Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh metyl da cam của vật liệu hấp phụ chế tạo từ đài sen

Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh .... Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THÙY LINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH,

METYL DA CAM CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHẾ TẠO TỪ ĐÀI SEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thái Nguyên - 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THÙY LINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYLEN XANH,

METYL DA CAM CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHẾ TẠO TỪ ĐÀI SEN

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Thị Hậu

Thái Nguyên - 2017

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

Xác nhận của khoa chuyên môn

PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

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 04 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Thùy Linh

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các từ viết tắt iv

Danh mục bảng biểu v

Danh mục các 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 metylen xanh, metyl da cam 7

1.2.1 Metylen xanh 7

1.2.2 Metyl da cam 8

1.3 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 9

1.3.1 Các khái niệm 9

1.3.2 Quá trình hấp phụ động trên cột 11

1.3.3 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 12

1.3.4 Hấp phụ trong môi trường nước 16

1.4 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng chất hữu cơ mang màu 17

1.4.1 Phương pháp trắc quang 17

1.4.2 Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang 19

1.5 Giới thiệu về cây sen, đài sen ở Việt Nam 19

1.6 Một số hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ của metylen xanh và metyl da cam và sử dụng cây sen làm VLHP 21

1.6.1 Một số hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ của metylen xanh và metyl da cam 21

1.6.2 Một số hướng nghiên cứu sử dụng cây sen làm VLHP 23

1.7 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 24

1.7.1 Phương pháp phổ hồng ngoại IR 24

1.7.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 25

Chương 2 THỰC NGHIỆM 26

2.1 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 26

2.1.1 Thiết bị và dụng cụ 26

2.1.2 Hóa chất 26

2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ 27

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 27

2.2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ 27

2.3 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh, metyl da cam 27

2.3.1 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh 27

2.3.2 Khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl da cam 28

2.4 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ 28

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metylen xanh 28

2.4.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl da cam 28

2.5 Một số đặc trưng của VLHP 28

2.5.1 Khảo sát đặc điểm bề mặt của VLHP 28

2.5.2 Phổ hồng ngoại IR 28

2.5.3 So sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 29

2.5.4 Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được 29

2.6 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 29

2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 29

2.6.2 Ảnh hưởng của khối lượng 30

2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP 30

2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 31

2.6.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 31

2.7 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 31

2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 31

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh, metyl da cam 33

3.1.1 Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metylen xanh 33

3.1.2 Kết quả khảo sát cực đại hấp thụ ánh sáng của dung dịch metyl da cam 34

3.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh, metyl da cam 35

3.2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metylen xanh 35

3.2.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl da cam 35

3.3 Kết quả một số đặc trưng của VLHP 36

3.3.1 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 36

3.3.2 Phổ hồng ngoại (IR) 37

3.3.3 Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 40

3.3.4 Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được 40

3.4 Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 42

3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH 42

3.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng VLHP/thể tích dung dịch (nồng độ đầu xác định) 44

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP 47

3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 50

3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 52

3.5 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 54

3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 54

3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 57

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆUTHAM KHẢO 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU

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 [16] 7

Bảng 3.1: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metylen xanh ở các bước sóng khác nhau 33

Bảng 3.2: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl da cam ở các bước sóng khác nhau 34

Bảng 3.3: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metylen xanh với các nồng độ khác nhau 35

Bảng 3.4: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl da cam với các nồng độ khác nhau 35

Bảng 3.5 : Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 40

Bảng 3.6: Số liệu xác định điểm đẳng điện của VLHP 41

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của VLHP 42

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng VLHP/thể tích dung dịch (nồng độ đầu xác định) đến khả năng hấp phụmetylen xanh, metyl da cam của VLHP 45

Bảng 3.9 Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của VLHP vào thời gian 48

Bảng 3.10: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam vào nhiệt độ 50

Bảng 3.11: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ của VLHP vào nồng độ đầu 52

Bảng 3.12: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir 54

Bảng 3.13: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh 55

Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam 57

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của xanh metylen 7

Hình 1.2 Công thức cấu tạo cation MB+ 8

Hình 1.3 Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen 8

Hình 1.4 Mô hình cột hấp phụ 11

Hình 1.5 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp

phụ theo thời gian 12

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metylen xanh vào bước sóng 33

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metyl da cam vào bước sóng 34

