Luận văn tốt nghiệp xử lí nước thải

Trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại được sử dụng để sản xuất tạo màu như là phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất ô

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin cảm ơn cô giáo - Tiến Sĩ Hồ Phương Hiền, giảng viên tổ bộ môn Công nghệ - Môi trường - Khoa Hóa học - trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã định hướng và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo tổ bộ môn Công nghệ - Môi trường cũng như các thầy cô giáo khác của khoa Hóa học- trường Đại học Sư phạm

Hà Nội đã truyền dạy những kiến thức cần thiết cho em trong suốt quá trình học, đồng thời và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành khóa luận này

Trong phạm vi hạn chế của một khóa luận tốt nghiệp, những kết quả thu được

là rất ít và quá trình làm việc khó tránh khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ thầy cô và các bạn để bài luận văn này được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 3 tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Thị Hồng Nguyệt

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài 1

2 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

Chương I: TỔNG QUAN 3

I.1 Tổng quan về nước thải dệt nhuộm 3

I.1.1.Quy trình công nghệ dệt nhuộm 3

I.1.1.1.Quy trình kéo sợi, dệt vải 3

I.1.1.2 Quy trình xử lí vải 3

I.1.1.3.Quy trình nhuộm và hoàn tất vải 3

I.1.2 Các loại thuốc nhuộm trong sản xuất dệt nhuộm 4

I.1.2.1.Sơ lược về thuốc nhuộm 4

I.1.2.2 Các loại thuốc nhuộm trong sản xuất dệt nhuộm 4

I.1.3 Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường 9

I.1.3.1 Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm 9

I.1.3.2.Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường 11

I.2 Các phương pháp hóa học xử lí nước thải dệt nhuộm 13

I.2.1.Phương pháp hấp phụ 13

I.2.2.Phương pháp keo tụ tạo bông 13

I.2.3.Phương pháp tuyển nổi 14

I.2.4.Phương pháp oxi hóa nâng cao 14

I.2.5 Phương pháp sinh học 15

I.3 Quy trình xử lí nước thải dệt nhuôm bằngsắt kim loại và muối kali pesunfat 16

I.3.1.Sơ lược về tính chất của sắt kim loại và muối pesunfat 16

I.4 Sử dụng phương pháp trắc quang trong định lượng hóa học 20

I.4.1.Phương pháp so sánh 20

I.4.2.Phương pháp thêm chuẩn 20

I.4.3 Phương pháp đường chuẩn 21

Chương 2: THỰC NGHIỆM 22

II.1 Quy trình thực nghiệm 22

II.2 Hóa chất và dụng cụ 22

II.2.1 Hóa chất 22

II.2.2.Dụng cụ 23

II.3.1 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng COD 23

II.3.1.1 Nguyên tắc xác định 23

II.3.1.2.Chuẩn bị các dung dịch thuốc thử 24

II.3.1.3 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng COD 24

II.3.1.4 Xác định COD ở mẫu nước thải dệt nhuộm: 24

II.3.2.Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng metyl da cam ở pH=3 25

II.3.3.Xây đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC ở pH= 5.3 25

II.4 Khảo sát các điều kiện tối ưu của quá trình xử lí metyl DC bằng sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat 26

II.4.1.Khảo sát hàm lượng sắt 26

II.4.2.Khảo sát nồng độ kali pesunfat 27

II.4.3.Khảo sát pH 28

II.4.4.Khảo sát thời gian 28

II.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của khuấy trộn 28

II.5 Áp dụng quy trình xử lí bằng sắt kim loại kết hợp pesunfat để xử lí mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc- Hà Đông- Hà Nội 28

II.5.1 Mô tả mẫu 29

II.5.2.Xử lí mẫu 29

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

III.1 Xây dựng đường chuẩn xác định COD 31

III.2 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC 32

III.2.1.Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC ở pH=3 32

III.2.1.1 Khảo sát bước sónghấp thụ tối ưu của dung dịch metyl DC tại pH=3 32

III.2.1.2 Đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC ở pH=3 32

III.2.2 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC ở pH=5,3 34

III.2.2.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ tối ưu của dung dịch metyl DC tại pH=5,3 34

III.2.2.2 Đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC ở pH=5,3 34

III.3 Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu của quá trình xử lí metyl DC bằng sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat 35

III.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sắt 35

III.3.2.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kali pesunfat 38

III.3.3.Khảo sát pH 40

III.3.4 Khảo sát thời gian phản ứng 42

III.3.5 Khảo sát sảnh hưởng của khuấy trộn 44

III.4 Tổng hợp các điều kiện thực nghiệm tối ưu của quá trình xử lí metyl DC bằng sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat K 2 S 2 O 8 46

III.5 Áp dụng quy trình xử lí bằng hệ sắt kim loại và muối pesunfat để xử lí mẫu nước thải dệt nhuộm của làng Vạn Phúc- Hà Đông- Hà Nội 46

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH MỤC HÌNH

Hình III.1: Đường chuẩn xác định hàm lượng COD 31

Hình III.2: Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch metyl DC 8mg/l, pH=3 32

Hình III.3: Đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC ở pH=3 33

Hình III.4: Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch metyl DC 8mg/l, pH=5,3 34

Hình III.5: Đường chuẩn xác định hàm lượng metyl DC ở pH=5,3 35

Hình III.6: Ảnh hưởng của hàm lượng sắt đến quá trình xử lí dung dịch metyl DC 37

Hình III.7: Ảnh hưởng của nồng độ K2S2O8 đến quá trình xử lí dung dịch metyl DC 39 Hình III.8: Ảnh hưởng của pH tới quá trình xử lí metyl DC bằng sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat 41

Hình III.9: Khảo sát theo thời gian quá trình xử lí metyl DC 43

Hình III.10: Khảo sát sự ảnh hưởng của sự khuấy trộn đến quá trình xử lí metyl bằng sắt kim loại kết hợp với kali pesunfat 45

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng I 1: Cách lựa chọn sử dụng thuốc nhuộm phù hợp với nguyên liệu vải sợi 9

Bảng I 2: Lượng nước thải tính cho một đơn vị sản phẩm của một số mặt hàng 10

Bảng I 3: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải của ngành dệt nhuộm 10

Bảng I 4: Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm đến môi sinh 12

Bảng II 1: Bảng thể tích các dung dịch để xây dựng dường chuẩn COD 24

Bảng II 2: Các thể tích ddo cần lấy đểchuẩn bị dd1÷ dd6 25

Bảng II 3: Các thể tích ddo* cần lấy để chuẩn bị dd1÷ dd6 26

Bảng II 4: Bảng thể tích và khối lượng các chất cần lấy để khảo sát hàm lượng sắt 26

Bảng II 5: Bảng thể tích và khối lượng các chất cần lấy 27

Bảng II 6: Thể tích các dung dịch thuốc thử và nước thảicho quá trình xử lí nước thải bằng sắt kim loại và muối kali pesunfat 29

Bảng III 1: Các giá trị COD với giá trị mật độ quang tương ứng 31

Bảng III 2: Nồng độ metyl da cam với các giá trị mật độ quang tương ứng, pH=3 33

Bảng III 3: Nồng độ metyl da cam với các giá trị mật độ quang tương ứng, pH=5,3 34

Bảng III 4: Mật độ quang của dung dịch sau các khoảng thời gian xử lí 36

Bảng III 5: Nồng độ metyl DC còn lại sau các khoảng thời gian xử lí với hàm lượng Fe khác nhau 36

Bảng III 6: Mật độ quang của dung dịch sau các khoảng thời gian xử lí với nồng độ K2S2O8 khác nhau 38

Bảng III 7: Nồng độ metyl DC còn lại sau các khoảng thời gian xử lí 38

Bảng III 8: Giá trịmật độ quang và nồng độ metyl DC còn lại sau các khoảng

thời gian xử lí ở pH=3 40

Bảng III 9: Giá trị mật độ quang và nồng độ metyl DC còn lại sau các khoảng thời gian xử lí ở pH=7 40

Bảng III 10: Bảng kết đo quang và nồng độ MD qua các thời gian ở pH=10 41

Bảng III 11: Khảo sát sự giảm nồng độ metyl da cam theo thời gian xử lí bằng

sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat, pH=3 43

Bảng III 12: So sánh giá trị mật độ quang thu được của hai quá trình xử lí có

khuấy trộn và không khấy trộn 44

Bảng III 13: So sánh nồng độ metyl DC còn lại của hai quá trình xử lí có khuấy

trộn và không khấy trộn 45

Bảng III 14: Mật độ quang và giá trị COD của mẫu nước thải dệt nhuộm

trước và sau khi xử lí 47

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

Ở nước ta hiện nay ngành công nghiệp may mặc và dệt nhuộm đi đầu trong phát triển kinh tế, tạo điều kiện công ăn việc làm cho công nhân lao động, thúc đẩy GDP tăng Song cùng với sự phát triển ấy là các phát sinh trong quá trình sản xuất

mà tiêu biểu đến là nước thải Ngành dệt nhuộm sử dụng một lượng nước lớn để sản xuất và đồng thời thải ra một lượng nước thải đáng kể cho môi trường

Nước thải ngành dệt nhuộm là một trong những loại nước thải ô nhiễm nặng, hàm lượng các chất hữu cơ cao, khó phân hủy, pH dao động từ 9÷12 do thành phần các chất tẩy rửa Trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại được

sử dụng để sản xuất tạo màu như là phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện

ly, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất ôxy hoá….Các chất này thường có chứa các ion kim loại hòa tan, hay kim loại nặng rất khó phân hủy trong môi trường, có thể gây ô nhiễm môi trường trầm trọng trong thời gian dài Nếu chưa được xử lý và

xử lý chưa đạt QCVN mà thải ra ngoài thì các hóa chất này có thể giết chết vi sinh vật xung quanh, làm chết cá và các loại động vật sống dưới nước, các chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm và bên cạnh đó còn ảnh hưởng đến đời sống của con người Ngoài ra, nước thải dệt nhuộm thường có độ màu rất lớn, thay đổi thường xuyên tùy loại thuốc nhuộm nên cần phải được xử lý triệt để trước khi thải ra, tránh gây ô nhiễm môi trường

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp được ứng dụng để xử lí các hợp chất hữu

cơ độc hại có trong nước thải dệt nhuộm Một trong những phương pháp được các nhà khoa học rất quan tâm là phương pháp oxi hóa nâng cao Lúc này, trong hệ phản ứng không chỉ có quá trình khử các hợp chất hữu cơ mà còn xảy ra quá trình oxi hóa nâng cao nhờ quá trinh sinh ra gốc tự do OH*, SO4*- Ưu điểm rất lớn của phương pháp này là khả năng phân hủy cao, dễ áp dụng, công nghê đơn giản và giá

thành thấp Do đó, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu quá trình oxi hóa metyl

da cam bằng sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat và ứng dụng xử lí nước thải dệt nhuộm’’

2 Nhiệm vụ nghiên cứu

Trong khóa luận này, chúng tôi thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng COD bằng phương pháp đo

Chương I: TỔNG QUAN

I.1 Tổng quan về nước thải dệt nhuộm

I.1.1.Quy trình công nghệ dệt nhuộm

Thông thường, công nghệ dệt nhuộm gồm 3 quá trình cơ bản: kéo sợi-dệt vải,

xử lí (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải [6]

