Nghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây Sen (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây SenNghiên cứu khả năng hấp thụ một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây Sen

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

THONGVANH PHONEMANY

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ THUỐC NHUỘM CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHẾ TẠO TỪ CÂY SEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Thái Nguyên, năm 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Thị Hậu

Thái Nguyên, năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018

Tác giả

Thongvanh Phonemany

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên ngành hóa phân tích, khoa hóa học – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên, em

đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, bạn bè và gia đình

Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ Thị Hậu, cô giáo trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo khoa hóa học, khoa sau Đại học và Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018

Tác giả

Thongvanh Phonemany

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ

Lời cam đoan iii

Lời cảm ơn ii

Danh mục các từ viết tắt iv

Danh mục bảng v

Danh mục hình vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Sơ lược về thuốc nhuộm 3

1.1.1 Định nghĩa và phân loại thuốc nhuộm 3

1.1.2 Tình trạng ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm ở nước ta 4

1.1.3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp 5

1.1.4 Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 5

1.1.5 Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm 6

1.2 Giới thiệu chung về tím tinh thể, metyl đỏ 7

1.2.1 Tím tinh thể 7

1.2.2 Metyl đỏ 8

1.3 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 8

1.3.1 Các khái niệm 8

1.3.1.1 Sự hấp phụ 8

1.3.1.2 Giải hấp phụ 9

1.3.1.3 Dung lượng hấp phụ cân bằng 9

1.3.1.4 Hiệu suất hấp phụ 10

1.3.2 Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 10

1.3.3 Động học hấp phụ 12

1.3.4 Hấp phụ trong môi trường nước 14

1.4 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng chất hữu cơ mang màu 15

1.5 Giới thiệu về cây sen 15

1.6 Một số hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ tím tinh thể và metyl đỏ 16

Chương 2 THỰC NGHIỆM 19

2.1 Thiết bị và hóa chất 19

2.1.1 Thiết bị 19

2.1.2 Hóa chất 19

2.2 Chế tạo VLHP từ cây sen 19

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 19

2.2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ 20

2.3 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch tím tinh thể, metyl đỏ 20

2.3.1 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch tím tinh thể 20

2.3.2 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl đỏ 20

2.4 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của tím tinh thể và metyl đỏ 21

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của tím tinh thể 21

2.4.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl đỏ 21

2.5 Một số đặc trưng của VLHP 21

2.5.1 Diện tích bề mặt riêng (BET) 21

2.5.2 Phổ hồng ngoại (IR) 21

2.5.3 So sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 21

2.5.4 Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được 22

2.6 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ tím tinh thể, metyl đỏ của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 22

2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 22

2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP 23

2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 23

2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 24

2.6.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 25

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch tím tinh thể, metyl đỏ 26 3.1.1 Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch tím tinh thể 26

3.1.2 Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl đỏ 27

3.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của tím tinh thể và metyl đỏ 28

3.2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của tím tinh thể 28

3.2.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl đỏ 28

3.3 Một số đặc trưng của VLHP 29

3.3.1 Diện tích bề mặt riêng (BET) 29

3.3.2 Phổ hồng ngoại (IR) 29

3.3.3 Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 33

3.3.4 Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được 33

3.4 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ tím tinh thể, metyl đỏ của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 35

3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH 35

3.4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng 37

3.4.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian 40

3.4.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 43

3.4.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 45

3.5 Động học hấp phụ tím tinh thể và metyl đỏ của VLHP 47

3.5.1 Động học hấp phụ tím tinh thể của VLHP 47

3.5.2 Động học hấp phụ metyl đỏ của VLHP 50

3.6 Nhiệt động lực học hấp phụ tím tinh thể và metyl đỏ của VLHP 53

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may 5 Bảng 1.2: Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm 7 Bảng 3.1: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch tím tinh thể ở các bước

sóng khác nhau 26 Bảng 3.2: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl đỏ ở các bước sóng

khác nhau 27 Bảng 3.3: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch tím tinh thể với các nồng

độ khác nhau 28 Bảng 3.4: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl đỏ với các nồng độ

khác nhau 28 Bảng 3.5 : Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 33 Bảng 3.6: Số liệu xác định điểm đẳng điện của VLHP 34 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ tím tinh thể

của VLHP 35 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ metyl đỏ của

VLHP 36 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ tím tinh thể

của VLHP 38 Bảng 3.10: Sự phụ thuộc của hiệu suất và dung lượng hấp phụ metyl đỏ của

VLHP vào khối lượng VLHP 39 Bảng 3.11 Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ tím tinh thể của

VLHP vào thời gian 40 Bảng 3.12: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ metyl đỏ của VLHP

vào thời gian 42 Bảng 3.13: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ tím tinh

thể vào nhiệt độ 43 Bảng 3.14: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ metyl đỏ

của VLHP vào nhiệt độ 44

Bảng 3.15: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ tím tinh

thể của VLHP vào nồng độ đầu 45

Bảng 3.16: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ metyl đỏ của VLHP vào nồng độ đầu 46

Bảng 3.17: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir 47

Bảng 3.18: Số liệu khảo sát động học hấp phụ tím tinh thể của VLHP 48

Bảng 3.19: Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 đối với tím tinh thể 50

Bảng 3.20: Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 đối với tím tinh thể 50

Bảng 3.21: Số liệu khảo sát động học hấp phụ tím metyl đỏ của VLHP 51

Bảng 3.22: Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 đối với metyl đỏ 53