Hình 3.3 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 35

Hình 3.4 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam 36

Hình 3.5 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của nguyên liệu 36

Hình 3.6 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của VLHP 36

Hình 3.7 Phổ hồng ngoại (IR) của nguyên liệu 38

Hình 3.8 Phổ hồng ngoại (IR) của VLHP 39

Hình 3.9 Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP 40

Hình 3.10 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 41

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào pH 43

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp thụ metyl da cam vào pH của VLHP 43

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào tỷ lệ khối lượng VLHP/ thể tích dung dịch 46

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam của VLHP vào tỷ lệ khối lượng VLHP/thể tích dung dịch 46

Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào thời gian 49

Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam

vào thời gian 49

Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào nhiệt độ 51

Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam vào nhiệt độ 51

Hình 3.19 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metylen xanh 53

Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của metylen xanh 53

Hình 3.21 Đường đẳng nhiệt Langmuir của VLHP đối với metyl da cam 53

Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của metyl da cam 53

Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh 56

Hình 3.24 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam 58

MỞ ĐẦU

Môi trường là nhân tố có ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi con người, mỗi quốc gia trên thế giới, chính vì vậy bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển bền vững là vấn đề có tính sống còn của mỗi quốc gia Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền công nghiệp, các nhà máy khu chế xuất ngày càng tăng Mỗi năm những nhà máy, khu chế xuất này thải ra một lượng nước thải lớn gây ô nhiễm môi trường Nước ta là nước có ngành công nghiệp dệt nhuộm phát triển vì vậy hàng năm nước thải của ngành công nhiệp này chiếm một lượng đáng kể Lượng nước thải này chứa nhiều chất hữu cơ mang màu độc hại nếu không được xử lý, loại bỏ sẽ xâm nhập vào cơ thể tích tụ gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người, phá hủy cảnh quan môi trường tự nhiên

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 như vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, chi phí thấp, thân thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm Chính vì vậy đây là vấn đề đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu Trong lĩnh vực xử lý môi trường, ta có thể sử dụng vật liệu tự nhiên (đá ong, quặng sắt, đất bazan…) hay vật liệu chế tạo từ xơ dừa, vỏ trấu, bã mía, bã chè… 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 đài sen bị thải bỏ, không được sử dụng vào mục đích nào Đài 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 metylen xanh, metyl da cam của vật liệu hấp phụ chế tạo từ đài sen”

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

- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ đài sen

- Khảo sát một số đặc trưng vật lí của VLHP bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

- Khảo sát khả năng hấp phụ và một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu hấp phụ chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh, hấp phụ động

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 [20]

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 [20]

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 [20]

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 oxy 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 [18]

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

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 [3]

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 [2]

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 ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu ôxy hoá học (COD) có thể lên đến 700mg/1

và 2.500mg/1, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (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 [16]

Sản xuất vải sợi bông Sản xuất vải sợi pha

(tổng hợp/bông, visco)

Sản xuất vải, sợi len và pha

(tổng hợp/len)

Nấu – tẩy trắng Nấu – tẩy trắng Tẩy trắng (nếu yêu cầu)

1.2 Giới thiệu chung về metylen xanh, metyl da cam

1.2.1 Metylen xanh

Metylen xanh là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác như: tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, methylthioninium chloride, glutylene, có công thức phân tử là: C16H18N3SCl [4]

Công thức cấu tạo của metylen xanh như sau:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của xanh metylen

Metylen xanh có phân tử khối là 319,85 g/mol Nhiệt độ nóng chảy là: 100 - 110°C Khi tồn tại dưới dạng ngậm nước (C16H18N3SCl.3H2O) trong điều kiện tự nhiên, khối lượng phân tử của metylen xanh là 373,9 g/mol [17]

Metylen xanh là một chất màu thuộc họ thiozin, phân ly dưới dạng cation

MB+ là C16H18N3S+:

Hình 1.2 Công thức cấu tạo cation MB +

Metylen xanh có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào

Hình 1.3 Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen

Metylen xanh là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, là hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in Metylen xanh bị hấp thụ rất mạnh bởi các loại đất khác nhau Trong môi trường nước, metylen xanh bị hấp thu vào vật 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 metylen xanh vào trong không khí, nó sẽ tồn tại cả ở dạng hơi và bụi lơ lửng [20]