I.1.1.1.Quy trình kéo sợi, dệt vải

a) Chuẩn bị nguyên liệu:

- Làm sạch nguyên liệu

- Chải: các sợi bông được chải song song thành các sợi thô

- Kéo sợi, đánh bong, mắc sợi

- Hồ sợi dọc

b) Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc thành hình tấm vải mộc

I.1.1.2 Quy trình xử lí vải

- Giũ hồ

- Nấu vải

- Làm bong vải

- Tẩy trắng

I.1.1.3.Quy trình nhuộm và hoàn tất vải

Quá trình nhuộm được thực hiện để phân bố đều ánh sắc trên mặt vải, trong đó xảy ra sự khuếch tán của phân tử thuốc nhuộm vào bên trong sợi vải để tạo cho vải màu sắc mong muốn Mục tiêu của quá trình nhuộm là làm cho các phân tử thuốc nhuộm gắn chặt vào vải, thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hóa chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải và chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu yêu cầu

Một số các phương pháp đưa thuốc nhuộm vào trong hoặc lên trên sợi vải như sau:

- Nhuộm tận trích: khuếch tán thuốc nhuộm đã hòa tan vào sợi vải

- Nhuộm pigment: phủ thuốc nhuộm không hòa tan lên bề mặt sợi vải

- Nhuộm khối và nhuộm gel: thuốc nhuộm được thâm nhập trong quá trình sản xuất sợi

In hoa là tạo ra các văn hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải Công đoạn này được thực hiện bằng cách dùng hồ in có chứa thuốc nhuộm hoặc chất màu và các chất trợ khác Công đoạn này có thể sinh ra một lượng nước thải lớn có màu với nồng độ BOD cao [9]

Sau nhuộm và in, vải sẽ được giặt lạnh nhiều lần Phần thuốc nhuộm không gắn vào vải sẽ đi vào nước thải Văng khổ, hoàn tất vải với mục đích hoàn thiện kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số hóa chất chống màu, chất làm mềm và hóa chất metylic, axit axetic, formanđehit

I.1.2 Các loại thuốc nhuộm trong sản xuất dệt nhuộm

I.1.2.1.Sơ lược về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và gốc tổng hợp), rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn trực tiếp cho các vật liệu khác

Thuốc nhuộm được dùng chủ yếu để nhuộm vật liệu từ xơ thiên nhiên (bông, len, lanh, ) tơ nhân tạo (visco, axetat,…) và xơ tổng hợp (polyacryloniton, polyvinylic, polyefin) Ngoài ra chúng còn được dùng để chế tạo nhuộm cao su chất dẻo, chất béo, sáp xà phòng, để chế tạo mực in trong công nghiệp ấn loát, văn phòng phẩm, vật liệu làm ảnh màu, dùng làm chất tăng và giảm độ nhạy với ánh sáng

I.1.2.2 Các loại thuốc nhuộm trong sản xuất dệt nhuộm

a) Thuốc nhuộm thiên nhiên

Phần lớn thuốc nhuộm màu chàm tự nhiên thu được từ các loài trong chi Chàm (Indigofera) Một số loài thực vật, như tùng lam (Isatis tinctoria), từng là nguồn cung cấp thuốc nhuộm có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới Trong các khu vực có khí hậu ôn đới thuốc màu chàm từ các loài trong chi Indigofera thì sản

lượng thuốc nhuộm là cao hơn Loài chàm có giá trị thương mại cũng có thể thu được từ tùng lam (Isatis tinctoria) và nghể chàm (Polygonum tinctorum), mặc dù chủ yếu tại châu Á là cây chàm (Indigofera tinctoria) Tại Trung Mỹ và Nam Mỹ thì hai loài Indigofera sufruticosa (chàm anil) và Indigofera arrecta (chàm Natal) là quan trọng nhất [6].

Có một thực tế là rất ít chất nhuộm tự nhiên được sử dụng để nhuộm các loại vải

hiện nay kể cả tơ tằm.Thuốc nhuộm thiên nhiên nói chung có độ bền màu thấp,

nhất là với ánh sáng, cường lực màu nhỏ do phần tử mang màu kém bền Hơn nữa, hiệu suất khai thác từ thực vật rất thấp, phải dùng nhiều tấn nguyên liệu mới thu được 1 kg thuốc nhuộm nên giá thành rất cao [6] Hiện nay, hầu hết thuốc nhuộm thiên nhiên đã bị thay thế bằng thuốc nhuộm tổng hợp, số còn lại dùng để nhuộm

thực phẩm hoặc nhuộm vải cho các dân tộc ít người theo phong tục cổ truyền

b) Thuốc nhuộm tổng hợp

Đến nay, việc nghiên cứu thuốc nhuộm đã đạt đến đỉnh cao cả về mặt khoa học và công nghệ Các loại thuốc nhuộm hiện nay có một ưu điểm lớn là: màu sắc đẹp và đa dạng, độ bền rất cao, dễ sản xuất hàng loạt, chi phí thấp

Các loại thuốc nhuộm hiện nay chủ yếu được sản xuất từ dầu mỏ Mỗi phân tử thuốc nhuộm được xác định bởi 2 thành phần: chromophores (tạo nên hiệu ứng màu) và auxochromophores (quyết định đặc tính của thuốc nhuộm) [6]

Thuốc nhuộm được phân loại theo các cách như sau [6]

 Theo nguồn gốc xơ- sợi đem sử dụng

- Thuốc nhuộm dùng cho xơ- sợi gốc thực vật như cotton, liren, visco,…

- Thuốc nhuộm dành cho xơ- sợi gốc động vật như len, tơ tằm

- Thuốc nhuộm dành cho xơ- sợi tổng hợp

 Theo cấu tạo hóa học

Đây là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc nhuộm được phân thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau Các họ chính là:

- Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (điazo, triazo, polyazo) Đây là họ

thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index

- Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:

Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp

- Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:

điaryl metan

triaryl metan

Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm

- Thuốc nhuộm phtaloxianin: hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp khép kín Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm

Ngoài ra, còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít có quan trọng hơn như: thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh…

 Phân loại dựa trên đặc tính kĩ thuật

Đây là cách phân loại các loại thuốc nhuộm thương mại đã được thống nhất trên toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điển về thuốc nhuộm Color Index, trong đó mỗi thuốc nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu sắc và phạm

vi sử dụng Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến thuốc nhuộm

sử dụng cho xơ sợi xenlulo (bông, visco ), đó là các thuốc nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp Sau đó là các thuốc nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len,

tơ tằm như: thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc nhuộm axit

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên

+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan: là hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát: R=C=O Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong nước nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ:

Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch kiềm thì nó lại trở về dạng layco axit và bị oxi không khí oxi hóa về dạng nguyên thủy

+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit của thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na Nó dễ bị thủy phân trong môi trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu

Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon

- Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm đisunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm mang màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình khử Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenlulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại

- Thuốc nhuộm trực tiếp: đây là loại thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp vào xơ sợi xenlulo và dạng tổng quát: Ar-SO3Na Khi hòa tan trong nước,

nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi Trong mỗi màu thuốc nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có đến 92% thuộc lớp azo

- Thuốc nhuộm phân tán: đây là loại thuốc nhuộm này có khả năng hòa tan rất thấp trong nước (có thể hòa tan nhất định trong dung dịch chất hoạt động bề mặt) Thuốc nhuộm phân tán dùng để nhuộm các loại xơ sợi tổng hợp kị nước Xét về

mặt hóa học có đến 59% thuốc nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác

- Thuốc nhuộm bazơ – cation:

Các thuốc nhuộm bazơ trước đây dùng để nhuộm tơ tằm, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu Các thuốc nhuộm bazơ biến tính - phân tử được đặc trưng bởi một điện tích dương không định vị - gọi là thuốc nhuộm cation, dùng để nhuộm xơ acrylic Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) và các loại khác

- Thuốc nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên 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 xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit Xét về cấu tạo hóa học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là antraquinon, 5% triarylmetan và 6% các lớp hóa học khác

- Thuốc nhuộm hoạt tính: là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với

xơ sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi Trong cấu tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin Đây

là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu giặt

và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là: trong điều kiện nhuộm, khi tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính không chỉ tham gia vào phản ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng giữa thuốc nhuộm và xơ sợi không đạt hiệu suất 100% Để đạt

độ bền màu giặt và độ bền màu tối ưu, hàng nhuộm được giặt hoàn toàn để loại bỏ phần thuốc nhuộm dư và phần thuốc nhuộm thủy phân Vì thế, mức độ tổn thất đối với thuốc nhuộm hoạt tính cỡ 10÷50%, lớn nhất trong các loại thuốc nhuộm Hơn

nữa, màu thuốc nhuộm thủy phân giống màu thuốc nhuộm gốc nên nó gây ra vấn

đề màu nước thải và ô nhiễm nước thải

- Thuốc nhuộm pigment:

Là thuốc nhuộm có gốc nhuộm nhóm azoic, hoàn nguyên đa vòng… và có cả bột màu vô cơ Chúng không tan trong nước (do trong phân tử không chứa các nhóm có tính tan hoặc nhóm tan đã chuyển về dạng muối barium, calcium không tan trong nước), không có ái lực với xơ sợi (không thể tự nhuộm), dùng để nhuộm

và in hoa cho tất cả các loại xơ Để gắn thuốc nhuộm lên xơ, người ta phải dùng chất gắn màu gọi là fixer, hoặc binder

Bảng I 1: Cách lựa chọn sử dụng thuốc nhuộm phù hợp với nguyên liệu vải sợi

1 Xơ – sợi gốc cellulose Azoic, trực tiếp, hoạt tính, lưu hóa, hoàn

nguyên, acid

2 Xơ – sợi gốc protein Acid, phức kim loại, hoạt tính

3 Xơ – sợi cellulose tái sinh

(rayon, viscose rayon…)

Azoic, trực tiếp, hoạt tính, lưu hóa, hoàn

nguyên

4 Xơ – sợi ester cellulose

(acetate, triacetate…) Azoic, phân tán, hoàn nguyên

5 Xơ – sợi polyacrylic, CD Cationic, phân tán

6 Xơ – sợi nylon Acid, azoic, phức kim loại, hoạt tính, hoàn

nguyên, phân tán

I.1.3 Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường

I.1.3.1 Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm

Hầu hết các khâu trong quy trình công nghệ dệt nhuộm đều phát sinh ra nước thải Đặc trưng cơ bản nhất của nước thải công nghiệp dệt nhuộm là sự dao động rất lớn cả về lưu lượng, tải lượng ô nhiễm Nó thay đổi theo mùa, theo mặt hàng và chất lượng sản phẩm Các chất thải đổ vào nước bao gồm nước thải từ quy trình sản

xuất, nước rửa và nước làm lạnh Trong quá trình sản xuất, lượng nước thải ra

12-300 m3/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm và nấu tẩy

Bảng I 2: Lượng nước thải tính cho một đơn vị sản phẩm của một số mặt hàng

1 Hàng len nhuộm, dệt thoi 100 ÷ 250

2 Hàng vải bông, nhuộm, dệt thoi 80 ÷ 240

3 Hàng vải bông nhuộm, dệt kim 70 ÷ 180

4 Hàng vải bông in hoa, dệt thoi 65 ÷ 280

5 Chăn len màu từ sợi polyacrylonitrit 40 ÷ 140

Nước thải từ các xí nghiệp dệt nhuộm rất phức tạp, nó bao gồm cả chất hữu

cơ, chất màu và các chất độc hại cho môi trường Các chất gây ô nhiễm chính cho môi trường bao gồm:

- Tạp chất tách ra từ xơ sợi, các chất dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất bẩn dính vào sợi (trung bình là 6% tổng khối lượng xơ sợi)

- Các chất dùng trong quá trình công nghệ: hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin, agnat, các loại axit, xút, NaOCl, H2O2, sođa, sunfit,…các loai thuốc nhuộm, chất phụ trợ, chất màu, chất cầm màu, hóa chất tẩy giặt Lượng hóa chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại màu là rất khác nhau và phần dư thừa đi vào nước thải tương ứng

- Đối với mặt hàng len từ lông cừu, nguyên liệu là len thô mang rất nhiều tạp chất (250-600 kg/tấn) bao gồm 20-25% mỡ (axit béo và sản phẩm cất mỡ, lông cừu), 10-15% đất và cát, 40-60% muối hữu cơ và các sản phẩm cất mỡ, lông cừu

Bảng I 3: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải của ngành dệt nhuộm

Công đoạn Chất gây ô nhiễm nước thải Đặc tính của nước thải

Hồ sợi,

giũ hồ

Tinh bột, glucôzơ, cacboxymethyl xenlulôzơ, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo vào sáp

BOD cao, chiếm 34-50% tổng lượng BOD

Nấu, tẩy NaOH, chất sáp, dầu mỡ, tro,

soda, silicat natri và xơ sợi vụn

Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng lượng BOD)

Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo,

và các muối kim loại

Độ màu rất cao, BOD khoảng 6% tổng lượng BOD, TS cao

In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét,

muối kim loại, axit

Độ màu cao, BOD cao và dầu

mỡ Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ

I.1.3.2.Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường

- Thuốc nhuộm azo chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp được giới thương mại ưa chuộng vì chúng dễ mua, dễ bảo quản, đặc biệt là giá thành rẻ, độ ăn màu cao, quá trình nhuộm ngắn và dễ dàng Chúng gây nên ảnh hưởng đến con người trong quá trình nhuộm cũng như tiếp xúc với dòng thải của chúng Hơi bốc lên từ dung dịch nhuộm có thể gây ngộ độc cho người, làm đau đầu, buồn nôn [5] Khi thuốc nhuộm tiếp xúc trực tiếp lên da, chúng có thể gây rát Nếu thâm nhập vào cơ thể, thuốc nhuộm azo gây tổn thương các cơ quan nôi tạng

và gây ung thư Đối với trẻ em, liều lượng gây độc nhỏ hơn và ảnh hưởng mạnh hơn Khi bị nhiễm độc, trẻ thường có cảm giác buồn ngủ, đau đầu, chóng mặt, buồn nôn, thiếu tập trung Với liều lượng lớn, trẻ có thể mất cảm giác ngon miệng, yếu tứ chi, thậm chí gây tử vong Trong quá trình nhuộm, phần azo tách ra và tạo thành amin thâm nhập vào các chất hữu cơ gây độc tính Một vài loại amin có chứa các kim loại nặng gắn trên nó như Zn, Cu, Cd được sử dụng như các chất tạo màu cho nhuộm vải Các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể sẽ được giữ lại trong đó gây ảnh hưởng lâu dài Các amin kim loại nặng sẽ bám vào sợi vải mà không bị

mất đi trong quá trình giặt Ở đó, chúng có cơ hội thâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau như hô hấp, tiêu hóa Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn 3000 thuốc nhuộm được sử dụng thông thường cho thấy thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, độc, rất độc đến cực độc Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá

và thủy sinh [6] Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ,… với một nồng độ rất nhỏ thuốc nhuộm đã cho cảm nhận về màu sắc Thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng càng nhiều thì màu nước thải càng đậm Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh vật Nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu

cơ trong nước thải

- Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm có thể

tóm tắt như sau:

Bảng I 4: Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm

đến môi sinh

1 Chất hữu cơ,chất khó phân hủy Hàm lượng, tạo môi trường yếm khí và

sinh mùi hôi

2 Các chất tẩy rửa Làm pH nước thải tăng cao, pH 9÷12

gây ăn mòn cống rãnh, thiết bị, ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh

3 Kim loại nặng, màu nhuộm, chất

tạo môi trường chất điện li

Ảnh hưởng nghiêm trọng đến thủy sinh vật ở nguồn tiếp nhận, ngoài ra các hóa chất này còn có thể xâm nhập vào môi trường đất, tích lũy và tồn tại lâu dài

4 Muối trung tính Làm tăng hàm lượng tổng chất rắn, gây

tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến

quá trình trao đổi của tế bào

5 Hồ tinh bột biến tính Làm tăng BOD, COD của nguồn nước,

gây tác hại với đời sống thủy sinh do làm giảm oxi hòa tan trong nước

động đến quá trình quang hợp và hô hấp của sinh vật do quá trình khuếch tán ánh sáng và hòa tan oxi bị cản trở

I.2 Các phương pháp hóa học xử lí nước thải dệt nhuộm

I.2.1.Phương pháp hấp phụ [3]

Hiện nay, phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ xử lí các chất độc hại, bền vững trong môi trường và trong nước thải công nghiệp, đặc biệt là loại nước thải có màu Phương pháp này cho phép xử lí nước thải chứa nhiều loại chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước rất thấp, mà các phương pháp khác khó có thể xử lí được Ngoài ra, phương pháp hấp phụ có thể dùng để xử lí triệt để nước thải sau khi nguồn này đã được xử lí bằng các phương pháp khác

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp hấp phụ là dựa trên khả năng hấp phụ các chất bẩn có trong nguồn nước thải của vật liệu hấp phụ Nước thải sau khi cho qua vật liệu hấp phụ sẽ được kiểm tra chỉ tiêu trước khi cho thải ra môi trường

Các vật liệu hấp phụ thường dùng như than hoạt tính, zeolit, vật liệu nano, trong đó than hoạt tính là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất Phương pháp hấp

phụ thường kết hợp với các phương pháp khác để xử lí sản phẩm sau hấp phụ I.2.2.Phương pháp keo tụ tạo bông

Phương pháp keo tụ tạo bông là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong việc xử lí nước thải nói chung và nước thải công nghệ dệt nhuộm nói riêng

Hiện tượng keo tụ là hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống

do trọng lực trong một thời gian đủ ngắn

Quá trình này được áp dụng để khử màu, giảm độ đục, cặn lơ lửng và vi sinh vật Khi cho chất keo tụ vào nước thô chứa cặn lắng chậm (hoặc không lắng được), các hạt mịn kết hợp với nhau tạo thành các bông cặn, các bông cặn này có thể tích

tụ lớn hơn và nặng, tự tách ra khỏi nước bằng phương pháp lắng trọng lực

Các chất keo tụ thường dùng là phèn nhôm: Al2(SO4)3.nH2O (n=14÷18)hoặc muối sắt FeCl3.nH2O Phèn nhôm là chất keo tụ phổ biến nhất tại Việt Nam, nhưng muối sắt lại là chất phổ biến ở các nước công nghiệp do khoảng pH keo tụ tối ưu rộng (5÷9), bông cặn nặng, bền hơn và dư lượng sắt trong nước thấp hơn so với dùng phèn nhôm [6] Trong quá trình keo tụ, người ta còn sử dụng các chất trợ keo

tụ như sét, polymer, silicat hoạt tính để tăng tính chất lắng nhanh và đặc chắc, do

đó, sẽ hình thành bông lắng nhanh hơn và đặc hơn

I.2.3.Phương pháp tuyển nổi

Mục đích: tách các tạp chất ở dạng hạt rắn (cặn lơ lửng) hoặc lỏng phân tán không tan (dầu mỡ), tự lắng kém ra khỏi pha lỏng, tách các hạt có tỷ trọng nhỏ hơn

tỷ trọng chất lỏng chứa nó, tách các chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt Trong

xử lí nước thải dệt nhuộm, phương pháp này giúp loại bỏ các chất vô cơ và hữu cơ không tan trong nước thải

Phương pháp tuyển nổi có ưu điểm là: hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và ứng dụng vận hành không lớn, thiết bị đơn giản, vận tốc nổi lớn hơn vận tốc lắng, có thể thu cặn, tạp chất Tuyển nổi kèm theo sự thổi khí, làm giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và các chất dễ bị oxi hóa

I.2.4.Phương pháp oxi hóa nâng cao

Thành phần các chất gây ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm nói chung đáng chú ý nhất là những hợp chất hữu cơ khó hoặc không thể bị phân hủy sinh học, những hợp chất độc hại và nguy hiểm vì những hợp chất này gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, tính độc hại cao và khó xử lý loại bỏ một cách triệt để bằng các

phương pháp sinh học hoặc các phương pháp hóa lý thông thường Trong lĩnh vực này, các quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes-AOPs) có thể phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu có khó phân hủy sinh học thành các hợp chất đơn giản là CO2, H2O, nghĩa là vô cơ hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ

Các quá trình oxi hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxi hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl OH* được tạo ra ngay trong quá trình xử lý

Gốc hydroxyl OH* là một tác nhân oxi hóa mạnh trong số các tác nhân oxi hóa được biết từ trước đến nay Thế oxi hóa của gốc hydroxyl OH* là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxi hóa thường gặp

Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (US-EPA), dựa theo đặc tính của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể phân loại các quá trình oxi hóa nâng cao thành hai nhóm:

- Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng

- Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng: là các quá trình nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng

Ôxi hóa bằng hóa chất có ưu điểm là thời gian phản ứng rất nhanh, trong phần lớn các trường hợp thì hiệu quả là tức thì Quá trình ôxi hóa có thể chỉ thực hiện được bán phần, phá hủy phân tử màu làm mất màu nhưng lại dẫn tới sự hình thành các sản phẩm trung gian phân tử khối nhỏ như các anđehit, carboxylat, sulfat và

nitơ Quá trình ôxi hóa rất phụ thuộc vào pH và sự có mặt của xúc tác phù hợp

I.2.5 Phương pháp sinh học

Là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy sinh hóa các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rữa thành các chất ổn định với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất vô cơ khác

Phương pháp sinh học có thể chia là 2 loại đó là xử lí yếm khí và xử lí hiếu khí trên cơ sở là có oxi hòa tan và không có oxi hòa tan

Phương pháp hiếu khí: là phương pháp xử lí nước thải có sử dụng các vi sinh vật hiếu khí Cần duy trì nhiệt độ trong khoảng 20÷40oC và cung cấp oxi liên tục

cho hoạt động của sinh vật

Phương pháp yếm khí: là phương pháp dùng vi sinh vật yếm khí để xử lí nước thải Dùng cho nước thải có nồng độ lớn, giàu các giàu các hạt lơ lửng, chứa các chất cần thời gian phân hủy lâu dài 30 ÷ 60 ngày, nhiệt độ duy trì 30 ÷ 35oC với vi sinh vật ưa ấm, từ 50 ÷ 55oC với vi sinh vật ưa nhiệt và không sử dụng oxy tự do

Quá trình yếm khí có thể chạy với tải lượng hữu cơ lớn, loại bỏ một lượng lớn các chất hữu cơ đồng thời tạo ra khí sinh học, tiêu tốn ít năng lượng Lượng bùn thải của quá trình yếm khí rất thấp Tuy nhiên, hiệu quả khử màu của quá trình này không cao (đối với thuốc nhuộm axit là 80 – 90%, thuốc nhuộm trực tiếp là 81%) Ngược lại, quá trình hiếu khí có hiệu suất cao trên 85% nhưng nó lại tiêu tốn năng lượng cho sục khí và tạo lượng bùn thải lớn [7]

Có thể sử dụng quá trình vi sinh yếm khí để khử màu thuốc nhuộm azo và các thuốc nhuộm tan khác để tạo thành amin tương ứng Song các amin tạo ra có tính độc lớn hơn thuốc nhuộm ban đầu tức là có mức độ ô nhiễm cao hơn

Người ta có thể sử dụng kết hợp hai quá trình trên: yếm khí làm giảm độ màu

và xử lý hữu cơ nồng độ cao, tiếp theo là hiếu khí để oxy hóa các amin sinh ra bởi các quá trình trước

Ngoài ra, người ta có thể khử màu thuốc nhuộm bằng việc sử dụng các vi khuẩn, nấm, tảo và nấm men Cơ chế của quá trình này thường đi từ hấp phụ thuốc nhuộm lên sinh khối tế bào rồi phân giải chất màu bằng hệ enzym

Quá trình xử lý sinh học có khả năng làm giảm BOD, COD, TS những 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 Mặt khác để xử lý sinh học được thì nước thải phải đáp ứng các điều kiện tối thiểu về pH, tỉ lệ BOD5/COD, tỉ lệ C:N:P, không có các tác nhân gây ức chế hoạt động của vi sinh vật

I.3 Quy trình xử lí nước thải dệt nhuộm bằngsắt kim loại và muối kali

pesunfat

I.3.1.Sơ lược về tính chất của sắt kim loại và muối pesunfat

a) Sơ lược về tính chất của kim loại sắt và vai trò của sắt trong xử lí môi trường

Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới Nó là một kim loại rẻ tiền và hiệu quả

Ở điều kiện thường, sắt có tính khử trung bình

lý môi trường đạt hiệu suất cao

- Vai trò là chất khử [3]:Sắt kim loại là chất khử trung bình nên các chất hữu cơ

có tính oxi hóa cũng phản ứng với Fe Điển hình là các chất hữu cơ chứa các nhóm NO2- (các hợp chất nitro thơm), các hợp chất hữu cơ chứa clo sẽ phản ứng với sắt giải phóng ra ion Cl-làm giảm tính độc hại của các hợp chất này Phản ứng diễn ra như sau:

Fe + RCl + H+ → Fe2+ + RH + Cl Trong dung dịch yếm khí (không có mặt O2) chỉ có nước, các tác nhân nhận electron có thể là H+ và H2O, chúng bị khử tạo ra OH– và H2 Quá trình tổng thể và

-ăn mòn sắt trong hệ Fe – H2O được biểu diễn như sau:

Fe + 2H+→ Fe2++ H2

Fe + 2H2O → Fe2+ + H2 + 2OH– Trong trường hợp môi trường nước có oxi hòa tan, oxi sẽ dễ dàng nhận electron theo phương trình:

2Fe + O2+ 2H2O →2Fe2++ 4OH–

Phản ứng của các chất oxi hóa dạng hữu cơ này với sắt kim loại được chứng minh bằng sự khử clo hoặc chuyển nhóm –NO2 sang nhóm –NH2 Các phản ứng tổng quát được mô tả như sau:

Fe + RX + H+ → Fe2+ + RH + X–

Fe + RNO2 + 4H+ → Fe2+ + RNH2 + 2H2O Các hợp chất hữu cơ này sau khi bị khử bởi sắt kim loại, tính độc hại sẽ giảm

và sau đó có thể loại bỏ ra khỏi môi trường bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp sinh học, hấp phụ

b) Sơ lược về muối pesunfat

Trong điều kiện khô ráo, kali pesunfat là một chất bền, không bị phân hủy ở điều kiện thường và dễ bảo quản Khi đun nóng, kali pesunfat giải phóng oxi và tạo

ra K2S2O7

Trong môi trường nước hoặc axit, nó bị thủy phân chậm ở nhiệt độ thường và nhanh khi đun nóng S2O82-+ 2H2O→2HSO4- + H2O2 Khi có chất xúc tác thích hợp H2O2 có thể chuyển thành gốc hiđroxyl là một gốc tự do có khả năng oxi hóa mạnh ứng dụng trong xử lí chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, các phản ứng oxi hóa bằng pesunfat thường chậm ở nhiệt độ thường Khi có các chất xúc tác như

Fe2+, Ag+, Co2+thì tốc độ phản ứng tăng lên nhanh chóng Khi đó ion S2O82- bị hoạt hóa nhanh chóng thành gốc sunfat tự do (SO4*-) và supeoxit bằng phản ứng kết hợp sau:

2S2O82-+ H2O →3SO42-+ SO4*-+ O2*-+ 4H+Hơn nữa, trong môi trường kiềm mạnh, gốc tự do sunfat còn phản ứng được với nhóm hiđroxyl OH- thành gốc OH*- và anion sunfat

SO4*-+ OH- → SO42- + OH*Như vậy, hệ sunfat trong môi trường kiềm, anion sunfat sẽ được hoạt hóa thành các gốc tự do có khả năng oxi hóa mạnh, có thể phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường

-I.3.2.Cơ chế của phản ứngsắt kim loại với pesunfat

Gần đây có một số nghiên cứu giữa Fe kết hợp với chất oxi hóa như KMnO4 hoặc hệ Fenton, nhằm tạo ra những gốc tự do có khả năng hoạt hóa rất mạnh như

OH*, tuy nhiên thời gian tồn tại của gốc tự do hoặc chất oxi hóa trong điều kiện phản ứng thường rất ngắn nên hiệu quả xử lý thường bị hạn chế [3]

Theo một số tác giả nước ngoài đã nghiên cứu, việc kết hợp giữa Fe với pesunfat rất hiệu quả vì tạo ra gốc SO4*- có thời gian tồn tại lâu và hoạt tính oxi hóa rất mạnh (E0= 2,5-3,1V) Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm: độ hòa tan cao trong nước, phản ứng không chọn lọc và có hiệu quả rộng rãi với các chất gây

ô nhiễm môi trường [12]

Quá trình tạo gốc tự do sunfat SO4*- từ sắt kim loại và amoni pesunfat được thực bởi hai giai đoạn

+ Giai đoạn 1: là giai đoạn oxi hóa Fe0 thành Fe2+ bằng oxi không khí theo phương trình sau:

2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4OH- Trong điều kiện không có O2 không khí [12]

Fe + H2O → Fe2+ + 1

2H2 + OH−Quá trình này cũng có thể được thực hiện trong môi trường axit do quá trình: Fe+ 2H+ → Fe2+ + H2

+ Giai đoạn 2: là giai đoạn hoạt hóa pesunfat của Fe2+ tạo thành gốc tự do sunfat SO4*- [13]

Fe2++ S2O82-→ 2Fe3++2SO4

*-Fe2+ + S2O82- → Fe3+ + SO42- + SO4*

-Fe2+ + SO4*− → Fe3+ + SO42−

Khi cho hệ sắt hóa trị không và muối pesunfat tương tác với các chất hữu cơ khó bị phân hủy, khi đó gốc tự do SO4*- là một chất oxi hóa mạnh sẽ tương tác với hợp chất hữu cơ, khoáng hóa chúng thành các hợp chất vô cơ như CO2, H2O, muối khoáng, với hiệu suất khá cao

Quá trình được mô tả bằng sơ đồ sau:

R+ SO4*-→ CO2+ H2O+ …

I.4 Sử dụng phương pháp trắc quang trong định lượng hóa học

Yêu cầu về các hợp chất cần xác định là phải bền, ít phân ly, ổn định, không thay đổi thành phần trong khoảng thời gian nhất định để thực hiện phép đo (10-20 phút) Hệ số 𝜀 lớn có giá trị từ 103-5.104 L.mol-1.cm-1, thực hiện phản ứng tạo màu với các thuốc thử vô cơ và hữu cơ [8]

Nồng độ các chất xác định theo định luật Buge-Lambe-Bia Khoảng xác định nồng độ theo phương pháp là 10-6-10-2M Giới hạn phát hiện phương pháp là 10-7M Các hợp chất là phức cần phải đo có 𝜆max khác xa với 𝜆max của thuốc thử trong cùng điều kiện, tức là ∆𝜆>2 lần nửa bán chiều rộng của vân phổ (khoảng 80-100nm)

I.4.2.Phương pháp thêm chuẩn

Phạm vi ứng dụng là xác định các chất có hàm lượng vi lượng hoặc siêu vi lượng, loại bỏ ảnh hưởng của chất lạ

Nguyên tắc so sánh mật độ quang của dung dịch nghiên cứu và mật độ quang của dung dịch nghiên cứu được thêm 1 lượng chất chuẩn

𝐶𝑥 = 𝐶𝑎 𝐴𝑥

𝐴𝑥+𝑎 − 𝐴𝑥Trong đó: Ax là mật độ quang của dung dịch nghiên cứu có nồng độ Cx

Ax+a: mật độ quang của dung dịch có thêm chất chuẩn

Ca: nồng độ của chất chuẩn thêm vào

Công thức được thiết lập từ: 𝐴𝑥 = 𝜀 𝑙 𝐶𝑥

I.4.3 Phương pháp đường chuẩn

Phương pháp này có ưu điểm là chính xác, thực hiện được nhiều lần

Cách tiến hành:

- Chuẩn bị 6 dung dịch chuẩn trong khoảng tuân theo định luật Beer

- Thực hiện phản ứng màu với thuốc thử

- Đo mật độ quang ở 𝜆max so với các dung dịch so sánh được chuẩn bị giống như dung dịch tiêu chuẩn nhưng không chứa ion cần xác định

- Biểu diễn sự phụ thuộc A theo C trên đồ thị hoặc tính theo phương trình hồi quy A=a×C+ b với a, b là hệ số cần tìm của phương trình hồi quy- tương quan

- Dung dịch cần xác định được chuẩn bị và phản ứng màu giống như mẫu chuẩn Tatiến hành phản ứng và đo được mật độ quang của mẫu ( Amẫu =y), ta có thể tính được nồng độ của mẫu:

x= y−b

a

Sự tương quan giữa A và nồng độ C khi l= const là nội dung của định luật Beer Khoảng nồng độ này thỏa mãn khi R>0.999 [8]

Hệ số tương quan R biến đổi trong khoảng: -1<R<1 (0<R2<1)

Khi R≈1: có sự tương quan chặt chẽ giữa x và y theo tỉ lệ thuận

Khi R≈ -1: có sự tương quan chặt chẽ giữa x và y theo tỉ lệ nghịch

Khi R≈ 0: hai đại lượng này không còn tương quan