Bảng 3.23: Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 đối với metyl đỏ 53

Bảng 3.24: Kết quả tính KC tại các nhiệt độ khác nhau 54

Bảng 3.25: Các thông số nhiệt động đối với quá trình hấp phụ tím tinh thể và metyl đỏ 55

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lg(qe – qt) vào t 13

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của tím tinh thể vào bước sóng 26

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metyl đỏ vào bước sóng 27

Hình 3.3: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ tím tinh thể 28

Hình 3.4: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metyl đỏ 29

Hình 3.5: Phổ hồng ngoại (IR) của nguyên liệu 31

Hình 3.6: Phổ hồng ngoại (IR) của VLHP biến tính bằng anđehit fomic 32

Hình 3.7: Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 33

Hình 3.8: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 34

Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tím tinh thể của VLHP vào pH 35

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp thụ metyl đỏ vào pH của VLHP 37

Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ tím tinh thể vào khối lượng VLHP 38

Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl đỏ của VLHP vào khối lượng VLHP 39

Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tím tinh thể của VLHP vào thời gian 41

Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ metyl đỏ vào thời gian 42

Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tím tinh thể vào nhiệt độ 43

Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ metyl đỏ vào nhiệt độ 44

Hình 3.17: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với tím tinh thể 45

Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của tím tinh thể 45Hình 3.19: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metyl đỏ 46Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của metyl đỏ 46Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn phương trình giả động học bậc 1 đối với tím tinh thể 49Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn phương trình giả động học bậc 2 đối với tím tinh thể 49Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn phương trình giả động học bậc 1 đối với metyl đỏ 52Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn phương trình giả động học bậc 2 đối với metyl đỏ 52Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnKC vào 1/T của tím tinh thể và

metyl đỏ 54

sẽ xâm nhập vào cơ thể tích tụ lâu ngày ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, phá hủy cảnh quan môi trường tự nhiên, làm mất cân bằng hệ sinh thái.Trước thực trạng nguồn nước mặt và nước ngầm ngày càng bị ô nhiễm và cạn kiệt, nếu không có các chính sách về việc bảo vệ và sử dụng nước hợp lý thì trong tương lai nước sạch sẽ trở thành nguồn tài nguyên cực khan hiếm

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ các chất hữu cơ mang màu ra khỏi môi trường nước như: thẩm thấu ngược, lọc nano, kết tủa hoặc hấp phụ, Trong đó hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội như vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ chế tạo, chi phí thấp, thân thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước bị ô nhiễm thêm Chính vì vậy đây là vấn đề đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm, nghiên cứu Đối với lĩnh vực xử lý môi trường, ta có thể sử dụng vật liệu tự nhiên (đá ong, quặng sắt, bentonit…) hay vật liệu chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như xơ dừa, vỏ lạc, bã mía, bã chè, lõi ngô… những loại vật liệu này đều có giá thành rẻ, thân thiện với môi trường và dễ kiếm tìm trong đời sống

Cây sen là loài cây quen thuộc được trồng phổ biến ở các ao hồ và rất có ý nghĩa đối với người dân Việt Nam Không chỉ vậy các bộ phận của cây sen từ hạt, lá cho đến củ đều có lợi ích kinh tế cao như: nhụy sen dùng để ướp trà, lá sen để chữa

bệnh, hạt sen dùng làm thực phẩm… Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam sau khi thu hoạch hạt sen thì các bộ phận của cây sen bị thải bỏ, không được sử dụng vào mục đích nào Cây sen có đặc tính nhẹ và xốp có khả năng biến tính thành vật liệu hấp phụ tốt

Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ

một số thuốc nhuộm của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây sen”

Trong đề tài chúng tôi lần lượt tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ cây sen

- Khảo sát một số đặc trưng hóa lí của VLHP bằng phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET), phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phụ tím tinh thể, metyl đỏ của vật liệu hấp phụ chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh

- Mô tả quá trình hấp phụ tím tinh thể và metyl đỏ của VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, xác định dung lượng hấp phụ cực đại

- Nghiên cứu động học hấp phụ và nhiệt động lực học quá trình hấp phụ tím tinh thể và metyl đỏ của VLHP

Bố cục của luận văn này gồm:

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Sơ lược về thuốc nhuộm

1.1.1 Định nghĩa và phân loại thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay, con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học 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 [12]

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 [12]

Ở đây chúng 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─SO3Na 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 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:

Na SO

Ar 3 → 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 [12]

1.1.2 Tình trạng ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm ở nước ta

Hiện nay, sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp ở các làng nghề đạt được những thành tựu đáng kể nhưng do công nghệ lạc hậu, quy mô nhỏ lẻ nên chưa xử lý được chất thải sau quá trình sản xuất dẫn đến ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng Tại một số làng nghề như: Vạn Phúc, Dương Nội (Hà Đông – Hà Nội), nhu cầu oxi hoá học (COD) trong các công đoạn tẩy, nhuộm đo được từ 380 ÷ 890mg/L, cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 ÷ 8 lần, độ màu đo được là 750Pt - Co, cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Các vấn đề về sự ô nhiễm môi trường dưới sự tác động của ngành công nghiệp dệt 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 Vì vậy, việc

xử lý nước thải dệt nhuộm là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu

1.1.3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may được trình bày trong bảng 1.1 [11]

Bảng 1.1: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may

TT Thông số Đơn vị Giới hạn theo TCVN 2015

1.1.4 Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao su, mỹ phẩm do dễ sử dụng, giá thành rẻ, màu sắc đa dạng so với màu tự nhiên Tuy nhiên, 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

Ngành công nghiệp dệt nhuộm nước ta đang phát triển rất đa dạng với quy mô khác nhau và đã thải ra ngoài môi trường một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm cao

Nước thải dệt nhuộm thường có độ màu rất cao Việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm

và các sản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn 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 [6]

1.1.5 Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm

Trong nhiều thập kỷ qua, ngành công nghiệp dệt nhuộm luôn có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Với các doanh nghiệp nhà nước, doanh nghiệp tư nhân, dự

án liên doanh và các nhà máy có vốn đầu tư 100% nước ngoài cùng rất nhiều tổ hợp tư nhân nhỏ, vừa và lớn đang hoạt động trong lĩnh vực sợi, dệt, nhuộm nhằm phấn đấu đạt chỉ tiêu hơn hai tỷ mét vải vào năm 2020 cho thấy quy mô và định hướng phát triển lớn mạnh của ngành công nghiệp này Tuy nhiên, trong số các nhà máy chỉ có nhà máy lớn

có xây dựng hệ thống xử lý nước thải còn lại hầu như chưa có hệ thống xử lý vẫn còn xả trực tiếp ra môi trường Loại nước thải dệt nhuộm có độ kiềm hoặc độ axit cao, màu đậm, có nhiều chất hữu cơ, vô cơ gây độc cho quần thể sinh vật và ảnh hưởng sức khoẻ cộng đồng

Ở các ngành công nghiệp dệt may, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11, chỉ số nhu cầu oxi sinh hoá (BOD), nhu cầu oxi hoá học (COD) có thể lên đến 700mg/L

và 2.500mg/L, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xianua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề các

nguồn nước bề mặt trong vùng dân cư Do đó vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn nước

Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất Trong đó, lượng nước thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn

Bảng 1.2: Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm [10]

Sản xuất vải sợi bông (tổng hợp/bông, visco) Sản xuất vải sợi pha Sản xuất vải, sợi len và pha (tổng hợp/len)

1.2 Giới thiệu chung về tím tinh thể, metyl đỏ

1.2.1 Tím tinh thể

Tím tinh thể hay tím gentian là thuốc nhuộm triarylmethan Loại thuốc nhuộm này được dùng để nhuộm mô và dùng trong phương pháp Gram để phân loại vi khuẩn Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và anthelmintic, từng được coi

là chất sát trùng hàng đầu Tác dụng y học của chất này đã được thay thế bởi các loại thuốc mới, mặc dù nó vẫn nằm trong danh sách của Tổ chức Y tế thế giới

Công thức phân tử : C25N3H30Cl

Công thức cấu tạo:

Khối lượng phân tử: 407,979 g/mol; Nhiệt độ nóng chảy: 205 °C

Khi hòa tan trong nước, tím tinh thể có màu tím-lam Màu của thuốc nhuộm phụ thuộc vào độ axit của dung dịch Ở pH = 1,0 thuốc nhuộm có màu xanh lá cây trong khi với dung dịch siêu axit, thuốc nhuộm có màu vàng

Màu sắc khỏc nhau của thuốc nhuộm là do phõn tử thuốc nhuộm thay đổi trạng thỏi khỏc nhau Ở dạng màu vàng, cả ba nguyờn tử nitơ cú điện tớch dương trong đú 2 nguyờn tử nhận proton, trong khi ở dạng cú màu xanh lỏ cõy, thuốc nhuộm cú 2 nguyờn tử nitơ thay đổi điện tớch Ở pH trung tớnh, cả hai proton nhận thờm chuyển vào dung dịch, chỉ cũn lại một trong cỏc nguyờn tử nitơ mang điện tớch dương pKa

khi mất 2 proton vào khoảng 1,15 và 1,8 [33]

1.2.2 Metyl đỏ

Metyl đỏ là chất bột màu đỏ, ớt tan trong nước, độ tan xấp xỉ 0,1 g/L, tan nhiều trong cồn Metyl đỏ thuộc loại thuốc nhuộm axit do cú một nhúm –COOH và chứa một liờn kết –N=N– trong phõn tử

Cụng thức phõn tử : C15H15N3O2

Cụng thức cấu tạo:

Khối lượng phõn tử: 327,34 g/mol

Trong cụng nghiệp metyl đỏ thường được sử dụng để nhuộm cỏc loại sợi động vật, cỏc loại sợi cú chứa nhúm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong mụi trường axit, cơ chế nhuộm màu như sau:

Cation có màu đỏ Metyl đỏAnion có màu vàng

Metyl đỏ cú tớnh độc, nếu nhiễm độc metyl đỏ cú thể gõy ra cỏc bệnh về da, mắt, đường hụ hấp, đường tiờu hoỏ [7]

1.3 Giới thiệu về phương phỏp hấp phụ

1.3.1 Cỏc khỏi niệm

1.3.1.1 Sự hấp phụ

Hấp phụ là sự tớch lũy chất trờn bề mặt phõn cỏch cỏc pha (khớ - rắn, lỏng-rắn, khớ-lỏng, lỏng-lỏng) Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt cú khả năng hỳt cỏc phần tử của pha khỏc nằm tiếp xỳc với nú Chất bị hấp phụ là chất bị hỳt ra khỏi pha thể tớch đến tập trung trờn bề mặt chất hấp phụ

Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người

ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ Hấp phụ hoá học gây ra bởi lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ

Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ là tương đối

vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý

và hấp phụ hoá học Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hoá học tăng lên [8]

1.3.1.2 Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông qua các yếu tố sau:

- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ

- Tăng nhiệt độ

- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH môi trường

- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt chất rắn

- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật

Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ đã được sử dụng: phương pháp nhiệt, phương pháp hoá lý, phương pháp vi sinh [3]

1.3.1.3 Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

m

).V C (C

q o  cb

 (1.1)

q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (L)

m: khối lượng chất hấp phụ (g)

Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)

Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)

- Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)

- Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)

1.3.2 Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt hấp phụ được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt: phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry, phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, [8]

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Henry [8]

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry: là phương trình đẳng nhiệt đơn giản

mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:

a = K P (1.3) Trong đó:

K: hằng số hấp phụ Henry

a: lượng chất bị hấp phụ (mol/g)

P: áp suất (mmHg)

Từ số liệu thực nghiệm cho thấy vùng tuyến tính này nhỏ Trong vùng đó, sự tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn là không đáng kể

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich [8]

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trình thực nghiệm mô tả

q 1 (1.4) Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

C cb

n k

lg   (1.5) Trong đó:

k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác

n: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nồng độ thấp của chất

bị hấp phụ

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [8]

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

cb

cb

m axb.C1

b.Cq

q



 (1.6) Trong đó:

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

b: hằng số Langmuir

Khi tích số b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.Ccb: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

Khi tích số b.Ccb >> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hoà

Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:

b q

C q q

C

cb cb

11

m ax

m ax



 (1.7) Phương trình Langmuir được đặc trưng bằng tham số RL

RL = 1/(1+b.C0) (1.8) 0< RL<1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là không thuận lợi, và

 Một số mô hình động học hấp phụ:

Mô hình giả động học hấp phụ bậc 1

Tốc độ của quá trình hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào dung lượng chất hấp phụ theo phương trình [17], [21]:

k1: hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình động học bậc 1 (thời gian-1)

qe, qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g)

Thực hiện phép phân li biến số và lấy tích phân hai vế phương trình (1.9) ta được:

Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lg(q e – q t ) vào t

Phương trình (1.11) được gọi là phương trình giả động học bậc 1 [22]

Mô hình giả động học hấp phụ bậc 2

Theo mô hình này tốc độ của quá trình hấp phụ phụ thuộc bậc hai vào dung lượng của chất hấp phụ theo phương trình [17], [21], [22], [14], [20], [19]:

2 t

k2: hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình giả động học bậc 2 (g/mg.thời gian)

qe, qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g)

Thực hiện phép phân li biến số và lấy tích phân hai vế biểu thức (1.13) và biến đổi ta được:

2

e 2 t

e 2

q k tq

1 q k t



Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của t/qt vào t, ta xác định được qe và k2

1.3.4 Hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước là hấp phụ hỗn hợp, vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp đó

Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất

bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất

bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực và ngược lại Đối với các chất có độ phân cực cao, ví dụ các ion kim loại hay một số dạng phức oxy anion như SO2

4 , PO3

4 , CrO2

4 … thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép Các ion hoặc các phân tử có độ phân cực cao trong nước bị bao bọc bởi một lớp vỏ là các phân tử nước, do đó bán kính (độ lớn) của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tương tác tĩnh điện Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn sẽ được hấp phụ tốt hơn do độ phân cực cao hơn và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch

Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương hoặc trung hoà tùy thuộc giá trị pH Tại giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề mặt

chất hấp phụ tích điện âm và dưới giá trị đó bề mặt hấp phụ tích điện dương Đối với các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các nhóm chức

và các cấu tử trao đổi cũng phụ thuộc vào pH của môi trường, đồng thời trong hệ cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và tạo phức chất [3]

Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản,… cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [3]

1.4 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng chất hữu cơ mang màu

Có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng một chất, từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như: phương pháp dãy chuẩn nhìn màu, phương pháp chuẩn độ so sánh màu, phương pháp cân bằng màu bằng mắt… Các phương pháp này đơn giản, không cần máy móc đo phổ nhưng chỉ xác định được nồng độ gần đúng của chất cần định lượng, nó thích hợp cho việc kiểm tra ngưỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay không Các phương pháp phải sử dụng máy quang phổ như: phương pháp đường chuẩn, phương pháp dãy tiêu chuẩn, phương pháp chuẩn độ trắc quang, phương pháp cân bằng, phương pháp thêm, phương pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và đối tượng phân tích cụ thể mà ta chọn phương pháp thích hợp Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis cụ thể là phương pháp đường chuẩn để định lượng các chất hữu cơ mang màu [4]

1.5 Giới thiệu về cây sen

Cây sen có tên khoa học là Nelumbo nucefera Geartn [1], có nguồn gốc từ Ấn

Độ, thuộc họ sen, là một trong những loại thực vật hạt trần phát triển rất sớm trên Trái Đất và được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới Sen là loại cây cảnh đẹp, được nhiều người ưa thích Cây thường được trồng làm cây cảnh ngoại thất, trồng trong ao hồ nhân tạo hay tự nhiên

Các bộ phận của cây sen như cánh hoa, nhị hoa, hạt sen, củ sen được sử dụng làm thực phẩm hay để tô điểm các món ăn thêm phần hấp dẫn Tâm sen nằm trong các hạt sen được lấy ra từ bát sen cũng được sử dụng trong y học truyền thống châu Á như là một loại thuốc có tác dụng an thần và thanh nhiệt [1]

Lá sen có đặc điểm không thấm nước Hiện tượng này được ứng dụng trong khoa học vật liệu, gọi là hiệu ứng lá sen, để chế tạo các bề mặt tự làm sạch

Hiện nay Trung Quốc là nước trồng cây sen đứng hàng đầu trên thế giới với diện tích khoảng 140000 ha Năng suất của sen khoảng 22,5 tấn/ha/năm Sản lượng

củ sen khoảng 3 triệu tấn/năm Đứng thứ hai trên thế giới là Nhật Bản với diện tích khoảng 5000 ha Sản lượng củ sen đạt khoảng 72000 tấn/năm Đài Loan có diện tích trồng sen không đáng kể, sản lượng của sen hằng năm chỉ khoảng 600-700 tấn Hàn Quốc có diện tích trồng sen chỉ khoảng 300 ha nhưng năng suất củ đạt khoảng 31,83 tấn/ha/năm Ở Việt Nam, cây sen được trồng trong ao hồ khắp cả nước, đặc biêt tại các vùng Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên (Đồng Bằng Sông Cửu Long), An Giang, Hưng Yên, Bắc Ninh, Hà Nam [1]

Việt Nam là nước có sản lượng sen lớn, hàng năm cung cấp từ vài trăm đến

1000 tấn hạt sen cho thị trường trong nước và xuất khẩu Tuy nhiên sau khi thu hoạch hạt thì các bộ phận của cây sen hầu hết bị thải bỏ, ít được sử dụng Như vậy, hàng năm sau mỗi vụ thu hoạch sẽ có một số lượng rất lớn các bộ phận của cây sen bị loại

bỏ không qua xử lý, đó không chỉ là một sự lãng phí tài nguyên, mà còn gây ra vấn đề

vệ sinh môi trường trong quá trình phân hủy Thành phần hóa học của lá sen bao gồm các loại alkaloid 0,77-0,84% là: nuciferin, N-nornuciferin, N-norarmepavin và isoquercitrin …[1], [9] có chứa các nhóm -OH, -NH có khả năng hấp phụ các phẩm nhuộm trong môi trường nước, thêm đặc tính nhẹ, xốp và chứa 40% là xenlulozo, cho nên một số bộ phận của cây sen có khả năng biến tính trở thành vật liệu hấp phụ tốt

1.6 Một số hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ tím tinh thể và metyl đỏ

Những năm gần đây, các nhà khoa học trong và ngoài nước có xu hướng nghiên cứu nhằm tìm ra những vật liệu hấp phụ có chi phí thấp, tận dụng được những phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp hoặc chất thải để loại bỏ một số hợp chất hữu cơ trong nước như: tím tinh thể, metyl đỏ, xanh metylen, metyl da cam, alizarin vàng G,

đỏ công gô…Các vật liệu này có ưu điểm là giá thành rẻ, hiệu quả cao và còn giảm thiểu được bùn hóa học, bùn sinh học

H Mas Haris và các cộng sự [31] đã nghiên cứu cơ chế hấp phụ metyl đỏ từ xơ chuối và thấy rằng điều kiện hấp phụ tốt nhất đối với nồng độ metyl đỏ ban đầu là

500 mg/L, pH = 3, khối lượng vật liệu hấp phụ là 0,2g, nhiệt độ thích hợp là 25 đến

270C và thời gian đạt cân bằng là 150 phút Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với metyl đỏ là 88,50 mg/g

Tác giả Equbal Ahmad Khan và cộng sự [30] đã sử dụng vỏ táo (Annona squamosal) tiến hành than hóa bằng K2CO3 và H3PO4 chế tạo than hoạt tính để nghiên cứu loại bỏ metyl đỏ từ dung dịch nước, cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo

mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ đối với vật liệu đã than hóa bằng K2CO3 và H3PO4 lần lượt là 226,9 mg/g và 435,25 mg/g

Tác giả Karla Aparecida Guimarães Gusmão và các cộng sự [28] đã chế tạo thành công vật liệu hấp phụ từ bã mía để loại bỏ metylen xanh (MB) và tím tinh thể (GV) bằng cách biến tính bởi anhiđrit sucxinic, cho thấy khả năng hấp phụ tối đa cho metylen xanh và tím tinh thể lần lượt là 478,5 mg/g và 1273,2 mg/g trong cùng điều kiện tối ưu về pH = 8,0 Sự hấp phụ MB và GV của vật liệu hấp phụ tuân theo phương trình động học hấp phụ bậc 2 biểu kiến của Lagergren

Tác giả Karla Aparecida Guimarães Gusmão và các cộng sự [16] đã nghiên cứu

sự hấp phụ thuốc nhuộm cation (metylen xanh và tím tinh thể) bằng vật liệu bã mía được biến tính bởi EDTA đianhiđrit (EDTAD) trong môi trường nước Các kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ tối đa cho metylen xanh và tím tinh thể lần lượt là 202,43 mg/g và 327,83 mg/g trong cùng điều kiện tối ưu về pH = 8,0 Sự hấp phụ thuốc nhuộm cation của vật liệu hấp phụ tuân theo phương trình động học bậc 2 biểu kiến của Lagergren và mô hình đẳng nhiệt Langmuir

Tác giả Bruno Christiano Silva Ferreira và các cộng sự [26] đã tận dụng bã mía

để chế tạo vật liệu hấp phụ bằng cách biến tính bởi axit Meldrum và sử dụng một hệ thống không dung môi VLHP rất hiệu quả trong việc loại bỏ tím tinh thể ra khỏi nước trong điều kiện tối ưu về pH = 7,0, thời gian đạt cân bằng là 12 giờ với dung lượng hấp phụ cực đại là 692,1 mg/g ở 45oC theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Tác giả M Rajeswari Kulkarni và cộng sự [18] đã nghiên cứu sử dụng bột rễ của cây lục bình làm vật liệu hấp phụ loại bỏ tím tỉnh thể khỏi dung dịch nước Các kết quả cho thấy vật liệu hấp phụ từ rễ lục bình có khả năng hấp phụ tối đa 322,58mg/g tím tinh thể theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir với các điều kiện tối ưu:

pH = 7,8; thời gian đạt cân bằng là 120 phút Quá trình hấp phụ tím tinh thể của bột

rễ lục bình tuân theo phương trình động học hấp phụ bậc 2 biểu kiến của Lagergren Tác giả Nguyễn Thị Thanh Tú [13] đã tiến hành chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía thông qua xử lí bằng HCHO và H2SO4 để hấp phụ metyl đỏ từ dung dịch nước Quá trình hấp phụ metyl đỏ của hai VLHP được mô tả khá tốt mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại là 46,75 mg/g đối với VLHP xử lí bằng HCHO và 63,00 mg/g đối với VLHP xử lí bằng H2SO4 với pH = 7

Tác giả Nguyễn Vân Hương [5] đã nghiên cứu biến tính bề mặt than hoạt tính Trà Bắc bằng HNO3, H2O2 và khảo sát khả năng hấp phụ một số phẩm màu (metyl

đỏ, metyl da cam, alizarin vàng G) trong nước thải dệt nhuộm Kết quả nghiên cứu cho thấy than hoạt tính Trà Bắc sau khi biến tính bằng tác nhân oxi hóa (HNO3 và

H2O2) cho hiệu suất loại bỏ phẩm nhuộm cao hơn so với than hoạt tính ban đầu Ngoài ra, khả năng hấp phụ cả ba loại phẩm nhuộm của than hoạt tính đã xử lí bằng HNO3 (metyl đỏ: 9,80 mg/g; metyl da cam: 9,34 mg/g; alizarin vàng G: 7,25 mg/g) cao hơn than hoạt tính xử lí bằng H2O2 (metyl đỏ: 7,94 mg/g; metyl da cam: 7,75 mg/g; alizarin vàng G: 6,10 mg/g)

Một số tác giả cũng tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ tím tinh thể trên các loại vật liệu hấp phụ khác nhau như: rơm lúa mì [27], gỗ mùn cưa [25], vỏ hạt hướng dương [29], than hoạt tính từ vỏ trấu [32], bentonit [24]… kết quả thu được cho thấy khả năng hấp phụ của các vật liệu hấp phụ đối với tím tinh thể cho dung lượng hấp phụ cực đại khá cao

Chương 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Thiết bị và hóa chất

2.1.1 Thiết bị

- Cân điện tử 4 số Precisa XT 120A - Switland (Thụy Sỹ)

- Tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc)

- Máy đo pH Precisa 900 (Thụy Sỹ)

- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-vis 1700 (Shimadzu - Nhật Bản)

- Máy lắc IKA-KS-260 basic (Anh)

7 - Cồn tuyệt đối (C2H5OH)

Các hóa chất sử dụng để nghiên cứu đều có độ tinh khiết PA

2.2 Chế tạo VLHP từ cây sen

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu được sử dụng trong luận văn là cây sen (đài, lá và thân), cây sen được thu thập tại đầm sen thuộc xã Yên Bắc, huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam Cây sen sau khi thu hoạch được rửa sạch bằng nước máy và nước cất nhiều lần để loại bỏ bụi bẩn,

đem phơi khô Sau đó được rửa lại bằng nước cất và sấy khô ở 60oC Cây sen khô được nghiền nhỏ bằng máy nghiền sau đó rây thu được nguyên liệu (NL)

2.2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ

Nhằm nâng cao khả năng hấp phụ của cây sen, NL là cây sen được hoạt hóa bằng anđehit fomic

Cách tiến hành như sau:

Cân một lượng xác định NL khô đã nghiền nhỏ rồi trộn với dung dịch anđehit fomic 1% theo tỉ lệ khối lượng NL (g) : thể tích anđehit fomic 1% (mL) = 1 : 5, sau

đó đem sấy ở 50oC trong 4 giờ Lọc thu lấy phần rắn, rửa sạch bằng nước cất một lần

để loại bỏ lượng anđehit fomic dư và sấy ở 80oC cho đến khô thu được vật liệu hấp phụ (VLHP) [23]

2.3 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch tím tinh thể, metyl đỏ 2.3.1 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch tím tinh thể

Cân chính xác 0,025g tím tinh thể trên cân điện tử 4 số Precisa XT 120A - Switland (Thụy Sỹ) Pha lượng tím tinh thể trên bằng cồn tuyệt đối sau đó bình định mức 500mL ta được dung dịch gốc có nồng độ 50 mg/L Từ dung dịch gốc trên pha thành dung dịch có nồng độ 5mg/L, điều chỉnh môi trường của dung dịch đến pH = 8 Sau đó đo độ hấp thụ quang A trong vùng bước sóng khả kiến từ 410 đến 700 nm với

sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm

2.3.2 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl đỏ

- Cân chính xác 0,025g metyl đỏ trên cân điện tử 4 số Precisa XT 120A - Switland (Thụy Sỹ)

- Hòa tan lượng metyl đỏ trên bằng cồn 60o, định mức đến thể tích 500mL ta được dung dịch gốc có nồng độ 50 mg/L Sau đó pha loãng để được dung dịch metyl

2.4 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của tím tinh thể và metyl đỏ

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của tím tinh thể

Tiến hành lập đường chuẩn theo các bước sau:

- Từ dung dịch tím tinh thể nồng độ 50 mg/L ở trên pha thành các dung dịch có nồng độ 10mg/L; 8mg/L; 6mg/L; 5mg/L; 4mg/L; 2mg/L

- Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch trên ở bước sóng λ= 589,5nm theo thứ tự: mẫu trắng, dung dịch có nồng độ từ thấp đến cao Với sự hỗ trợ của hệ thống máy

đo quang và phần mềm ta lập được đường chuẩn của tím tinh thể

2.4.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl đỏ

Tiến hành tương tự như trên với metyl đỏ từ dung dịch gốc có nồng độ 50mg/L pha thành các dung dịch có nồng độ 50mg/L; 40mg/L; 30mg/L; 25mg/L; 20mg/L; 15mg/L; 10mg/L; 5mg/L Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M để điều chỉnh môi trường của các dung dịch đến pH = 7 Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch trên ở bước sóng λ=430nm theo thứ tự: mẫu trắng, dung dịch có nồng độ từ thấp đến cao.Với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường chuẩn của metyl đỏ

2.5 Một số đặc trưng của VLHP

2.5.1 Diện tích bề mặt riêng (BET)

Diện tích bề mặt riêng của vật liệu được xác định theo phương pháp BET trên máy TriStar 3000-Micromeritics (USA) tại khoa Hóa học - Đại học Sư Phạm Hà Nội

2.5.2 Phổ hồng ngoại (IR)

Để nhận biết các nhóm chức của vật liệu, chúng tôi tiến hành chụp phổ hồng ngoại của nguyên liệu và VLHP trên máy đo phổ hồng ngoại FT-IR Perkin Elmer tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.5.3 So sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP

Tiến hành so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP như sau:

Cân chính xác 0,05g các mẫu nguyên liệu và VLHP vào bình tam giác dung tích 100mL Cho vào mỗi bình tam giác đó riêng biệt 25mL dung dịch tím tinh thể, metyl

đỏ có nồng độ lần lượt là 205,88 mg/L; 195,13 mg/L Tiến hành lắc trên máy lắc trong khoảng thời gian 150 phút ở nhiệt độ phòng (~25oC) với tốc độ lắc 200

vòng/phút Sau đó, xác định nồng độ còn lại của tím tinh thể, metyl đỏ trong dung dịch sau hấp phụ với các điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.5.4 Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được

Chuẩn bị các dung dịch NaCl 0,1M có pH tăng dần từ 3,30 đến 10,40 được điều chỉnh bằng các dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M Lấy 09 bình tam giác cho vào mỗi bình 0,05g VLHP Sau đó cho lần lượt vào các bình tam giác 50mL dung dịch NaCl 0,1M có pH tăng dần đã chuẩn bị sẵn Để trong vòng 24 giờ, rồi sau đó đem lọc lấy dung dịch và xác định lại pH (pHf) của các dung dịch trên Sự chênh lệch giữa pH ban đầu (pHi) và pH cân bằng (pHf) là ΔpH = pHi - pHf, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ΔpH vào pHi, điểm giao nhau của đường cong với tọa độ mà tại đó giá trị ΔpH = 0 cho ta điểm đẳng điện cần xác định

2.6 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ tím tinh thể, metyl

đỏ của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh

2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH

2.6.1.1 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của VLHP

Lấy các bình tam giác dung tích 100 mL có đánh số thứ tự, mỗi bình chứa 0,05g VLHP và 25mL dung dịch tím tinh thể có nồng độ 185,88 mg/L Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M để điều chỉnh pH của các dung dịch đến các giá trị tương ứng là 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11 và 12 Tiến hành lắc các mẫu trên với tốc

độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (~25oC) với thời gian 150 phút, sau đó xác định nồng độ tím tinh thể sau hấp phụ trong dung dịch với các điều kiện tối ưu như xây dựng đường chuẩn

2.6.1.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của VLHP

Lấy các bình tam giác dung tích 100 mL có đánh số thứ tự, mỗi bình chứa 0,05g VLHP và 25mL dung dịch metyl đỏ có nồng độ 226,29 mg/L Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M để điều chỉnh pH của các dung dịch đến các giá trị tương ứng là 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 và 10 Tiến hành lắc các mẫu trên với tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (~25oC) với thời gian 150 phút, sau đó xác định nồng độ metyl đỏ sau hấp phụ trong dung dịch với các điều kiện tối ưu như xây dựng đường chuẩn

2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP

2.6.2.1 Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của VLHP

Để khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ tím tinh thể chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:

Cho vào từng bình tam giác VLHP có lần lượt các khối lượng là: 0,02g; 0,03g; 0,04g; 0,05g; 0,06g; 0,1g; 0,15g Thêm 25mL dung dịch tím tinh thể có nồng độ 185,38 mg/L cho vào các bình tam giác trên Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1

M để điều chỉnh các dung dịch trên đến pH~10 Lắc các dung dịch trên máy lắc với tốc

độ 200 vòng/phút trong 150 phút ở nhiệt độ phòng Lọc bỏ phần rắn, xác định nồng độ trước và sau khi hấp phụ của dung dịch tím tinh thể, trong dung dịch tương ứng với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.6.2.2 Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của VLHP

Để khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ metyl

đỏ chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:

Chuẩn bị các bình tam giác thể tích 100mL Cho vào các bình tam giác VLHP lần lượt có các khối lượng là: 0,01g; 0,02g; 0,03g; 0,04g; 0,05g; 0,06g; 0,07g; 0,09g Thêm 25mL dung dịch metyl đỏ có nồng độ 199,0 mg/L cho vào các bình tam giác Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1 M để điều chỉnh các dung dịch trên đến pH~7 Lắc các dung dịch trên máy lắc với tốc độ 200 vòng/phút trong 90 phút ở nhiệt độ phòng Lọc bỏ phần rắn, xác định nồng độ trước và sau khi hấp phụ của dung dịch metyl đỏ trong dung dịch tương ứng với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian

2.6.3.1 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của VLHP

Để khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của VLHP, chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:

Cho vào mỗi bình tam giác 0,05g VLHP Cho 25mL dung dịch tím tinh thể có nồng độ 184,45 mg/L cho vào các bình trên Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1

M để điều chỉnh các dung dịch trên đến pH ~ 10 Lắc các dung dịch trên máy lắc với tốc độ 200 vòng/phút theo thời gian lần lượt là: 5, 15, 30, 60, 90, 120, 150, 180 phút Lọc bỏ phần rắn, xác định nồng độ trước và sau khi hấp phụ của dung dịch tím tinh thể trong dung dịch tương ứng với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.6.3.2 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của VLHP

Để khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của VLHP, chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:

Chuẩn bị các bình tam giác thể tích 100mL Cho vào mỗi bình 0,05g VLHP Dùng pipet hút chính xác 25mL dung dịch metyl đỏ có nồng độ 195,00mg/L cho vào các bình trên Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M điều chỉnh pH các dung dịch đến pH ~ 7 Lắc các dung dịch trên máy lắc với tốc độ 200 vòng/phút theo thời gian lần lượt là: 5, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180 phút Lọc bỏ phần rắn, xác định nồng độ trước và sau khi hấp phụ của dung dịch metyl đỏ trong dung dịch tương ứng với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

2.6.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của VLHP

Tiến hành khảo sát nhiệt độ theo các bước sau:

Chuẩn bị 3 bình tam giác có dung tích 100 mL Cho 25 mL dung dịch tím tinh thể

có nồng độ 196,72 mg/L vào các bình trên, dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M điều chỉnh pH các dung dịch đến pH ~ 10 Sử dụng máy khuấy từ gia nhiệt điều chỉnh nhiệt độ mỗi bình tương ứng là 303K, 313K, 323K Cho vào mỗi bình tam giác trên 0,05 gam VLHP và khuấy trong thời gian 150 phút, tốc độ khuấy 200 vòng/phút Xác định nồng độ trước và sau khi hấp phụ của dung dịch tím tinh thể trong dung dịch tương ứng với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.6.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của VLHP

Tiến hành khảo sát nhiệt độ theo các bước sau:

Chuẩn bị 3 bình tam giác có dung tích 100 mL Cho 25 mL dung dịch metyl đỏ có nồng độ 184,76 mg/L vào các bình trên, dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M điều chỉnh pH các dung dịch đến pH ~ 7 Sử dụng máy khuấy từ gia nhiệt điều chỉnh nhiệt

độ mỗi bình tương ứng là 303K, 313K, 323K Cho vào mỗi bình tam giác trên 0,05

gam VLHP và khuấy trong thời gian 90 phút, tốc độ khuấy 200 vòng/phút Xác định nồng độ trước và sau khi hấp phụ của dung dịch metyl đỏ trong dung dịch tương ứng với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.6.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu

2.6.5.1 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của VLHP

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100mL, cho 0,05g VLHP vào mỗi bình Thêm vào đó 25mL dung dịch tím tinh thể có nồng độ đầu thay đổi: 47,49; 94,29; 147,98; 167,01; 186,69; 245,41; 325,57; 381,48 mg/L Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M để chỉnh pH của dung dịch đến pH ~ 10 Tiến hành lắc đều với tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (~25oC) trong 150 phút, sau đó xác định nồng

độ tím tinh thể sau hấp phụ với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn

2.6.5.1 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của VLHP

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100mL Cho 0,05g VLHP vào mỗi bình trên và thêm vào đó 25mL dung dịch metyl đỏ có nồng độ đầu thay đổi: 95,83; 148,17; 195,13; 297,83; 350,77; 396,87 mg/L Dùng dung dịch NaOH 0,1M và dung dịch HCl 0,1M điều chỉnh pH các dung dịch trên đến pH ~ 7 Tiến hành lắc đều các bình trên với tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (~25oC) trong 90 phút, sau đó xác định lại nồng độ metyl đỏ sau hấp phụ với điều kiện đã thiết lập như xây dựng đường chuẩn