1.2.2 Metyl da cam

Metyl da cam là một chất bột tinh thể màu da cam, không tan trong dung môi hữu

cơ, khó tan trong nước nguội nhưng dễ tan trong nước nóng Metyl da cam là một monoazo thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, dệt may và các ngành công nghiệp khác Metyl da cam có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống, chuyển hóa thành các amin thơm bằng vi sinh đường ruột và thậm chí có thể dẫn tới ung thư

N N N

CH3

CH3NaO3S

Công thức phân tử: C14H14N3O3SNa

Công thức cấu tạo:

Metyl da cam: là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit Ka= 4.10-4 Trong môi trường kiềm và trung tính, nó có màu vàng là màu của anion:

Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton (H) chuyển thành cation màu đỏ:

1.3 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

1.3.1 Các khái niệm

1 1 1 h h

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí-rắn, lỏng-rắn, khí-lỏng, lỏng-lỏng) Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ

Tu 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 aals 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 r 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 [10]

- 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

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

m

).VC(C

q o  cb

 (1.1)

Trong đó:

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)

1.3.1.4 Hiệu su t h p ph

Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch ban đầu

o cb o

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

- Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) [10]

1.3.2 Quá trình hấp phụ động trên cột

Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau

Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:

Hình 1.4 Mô hình cột hấp phụ

1.Vùng hấp phụ bão hoà 2.Vùng chuyển khối

3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ Lối vào

Lối ra

Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân bằng Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào

Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng

độ ban đầu tới không

Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không

Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch

chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng chuyển khối chạm tới đáy cột Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng

độ của chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ

Hình 1.5 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp

phụ theo thời gian

Tại điểm cuối của cột hấp phụ, nồng độ của chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ của chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian được gọi là đường cong thoát và có dạng như hình 1.5

1.3.3 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

1.3.3 1 h nh ng h h h

Đối với hệ hấp phụ lỏng- rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau:

- Khuếch tán của các chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ

- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ

t

C

Co

O

- Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định toàn bộ quá trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định

Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:

dt

dx

v (1.3) Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian:

Co: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu (mg/l)

Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/l)

k: hằng số tốc độ hấp phụ

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

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

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren

)(

q

q e t e

303,2lg

)lg(    1 (1.6) Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:

2 ( e t)

t

q q k dt

t

e e t

1

12 2



 (1.8) Trong đó:

qe, qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại thời gian t (mg/g)

k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian-1) và bậc hai (g.mg-1 thời gian-1) biểu kiến

1.3.3 2 á m h nh ng nhiệt h h

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 reundlich và phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, [11]

h nh ng nhiệt h h n y

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 (1.9) 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

C k

q 1 (1.10) Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

cb

C n k

q lg 1lg

lg   (1.11) 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 reundlich 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

b.C1

b.Cq

q



 (1.12) 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

max max



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

RL = 1/(1+b.C0) (1.14) 0< RL<1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là không thuận lợi, và

RL=1 thì sự hấp phụ là tuyến tính

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 [2]

Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản,… cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [2]

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

1.4.1 Phương pháp trắc quang

Nguyên tắc: Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích được sử dụng

phổ biến nhất trong các phương pháp phân tích hóa lý Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X [5]

Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer - Lambert-Beer Biểu thức của định luật:

- I0, I lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏ i dung dịch

- l là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua

Do đó, nếu đo A tại một bước sóng λ nhất định với cuvet có bề dày l xác định thì đường biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đường thẳng Tuy nhiên,

do những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thị trên không có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ Và biểu thức 1.16

có dạng:

Aλ = k.ε.L.(Cx)b (1.17) Trong đó:

- Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch

- k: hằng số thực nghiệm

- b: hằng số bản chất có giá trị 0 < b ≤ 1 Nó là một hệ số gắn liền với nồng

độ Cx

Giá trị b = 1 khi nồng độ Cx nhỏ, khi Cx tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1

Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có

bề dày xác định thì ε = const và l = const Đặt K = k.ε.l ta có:

b

C K

A  ( 1.18)Với mọi chất có phổ hấp thụ phân tử vùng UV-Vis, thì luôn có một giá trị nồng độ giới hạn C

x

1.4.2 Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang

Có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng một chất bằng phương pháp trắc quang 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 đường chuẩn để định lượng các chất hữu cơ mang màu

Phương pháp đường chuẩn: Từ phương trình cơ sở A = K (C )b về

nguyên tắc, để xây dựng một đường chuẩn phục vụ cho việc định lượng một chất trước hết phải pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b = 1) Tiến hành đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch chuẩn đó Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo được dựng đồ thị

A = f(C), đồ thị A = f(C) gọi là đường chuẩn

Sau khi có đường chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện giống như khi xây dựng đường chuẩn Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều kiện đo như khi xây dựng đường chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng bước sóng) được các giá trị Ax Áp các giá trị Ax đo được vào đường chuẩn sẽ tìm được các giá trị nồng độ Cx tương ứng [5]

1.5 Giới thiệu về cây sen, đài sen ở Việt Nam

Cây sen có tên khoa học là Nelumbo nucefera Geartn, 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

Hiện nay Trung Quốc là nước trồng cây sen đứng hàng đầu trên thế giới với diện tích khoảng 140.000 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 5.000 ha Sản lượng củ sen đạt khoảng 72.000 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

Sen là loài thực vật thủy sinh, rễ, thân, cuống lá đều nằm dưới mặt nước, chỉ có phiến lá nằm ngay trên mặt nước và cuống hoa vươn khỏi mặt nước

+ Thân rễ (ngó sen) mập, mọc bò dài trong bùn, bén rễ ở những mấu, từ đó mọc lên thân và lá

+ Lá hình tròn, vượt lên khỏi mặt nước, đường kính 30-40 cm, màu lục xám, mép nguyên lượn sóng, giữa lá thường trũng xuống, mặt sau đôi khi điểm những đốm màu tía, gân hình khiên, hằn rõ; cuống lá dính vào giữa lá, dài 1 m hay hơn, có nhiều gai cứng nhọn

+ Đài sen dạng hình nón ngược mép lồi lõm, non màu vàng khi già chuyển màu xanh, nhẹ, xốp là bộ phận đế của hoa sen phát triển thành chứa hạt

Hiện nay ở Việt Nam, sau khi thu hoạch hạt thì đài sen hầu hết bị thải bỏ, ít được sử dụng Theo thống kê, ước tính nước ta có trên dưới 3000ha diện tích trồng sen với năng suất bình quân 30.000-45.000 đài sen/ha Như vậy, ta thấy hàng năm sau mỗi vụ thu hoạch sẽ có một số lượng rất lớn đài 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 đài sen gồm các loại alkaloid là: nuciferin, N-nornuciferin, N-norarmepavin và isoquercitrin…[12] 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, đài sen có khả năng biến tính trở thành vật liệu hấp phụ tốt

1.6 Một số hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ của metylen xanh và metyl da cam

Tác giả Lê Hữu Thiềng [17] nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh và metyl

da cam của các vật liệu chế tạo từ bã mía Với vật liệu được xử lý bằng fomandehit thì dung lượng hấp phụ metylen xanh và metyl da cam cực đại theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir là 58,55mg/g và 54,64mg/g với vật liệu được xử lý bằng H2SO4 và NaHCO3thì dung lượng hấp phụ cực đại là 90,91mg/g (đối với metylen xanh) và 59,88mg/g (đối với metyl da cam)

Tác giả Đỗ Trà Hương và các cộng sự [7] đã nghiên cứu cơ chế hấp phụ metylen xanh bằng bã chè và cho thấy pH tối ưu cho sự hấp phụ là 8, dung lượng cực đại hấp phụ đạt tới 178,57 mg/g

Tác giả [22] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh và metyl da cam trên bề mặt đá ong biến tính tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Dung lượng hấp phụ Metylen xanh và Metyl da cam cực đại của vật liệu lần lượt là: 55,56 mg/g và 66,67mg/g

Tác giả Đỗ Trà Hương và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen của vật liệu nanocompozit M CNTs/ e2O3 Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 150 phút; pH hấp phụ xanh metylen tối ưu là 6 Quá trình hấp phụ xanh metylen tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir (hằng số Langmuir K = 0,094L/g; qmax = 118,36mg/g) và tuân theo phương trình động học bậc 2 biểu kiến của Lagergren [6]

