụ Đây là một trong những phƣơng pháp truyền thống để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm. - Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng để khử màu của nƣớc thải và hiệu suất khử màu cao đối với thuốc nhuộm phân tán [6]. - Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là lƣợng bùn lớn, chi phí hóa chất để điều chỉnh pH lớn và hiệu quả xử lý không cao đối với các loại thuốc nhuộm có độ hòa tan lớn. - Phương pháp sinh học Các phƣơng pháp sinh học thƣờng đƣợc sử dụng để xử lí thuốc nhuộm từ nƣớc thải. - có thể đƣợc sử dụng cho việc khoáng hoá các thuốc nhuộm khác nhau trong điều kiện môi trƣờng nhất định. - Một phƣơng pháp hiếu khí sử dụng các vi khuẩn để xử lý nƣớc thải nhuộm trong sự hiện diện của oxy trong khi các phƣơng pháp kị khí sử dụng các vi khuẩn để xử ý thuốc nhuộm khi không có oxy [4]. - Trong đó, phƣơng pháp kị khí đƣợc thực hiện sau khi xử lý hiếu khí thƣờng đƣợc Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 16 GVHD: TS. - Vũ Anh Tuấn đề nghị để xử lý nƣớc thải nhuộm. - Mặc dù, các phƣơng pháp sinh học có thể loại bỏ một lƣợng lớn thuốc nhuộm nhƣng nhƣợc điểm chính của nó là thiếu mềm dẻo trong thiết kế và vận hành, quá trình xử lý diễn ra chậm với vùng diện tích xử lí lớn hơn, thời gian ủ kéo dài, giảm khả năng xử lí và dễ bị ảnh hƣởng bởi rung động. - Phương pháp oxi hóa ٭ Quá trình oxi hóa tiên tiến Do thuốc nhuộm có cấu trúc hóa học bền nên để khử màu nƣớc thải dệt nhuộm bằng phƣơng pháp oxi hóa cần phải dùng các chất oxi hóa mạnh. - Các chất oxi hóa hay đƣợc sử dụng để khử màu thuốc nhuộm nhƣ clo, các hợp chất clo, các hợp chất của oxi nhƣ: Cl2, ClO2, KMnO4, H2O2, O3,… Một trong các phƣơng pháp oxi hóa gây chú ý hiện nay là các quá trình oxi hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes - AOPs) dựa trên sự tạo thành các gốc tự do, đại diện là gốc hydroxyl OH•. - Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là cần dùng lƣợng hóa chất lớn, chi phí Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa học Phùng Thị Hoài Anh 17 GVHD: TS
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt