PHẨM NHUỘM BT nhóm phạm thị uyên nguyễn thị vân

Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm… Thuốc nhuộm có thành phần là các hợp chất hữu cơ bền, khó phân hủy, có màu và khi xả ra

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA HÓA HỌC

Phạm Thi Uyên Nguyễn Thị Vân

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI PHẨM NHUỘM

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học (Chương trình đào tạo: chuẩn)

Hà Nội – 2015

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường nước hiện nay là một vấn đề được toàn xã hội quan tâm.Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất chỉ được xử lý sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi trường Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con người, xiết chặt công tác quản lý môi trường thì việc tìm ra phương pháp xử lý nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức

to lớn

Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm… Thuốc nhuộm có thành phần là các hợp chất hữu cơ bền, khó phân hủy, có màu và khi xả ra ngoài mà không được xử lý sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường, do đó việc loại bỏ độc hại của các hợp chất như vậy là rất cần thiết và cấp bách bởi với nồng độ vượt quá ngưỡng cho phép thì độc tố của chúng mang tới những nguy cơ tiềm ẩn đối với sinh vật nói chung và cả con người nói riêng Bài tiểu luận này chúng tôi xin được mang tới những kiến thức hiểu biết của mình về độc tích, phơi nhiễm… của phẩm nhuộm cùng với những phương pháp loại bỏ chúng trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm

MỤC LỤC

LỜI

MỞ ĐẦU

I Giới thiệu chung

1 Khái niệm

2 Đặc điểm

3 Phân loại

II Nguồn phát thải

III Độc tính và quá trình vận chuyển

IV Các phương pháp xử lí

V Phẩm nhuộm Xanh methylen, Metyl đỏ

1 Xanh methylen

2 Metyl đỏ

VI Kết luận

Tài Liệu Tham Khảo

ĐỘNG HỌC PHẨM NHUỘM

I Giới thiệu chung:

1 Khái niệm

Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên

và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu các vật liệu như vải, giấy, nhựa, da , (bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác) Ngoài những nhóm mang màu (quinon, azo, nitro), phẩm nhuộm còn chứa các nhóm trợ màu như OH, NH2 có tác dụng làm tăng màu và tăng tính bám của phẩm vào sợi

2 Đặc điểm

Trong màu nhuộm, các chất có tính tạo màu thường ở dạng ion Khi chất màu này có điện dương (+), thì chúng có tính chất kiềm Khi chất màu có mang điện âm (-) thì chúng có tính acid Lệ thuộc vào độ pH của dung môi chất màu sẽ ở dạng ion hoặc không ở dạng ion

Trong hóa học hữu cơ các hợp chất có màu thường phân tử của nó được tạo thành từ liên kết p và liên kết d Các chất có màu có liên kết p liên hợp, phân tử của chúng có những nhóm đặc biệt có tác dụng làm mở rộng hệ liên kết kéo dài hệ liên hợp p

3 Phân loại

Căn cứ vào tính năng kĩ thuật:

- Trực tiếp: có nhóm SO3Na tan trong nước, kém bền đối với ánh sáng và giặt giũ nên phải kèm thêm chất cầm màu

- Axit: có nhóm SO3H hoặc COOH dùng nhuộm trực tiếp các tơ sợi có tính bazơ

- Bazơ: được gắn vào sợi do phẩm tạo muối với nhóm chức axit trong sợi.

- Hoàn nguyên

- Hoạt tính

- Phân tán : dạng huyền phù trong nước, có thể phân tán trên sợi

axetat, polieste

Ngoài phẩm nhuộm tổng hợp còn có phẩm nhuộm tự nhiên tách ra từ một số loài thực vật như củ nâu, chàm, v.v…

Theo cấu tạo hóa học:

- Phẩm nhuộm Acriđin: Dẫn xuất của acriđin hoặc 9-phenylacriđin, có những

nhóm thế khác nhau (OH, NH2, SH, v v ) ở vị trí 3 và 6 Phẩm nhuộm Acriđin thuộc loại phẩm nhuộm arylmetan có màu vàng và da cam Dùng để nhuộm da, giấy, gỗ, v.v

- Phẩm nhuộm Azo: Phẩm nhuộm tổng hợp mà trong phân tử có chứa một

hoặc vài nhóm mang màu azo (vd: -N = N - liên kết với các gốc thơm) Phẩm nhuộm Azo là những chất rắn, chỉ hoà tan trong nước khi trong phân

tử có chứa các nhóm SO3H, COOH -2-hoặc R4N Nhiều phẩm nhuộm Azo (đặc biệt khi không có nhóm SO3H và có nhóm NO2) là chất cháy

và dưới dạng hỗn hợp với bụi không khí dễ nổ nguy hiểm Nhờ nguyên liệu đầu phong phú, phương pháp tổng hợp đơn giản, hiệu suất cao, phẩm nhuộm Azo thuộc loại các phẩm nhuộm quan trọng nhất dùng để nhuộm vải, sợi, giấy, da, cao su, chất dẻo, v v Tuy nhiên, hiện nay phẩm nhuộm Azo

đã bị cấm sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới vì có khả năng gây ung thư mạnh

- Phẩm nhuộm hoàn nguyên: Gồm các phẩm màu inđigo, một số dẫn xuất của

antraquinon và đồng đẳng, một vài phẩm nhuộm lưu huỳnh Loại phẩm này không tan trong nước nên khi sử dụng phải khử với natri hiđrosunfit trong môi trường kiềm mạnh nhằm chuyển thành dạng hoà tan gọi là dẫn xuất lơco bám rất chắc vào sợi xenlulozơ Phẩm có nhiều màu khác nhau, rất bền đối với ánh sáng, thời tiết và giặt giũ

- Phẩm nhuộm Nitro: Phẩm nhuộm hữu cơ thuộc dãy benzen và naphatalen

có chứa ít nhất một nhóm nitro cùng với nhóm hiđroxi - OH, imino = NH, sunfo - SO3H hoặc các nhóm khác

- Phẩm nhuộm sunfua: Hỗn hợp phức tạp gồm nhiều chất mà phân tử có

chứa các phần dị vòng, vòng thơm và vòng quinoit; các phần này được liên kết với nhau bằng các nhóm đisunfua, sunfoxit hoặc các nhóm cầu nối khác Phẩm nhuộm Sunfua không tan trong nước, nhưng nếu khử bằng dung dịch Na2S trong nước thì phẩm nhuộm chuyển thành dạng lơco tan được (chủ yếu là do khử các nhóm cầu nối SS thành nhóm SNa) và bám chắc vào

vải bông Sau khi bị oxi hoá bởi không khí trên thớ sợi, phẩm nhuộm lại chuyển thành dạng không tan

- Phẩm đen anilin: Phẩm đen được tạo ra do sự oxi hoá anilin và các đồng

đẳng của nó Dùng làm phẩm nhuộm cho vải, da, gỗ ; làm mực viết, xi đánh giày v.v

II Nguồn phát thải

Nguồn phát thải các phẩm nhuộm ra môi trường phần lớn chủ yếu là ở nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm

Các loại phẩm nhuộm đã có từ lâu đời và ngày càng được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm do có đặc điểm là dễ sử dụng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng về màu sắc so với màu sắc tự nhiên Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ , muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao

do lượng kiềm trong nước thải lớn

Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn nước Trong những năm gần đây, mặc dù lĩnh vực bảo về môi trường đã và đang được nhà nước đặc biệt quan tâm, song một số công ty, nhà máy và hầu hết các làng nghề sản xuất dệt nhuộm thủ công vẫn xả thải trực tiếp nguồn nước thải sản xuất chưa qua xử lý ra các con sông, hồ, kênh, rạch… gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống và sức khỏe của người dân Do đó, việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nước nước, nếu nhưng không được qua xử lý kĩ càng mà xả ra môi trường thì sẽ mang lại hậu quả nghiêm trọng đặc biệt đối với sự sinh trưởng và phát triển của các sinh vật môi trường nước và đối với sức khỏe của con người

Tại một số làng nghề như Vạn Phúc, Dương Nội (Hà Đông), độ màu đo được là 750 Pt-Co, cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hóa chất độc hại gây ô nhiễm các con sông, ao hồ, tiêu tiệt các loài thủy sinh, gây tác động sấu tới sản xuất, sinh hoạt của con người Các vấn đề về sự ô nhiễm môi trường dưới sự tác động của ngành công nghiệp tẩy

nhuộm đã gia tăng trong nhiều năm qua Các quá trình tẩy nhuộm có tỷ lệ mất mát chất tẩy nhuộm lên đến 50% Nguyên nhân của việc mất mát chất tẩy, nhuộm là

do các chất này không bám dính hết vào sợi vải, số phẩm nhuộm này sẽ đi theo đường nước thải ra ngoài Việc thu hồi các chất thất thoát chỉ đạt khoảng 75% Vì vậy việc xử lý nước thải dệt nhuộm là vấn đề cấp thiết cần được giải quyết nếu như muốn duy trì phát triển lâu dài ngành dệt nhuộm

Hình 1

III Độc tính và quá trình vận chuyển

Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm tới nguồn tiếp nhận có thể tóm tắt như sau:

- Độ kiềm cao làm tăng độ pH của nước Nếu pH >9 sẽ gây độc hại với các loài thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải

- Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng chất rắn TS Lượng thải lớn gây tác hại đối với các loài thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng tới 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 thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nước

- Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan

- Các chất độc như sunfit, kim loại nặng, 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 hay ung thư 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 tới sự sống của các loài thủy sinh

Hiện nay, phẩm azo là một hợp được sử dụng nhiều nhất trong dệt nhuộm, dẫn tới số lượng lớn của các thuốc nhuộm được xả ra sông, suối gây ôi nhiễm môi trường nước Một số các hợp chất có thể tích tụ thành các chuỗi thức ăn và cuối cùng đạt nhiễm vào cơ thể con người thông qua ăn uống Hệ sinh vật đường ruột cho tới các men gan sẽ phân cắt thuốc nhuộm azo thành các amin thơm Sự bổ xung chuyển háo chúng thành các hợp chất trực tiếp gây đột biến

Hợp chất azo sau khi bị tách và khử sẽ biến thành các amin thơm- đây chính là một trong những cơ chế dẫn đến genotoxicity (các tác nhân phản ứng với DNA) gây nên ung thư của thuốc nhuộm azo Các amin thơm được hình thành do quá trình oxi hóa N xúc tác bơi cytochrome P450 isozymes trong cơ thể sinh vật N-hydroxylarylamines được hình thành có thể được glucuronated thêm (kích hoạt) hoặc cũng có thể bị acetyl là cho bất hoạt điều đó gây nên khả băng đột biến Trong môi trường axit, chúng tạo thành các ion nitrenium phản ứng có thể alkylate bazơ trong AND, đặc biệt là các ở nhân trung tâm của guanine (một trong năm loại nucleobase chính có trong các nucleic acid) cơ chế này cho thấy cần nghiên cứu và

đánh giá khả năng gây ung thư bởi thuốc nhuộm azo Tuy nhiên không phải tất cả

thuốc nhuộm azo đều là genotoxic, chỉ những thuốc nhuộm có chứa một trong hai phenylenediamine hoặc benziđin trong phân tử mới gây đột biến.Vì vậy, phenylenediamine và benziđin là các gốc thuốc gây đột biến chủ yếu của thuốc nhuộm azo gây ung thư Nhiều nhóm chức năng (tức là NO2, CH3 và NH2) trong

các phân tử của các chất amin có ảnh hưởng genotoxicities của chúng

Một số thí nghiệm tiến hành ở động vật đã cho thấy tới thuốc nhuộm azo gây nên ảnh hưởng tới gan, bàng quang và ruột, hiệu ứng cụ thể ở người thì vẫn chưa được xác định Ngoài ra đối với mắt: hợp chất azo không được cho là một chất kích thích nhưng khi tiếp xúc trực tiếp với mắt có thể gây ra sự khó chịu thoáng qua đặc trưng bởi xé hoặcỏ kết mạc

IV Các phương pháp xử lí phẩm nhuộm

Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm có thể được thực hiện trong quá trình sản xuất như:

- Giảm nhu cầu sử dụng nước bằng thường xuyên kiểm tra hệ thống nước cấp,

tránh rò rỉ nước Sử dụng môđun đẩy, nhuộm, giặt hợp lý Tự động và tối ưu

hóa quá trình giặt như giặt ngược chiều Tuần hoàn, sử dụng lại các dòng nước giặt ít ô nhiễm và nước làm nguội

- Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thuốc nhuộm và giảm

được ô nhiễm môi trường

- Giảm các chất gây ô nhiễm môi trường trong quá trình tẩy như: NaOCl,

NaClO2

- Giảm ô nhiễm kiềm trong nước thải từ công đoạn làm bóng.

- Tái sử dụng nước sau khi xử lý sơ bộ ở một số giai đoạn sản xuất nếu thấy

có thể được

- Tiết kiệm sử dụng hóa chất trong sản xuất hoặc thay thế những hóa chất độc

hại bằng những hóa chất ít độc hại

Việc làm giảm khối lượng và tính chất độc hại là điều cần phải tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế nhà máy Ngay sau khi đã áp dụng tất cả mọi biện pháp để giảm thiểu ô nhiễm, ta sẽ chọn phương pháp thích hợp để xử lý nước thải dệt, nhuộm

- Xử lý sơ bộ:

+ Song-lưới chắn: Trong nước thải có mặt nhiều xơ sợi, vì vậy yêu cầu đặt một lưới chắn mịn ở song chắn rác thông thường Trong trường hợp có lượng lớn váng trắng thì cần phải loại bỏ dầu

+ Đồng nhất hóa (hay là bể điều hòa và trộn lẫn): Bắt buộc phải có một bể đệm với thể tích tương đương 6-12h lưu nước trong bể với lưu lượng xử lí trung bình và cho phép mở rộng tới 24h hoặc 16h (hai trạm) Ở các bể loại này thường dùng thổi không khí để khuấy trộn

+ Trung hoà: Sau khi trộn đều đồng nhất, pH của nước thải có trị số từ 9-10

Do vậy, cần phải tiến hành trung hòa bằng acid Sulfuric

- Phương pháp hóa lý:

+ Đông keo tụ: Đây là phương pháp rất thích hợp áp dụng cho xử lý nước thải dệt nhuộm Quá trình đông keo tụ có thể làm giảm đáng kể hàm lượng các chất ô nhiễm như COD, BOD5, kim loại nặng và đặc biệt là độ màu Trong phương pháp này người ta hay sử dụng các loại phèn nhôm hay phèn sắt, có thể kết hợp thêm sữa vôi Về nguyên lý thì khi đưa các chất trên vào nước sẽ tạo thành các hydroxit không tan Trong quá trình lắng xuống các chất màu và các chất khó phân huỷ sinh học sẽ bị hấp phụ vào các bông keo này và cùng lắng xuống tạo thành bùn Đôi khi để tăng quá trình tạo bông và trợ lắng người ta bổ sung các chất trợ tạo bông như các polyme hữu cơ

- Phương pháp sinh học:

Quá trình xử lý sinh học có khả năng làm giảm BOD, COD, TS nhg chất

có khả năng phân huỷ sinh học nhưng nó là phương pháp ít hiệu quả để khử màu do đó phải tiến hành khử màu trước khi dưa vào xử lý sinh học Muốn dụng hệ thống xử lý sinh học thì bắt buộc phải trung hoà dòng thải, khử các chất gây độc, giảm tỷ lệ các chất khó bị phân huỷ sinh học cũng như bổ sung các chất dinh dưõng cần thiết (từ nước thải sinh hoạt )

V Phẩm nhuộm Xanh methylen, Metyl đỏ

1 Xanh methylen

1.1 Cấu tạo:

- Xanh methylen một hợp chất dị vòng thơm

- Công thức hóa học: C16H18N3SCl

- Tên gọi khác nhau như: tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthionium chloride

1.2 Tính chất, ứng dụng

Dạng tồn tại: bột sáng bóng màu xanh đậm hoặc tinh thể màu nâu sẫm ánh đồng

Xanh metylen không mùi, ổn định trong không khí, hòa tan trong nước màu xanhthẫm, tan trong ethanol, chloroform và không tan trong ether và benzene

Đổi màu: trong môi trường axit có màu xanh lục, trong môi trường bazo có màu xanh thẫm (pH=9,1-14)

Giải thích: Trong môi trường acid thì đôi điện tử trên N sẽ nhận proton H+  dẫn đến hiện tượng cộng hưởng với vòng benzen bị mất , làm cho bước sóng bị xuống thấp  từ màu xanh thành màu xanh lục, khi cho base vào thì OH- sẽ deproton dẫn đến hình thành màu ban đầu (màu xanh) Đây là 1 quá trình thuận nghịch

Có thể tạo ra muối đôi với hầu hết các muối vô cơ

Thuốc nhuộm xanh methylen là một chất được sử dụng rất thông dụng trong

kỹ thuật nhuộm, làm chất chỉ thị và thuốc trong y học

1.3 Độc tính

Do tính tan cao, rất khó loại bỏ vì nó ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây oxy hoá, khó phân hủy  cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời gây tác hại cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh, làm tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải

Xanh metylen hấp thụ rất mạnh bởi các chất khác nhau Trong môi trường nước,

nó bị hấp thu vào các chất lơ lửng và bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi ra ngoài môi trường nước ở bề mặt nước Nếu thải ra không khí, nó tồn tại dạng hơi