Tác giả Bùi Xuân Vững và Ngô Văn Thông [23] nghiên cứu về khả năng hấp phụ metylen xanh của bã cà phê có từ tính Vật liệu hấp phụ này thu được bằng cách

chiết bã cà phê bằng nước nóng tiếp xúc với dung dịch nano oxit sắt từ e3O4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ của metylen xanh lên vật liệu này như thời gian cân bằng hấp phụ, nhiệt độ, pH và nồng độ ban đầu đã được khảo sát và thu được kết quả như sau: pH tối ưu cho sự hấp phụ metylen xanh là 8, thời gian đạt cân bằng hấp phụ

là 60 phút và được mô tả khá tốt theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, dung lượng hấp phụ cực đại là 30,67 mg/g Vật liệu sau khi hấp phụ được thu hồi dễ dàng từ dung dịch nước bởi một nam châm vĩnh cửu

Tác giả Nguyễn Trung Thành cùng các cộng sự [15], Trung tâm trắc quang và

kỹ thuật tài nguyên môi trường An Giang đã nghiên cứu và chứng minh được khả năng hấp phụ metyl da cam của tro trấu từ lò đốt gạch thủ công với 200 mg tro trấu (đã hoạt hoá với hàm lượng H trong dung dịch là 10% thể tích) có khả năng loại bỏ 99% metyl da cam từ 50ml dung dịch metyl da cam (10mg/l) với thời gian hấp phụ là

30 phút, ở pH =5

Tác giả Phạm Thị Thanh Truyền và các cộng sự [21] đã chế tạo thành công vật liệu hấp phụ từ mùn cưa, và tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ metylen xanh của mùn cưa biến tính Kết quả thu được như sau: thời gian khuấy

là 40 phút và dung lượng hấp phụ cực đại khá cao đạt tới 114,94 mg/g

Tác giả Dương Thị Bích Ngọc và nhóm nghiên cứu [8] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh của vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ ngô và l i ngô Kết quả thu được chỉ sau 20 phút hiệu suất hấp phụ đạt tới 98% Khi các điều kiện tiến hành khảo sát đều như nhau thì l i ngô luôn cho dung lượng hấp phụ cao gấp gần 2 lần so với vỏ ngô Tác giả Nguyễn Thị Nguyệt [9] nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của vật liệu hấp phụ biến tính từ quặng sắt Trại Cau – Thái Nguyên (quặng sắt được biến tính bằng niken oxit) Kết quả cho thấy pH tối ưu cho sự hấp phụ metylen xanh là 7, của metyl da cam là 2, thời gian đạt cân bằng hấp phụ của cả metylen xanh và metyl da cam là 120 phút và được mô tả khá tốt theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir

Tác giả Đinh Quốc Hải [4] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của xanh metylen và metyl da cam của quặng apatit, dung lượng hấp phụ cực đại là 10,93 mg/g (đối với metylen xanh) và 1,40 mg/g (đối với metyl da cam)

Tác giả [19] đã tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ metyl da cam của tro trấu hoạt hóa So sánh về dung lượng hấp phụ cho thấy tro trấu sau khi hoạt hóa có khả năng hấp phụ metyl da cam cao (~ 33,5 mgMO/g), cao gấp 1,7 lần so với than hoạt tính (~ 19,2 mgMO/g) và 33,2 lần so với tro trấu thô (~ 1,01 mgMO/g)

Nhóm nghiên cứu của Ghosh [26] đã tiến hành chế tạo vật liệu hấp phụ từ cao lanh Nghiên cứu này cho thấy cao lanh có thể có hiệu quả trong việc loại bỏ metylen xanh ở nồng độ tương đối thấp từ môi trường nước

Gurses và các cộng sự [24] nghiên cứu việc loại bỏ metylen xanh bằng đất sét và quan sát thấy rằng khả năng hấp phụ metylen xanh của đất sét giảm khi nhiệt độ tăng

Sự hấp phụ này có thể đạt cân bằng hấp phụ sau 1 giờ

Shaobin ang và các cộng sự [30] đã nghiên cứu về các đặc tính vật lý và hóa học

bề mặt của than hoạt tính và sự hấp phụ metylen xanh từ nước thải

Tác giả Hamdaoui [29] đã nghiên cứu việc loại bỏ metylen xanh trong dung dịch (40mg/L) từ mùn cưa để nghiên cứu và sử dụng chúng như là các chất hấp phụ chi phí thấp cho việc xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt được xác định ở 200C và dữ liệu thực nghiệm thu được đã thể ở mô hình với Langmuir và Freundlich

Kumar và các cộng sự [27] đã nghiên cứu các cơ chế hấp phụ metylen xanh của tro bay và chứng minh rằng tro bay có thể được sử dụng như một vật liệu hấp phụ để loại bỏ metylen xanh từ dung dịch nước của nó

Một số tác giả cũng tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh trên các loại vật liệu hấp phụ khác nhau như: sợi thủy tinh, đá bọt, bề mặt thép không gỉ, đá trân châu, vỏ tỏi, vỏ trấu, sợi đay… kết quả thu được cho thấy khả năng hấp phụ của các vật liệu hấp phụ đối với metylen xanh cho hiệu suất khá cao

1.6.2 Một số hướng nghiên cứu sử dụng cây sen làm VLHP

Trong nước việc nghiên cứu về khả năng hấp phụ của cây sen vẫn còn là một vấn đề khá mới mẻ Tuy nhiên trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng cây sen làm VLHP và ứng dụng trong việc xử lý môi trường

Tác giả [28] đã chế tạo thành công cacbon hoạt tính từ thân cây sen hoạt hóa bằng axit H3PO4 có diện tích bề mặt riêng là 1220m2/g, dung lượng hấp phụ cực đại của nó đối với quá trình hấp phụ Ni(II) là 31,45mg/g, và được mô tả khá tốt theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir

1.7 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu

1.7.1 Phương pháp phổ hồng ngoại IR

Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu, dựa vào các tần số đặc trưng trên phổ của các nhóm chức trong phân tử Phổ hồng ngoại chính là phổ dao động – quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay của các nhóm chức đều bị kích thích Phổ dao động – quay của phân tử được phát sinh ra do sự chuyển dịch giữa các mức năng lượng dao động và quay (liên quan đến sự quay của phân tử xung quanh trục liên kết) Dạng năng lượng được sinh ra khi chuyển dịch giữa các mức này ở dạng lượng

tử hóa, nghĩa là chỉ có thể biến thiên một cách gián đoạn Hiệu số năng lượng (phát ra hay hấp thụ) được tính theo công thức Bohr:

4000 - 1500cm-1 được gọi là vùng nhóm chức vì chứa hầu hết các vân hấp thụ của các nhóm chức như OH, NH, C=O, C=N, C=C Vùng phổ nhóm chức tập trung vào bốn vùng mà ở mỗi vùng, tần số đặc trưng của nhóm có giá trị thay đổi phụ thuộc vào cấu tạo của phân tử: vùng 3650-2400cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của X-H (X:

O, N, C, S, P.); vùng 2400-1900cm-1 gồm các vân do dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết ba hoặc hai liên kết đôi kề nhau; vùng 1900 - 1500cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết đôi và do dao động biến dạng của nhóm -NH2 Vùng phổ 1500- 700cm-1 mặc dù có chứa các vân hấp thụ đặc trưng cho dao

động hóa trị của các liên kết đơn như C-C, C-N, C-O và các vân do dao động biến dạng của các liên kết C-H, C-C nhưng thường được dùng để nhận dạng toàn phân

tử hơn là để xác định các nhóm chức, vì ngoài vân hấp thụ trên còn có nhiều vân hấp thụ xuất hiện do tương tác mạnh giữa các dao động

1.7.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Nguyên tắc của phương pháp hiển vi điện tử quét là dùng chùm điện tử quét lên

bề mặt mẫu vật và thu lại chùm tia phản xạ Qua việc xử lý chùm tia phản xạ này, có thể thu được những thông tin về hình ảnh bề mặt mẫu để tạo ảnh của mẫu nghiên cứu Phương pháp kính hiển vi điện tử quét cho phép quan sát mẫu với độ phóng đại rất lớn, từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần

Chùm điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu Chùm điện tử đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp Mỗi điện

tử phát ra này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu sáng, chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn hình Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình Độ sáng tối trên màn hình phụ thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời còn phụ thuộc bề mặt của mẫu nghiên cứu Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được bức ảnh ba chiều r nét và không đòi hỏi khâu chuẩn bị mẫu quá phức tạp Tuy nhiên phương pháp này cho độ phóng đại nhỏ hơn phương pháp TEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) được tiến hành tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam