Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm lonsperse navy hgl bằng phương pháp keo tụ tạo bông sử dụng phèn sắt hoặc phèn nhôm với dung dịch chitosan và nano sắt từ

Nội dung nghiên cứu: - So sánh khả năng keo tụ của hai chất keo tụ là phèn sắt và phèn nhôm sử dụng trong quá trình keo tụ - tạo bông xử lý thuốc nhuộm Lonsperse navy hgl với dung dịch c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NANO SẮT TỪ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN KHOA HỌC

Đà Nẵng – 2016

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA

…… ……

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ THUỐC NHUỘM LONSPERSE NAVY HGL BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ - TẠO BÔNG SỬ DỤNG PHÈN SẮT HOẶC PHÈN NHÔM VỚI DUNG DỊCH CHITOSAN VÀ

NANO SẮT TỪ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực hiện : Ông Thị Khánh Hòa Lớp : 12CHP

Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững

Đà Nẵng – 2016

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA HÓA -

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : ÔNG THỊ KHÁNH HÒA

Lớp : 12CHP

1 Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm Lonsperse navy hgl bằng

phương pháp keo tụ - tạo bông sử dụng phèn sắt hoặc phèn nhôm với dung dịch chitosan và nano sắt từ

3 Nội dung nghiên cứu:

- So sánh khả năng keo tụ của hai chất keo tụ là phèn sắt và phèn nhôm sử dụng trong quá trình keo tụ - tạo bông xử lý thuốc nhuộm Lonsperse navy hgl với dung dịch chitosan và nano sắt từ (Fe3O4)

- Điều chế dung dịch nano sắt từ Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông thuốc nhuộm

Lonsperse navy hgl: lượng chất keo tụ và trợ keo tụ, pH

4 Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững

5 Ngày giao đề tài: Ngày 10 tháng 8 năm 2015

6 Ngày hoàn thành: Ngày 22 tháng 4 năm 2016

Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Lê Tự Hải TS Bùi Xuân Vững

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày …… tháng …… năm 2016 Kết quả điểm đánh giá:

Ngày …… tháng … năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Hóa - Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ để em

có thể tham gia và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Bùi Xuân Vững đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Hóa, các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Em cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn cùng lớp, đặc biệt là cha mẹ và anh, chị

đã nhiệt tình giúp đỡ, kịp thời động viên giúp em vượt qua những khó khăn để hoàn thành đề tài

Em xin cảm ơn Chủ tịch hội đồng, giáo viên phản biện và ủy viên hội đồng

đã dành thời gian quý báu để đọc và nhận xét khóa luận này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song do buổi đầu mới làm quen với công trình nghiên cứu, tiếp cận với thực tế còn

ít cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Em rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy, Cô giáo và các bạn để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Đà Nẵng, ngày 22 tháng 04 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Ông Thị Khánh Hòa

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

5.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

5.2 Nghiên cứu thực tiễn 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

7 Kết cấu khóa luận 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1.Giới thiệu về thuốc nhuộm 4

1.1.1 Khái quát thuốc nhuộm 4

1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm 5

1.1.3 Thuốc nhuộm Lonsperse navy hgl (LNH) 8

1.1.4 Tác hại của nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 9

1.2.Giới thiệu về nano sắt từ (Fe3O4) 10

1.3.Giới thiệu về chitosan 13

1.3.1 Cấu tạo của chitosan (CTS) 13

1.3.2 Tính chất của chitosan 14

1.3.3 Ứng dụng của chitosan 16

1.4.Giới thiệu phương pháp keo tụ - tạo bông 17

1.4.1 Cấu tạo hạt keo 17

1.4.2 Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo bông 18

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 21

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ 22

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 22

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 22

2.2 Phương pháp nghiên cứu 23

2.2.1. Chuẩn bị hóa chất………23

2.2.2. Phương pháp đo quang 23

2.2.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý 25

2.2.4. Các thí nghiệm khảo sát quá trình keo tụ - tạo bông 25

2.2.5. Điều chế nano sắt từ Fe3O4 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Đặc trưng của nano sắt từ 32

3.2 Kết quả khảo sát của quá trình keo tụ - tạo bông 33

3.2.1 Đường chuẩn LNH 34

3.2.2 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khi sử dụng hệ FeCl3/CTS 35

3.2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khi sử dụng hệ FeCl3/Nano sắt từ 38

3.2.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khi sử dụng hệ Al2(SO4)3/CTS 41

3.2.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khi sử dụng hệ Al2(SO4)3/Nano sắt từ 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

1 KẾT LUẬN 50

2 KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LNH : Lonsperse navy hgl

CTS : Chitosan

XRD : X-ray Diffraction ( Nhiễu xạ tia X)

UV-VIS : Ultrviolet – Visible ( Tử ngoại và Khả kiến )

t : Thời gian

ppm : parts per million ( một phần triệu)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Dãy chuẩn LNH 34

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý màu 35

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 36

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của lượng CTS đến hiệu suất xử lý màu 37

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý màu 38

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 39

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của lượng nano sắt từ đến hiệu suất xử lý màu 40

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của lượng Al2(SO4)3 đến hiệu suất xử lý màu 41

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 42

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của lượng CTS đến hiệu suất xử lý màu 43

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của lượng Al2(SO4)3 đến hiệu suất xử lý màu 45

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 46

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của lượng nano sắt từ đến hiệu suất xử lý màu 47

Bảng 3.14 Tổng hợp các điều kiện tối ưu của 4 hệ keo tụ - tạo bông 48

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1 Chitin deacetyl hóa thành chitosan 13

Hình 1 2 Cấu tạo hạt keo 17

Hình 1 3 Keo tụ tạo bông 19

Hình 2 1 Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang 24

Hình 2 2 Sơ đồ điều chế nano Fe3O4 31

Hình 3 1 Bột nano sắt từ 31

Hình 3 2 Nhiễu xạ tia X của bột nano sắt từ 32

Hình 3 3 Đồ thị đường chuẩn LNH 34

Hình 3 4 Ảnh hưởng của lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý màu 35

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 36

Hình 3.6 Ảnh hưởng của lượng CTS đến hiệu suất xử lý màu 37

Hình 3 7 Ảnh hưởng của lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý màu 39

Hình 3 8 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 40

Hình 3 9 Ảnh hưởng của lượng nano sắt từ đến hiệu suất xử lý màu 41

Hình 3.10 Ảnh hưởng của lượng Al2(SO4)3 đến hiệu suất xử lý màu 42

Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 43

Hình 3.12 Ảnh hưởng của lượng CTS đến hiệu suất xử lý màu 44

Hình 3.13 Ảnh hưởng của lượng Al2(SO4)3 đến hiệu suất xử lý màu 45

Hình 3.14 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 46

Hình 3.15 Ảnh hưởng của lượng nano sắt từ đến hiệu suất xử lý màu 47

Hình 3.16 Dung dịch LNH chưa xử lý……….48

Hình 3.17 Dung dịch LNH sau xử lý……… 48

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ở Việt Nam, quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang trong thời kì phát triển mạng mẽ, đem lại thành tựu to lớn cho đất nước Những khu công nghiệp, cụm điểm công nghiệp mọc lên ngày càng nhiều, tạo ra nguồn sản phẩm dồi dào, đáp ứng nhu cầu thiết yếu của xã hội Bên cạnh những thành tựu to lớn đó, con người đang dần hủy hoại môi trường sống của mình do việc phát thải ra m i trường các chất thải không qua xử lý hoặc xử lý không triệt để Vì vậy, việc nâng cao ý thức của con người, siết chặt công tác quản lý m i trường và tìm ra phương pháp xử

lý có ý nghĩa hết sức to lớn

Dệt nhuộm là một trong những ngành kinh tế trọng điểm của nước ta hiện nay, giữ những vị trí then chốt, chiến lược quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân Tuy nhiên, do đặc thù là một ngành sản xuất phức tạp, thường sử dụng các phẩm màu nên nước thải công nghiệp từ các xí nghiệp nhà máy này thường chứa ít nhiều các hóa chất phẩm màu nhuộm độc hại gây tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái

Keo tụ - tạo bông là một trong những phương pháp hóa lý phổ biến và hiệu quả để khử màu thuốc nhuộm, tách loại chất màu gây ô nhiễm ra khỏi nước dựa trên hiện tượng keo tụ kết hợp với dung dịch chitosan và nano sắt từ (Fe3O4) được xem

là phương pháp mong đợi đem lại hiệu quả cao nhất Với mong muốn tìm ra được loại hóa chất keo tụ và trợ keo tụ có khả năng hấp phụ màu tốt nhất, làm giảm giá thành xử lý và mang lại hiệu quả cao, nên trong khóa luận này chúng tôi tiến hành

trình bày đề tài: “ Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm Lonsperse navy hgl

bằng phương pháp keo tụ - tạo bông sử dụng phèn sắt hoặc phèn nhôm với dung dịch chitosan và nano sắt từ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Điều chế dung dịch nano sắt từ (Fe3O4) bằng phương pháp đồng kết tủa

- Đánh giá khả năng xử lý thuốc nhuộm LNH bằng quá trình keo tụ - tạo b ng nước phẩm nhuộm với các chất keo tụ lần lượt là FeCl3/CTS, FeCl3/Nano sắt từ,

Al2(SO4)3/CTS, Al2(SO4)3/Nano sắt từ

3 Đối tượng nghiên cứu

- Thuốc nhuộm LNH được lấy từ Công ty cổ phần Dệt Hòa Khánh - Đà Nẵng

DANATEX

4 Phạm vi nghiên cứu

Trong giới hạn của đề tài, chúng tôi tập trung nghiên cứu thực nghiệm những nội dung sau:

- Điều chế dung dịch nano sắt từ (Fe3O4) làm chất trợ keo tụ

- Sử dụng phương pháp keo tụ - tạo bông với các chất keo tụ là FeCl3, Al2(SO4)3 và các chất trợ keo tụ là dung dịch nano sắt từ và CTS để xử lý nước phẩm nhuộm của thuốc nhuộm LNH

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông như lượng chất keo

tụ và trợ keo tụ, pH Quá trình được thực hiện tại phòng thí nghiệm khoa Hóa – Đại học Sư phạm Đà Nẵng

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài

- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm

- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn

5.2 Nghiên cứu thực tiễn

- Sử dụng phương pháp đồng kết tủa để điều chế dung dịch nano sắt từ (Fe3O4)

- Xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu: Kiểm tra kích thước hạt nano bằng cách chụp nhiễu xạ tia X tại khoa Hóa – Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

- Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS để xác định hiệu suất hấp phụ màu đối với từng hệ keo tụ FeCl3/CTS, FeCl3/Nano sắt từ, Al2(SO4)3/CTS,

Al2(SO4)3/Nano sắt từ

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông đối với thuốc nhuộm LNH

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu các quá trình keo tụ - tạo b ng để tìm ra hóa chất keo tụ và trợ keo tụ tốt, rẻ tiền, đơn giản cho hiệu suất xử lý nước màu phẩm nhuộm cao trước khi được thải ra m i trường sống, góp phần làm giảm thiểu tình trạng ô nhiễm m i trường

7 Kết cấu khóa luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung khóa luận gồm 3 chương như sau:

Chương 1 - Tổng quan

Chương 2 - Nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3 - Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về thuốc nhuộm

1.1.1 Khái quát thuốc nhuộm [15]

Thuốc nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu, có khả năng nhuộm màu và giữ trên một số vật liệu

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tổng hợp Tuy nhiên thuốc nhuộm thiên nhiên ít màu, công nghệ thu nhận phức tạp, số lượng ít nên trong dệt nhuộm, lượng thuốc nhuộm được sử dụng chủ yếu là thuốc nhuộm tổng hợp

Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không

bị phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác nhau của m i trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý nước thải dệt nhuộm Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: 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 đ i liên hợp với hệ điện tử π linh động như >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-

Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như -SOH, -COOH, -OH, NH2 , đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi

sử dụng Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân chia thành các họ, các loại khác nhau Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:

+ Phân loại theo cấu trúc hóa học

+ Phân loại theo đặc tính áp dụng

1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm [2]

1.1.2.1 Phân loại theo cấu trúc hóa học

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

* Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo) Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index

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

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

* Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong

đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:

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

* Thuốc nhuộm phtaloxianin: hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp khép kín Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm

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

1.1.2.2 Phân loại theo đặc tính áp dụng

Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến thuốc nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlulozơ (b ng, visco ), đó là các thuốc nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp Sau đó là các thuốc nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm như: thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc nhuộm axit

* Thuốc nhuộm hoàn nguyên, bao gồm:

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

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit của thuốc nhuộm hoàn nguyên kh ng tan, R≡C-O-SO3Na Nó dễ bị thủy phân trong m i trường axit và bị oxi hóa về dạng kh ng tan ban đầu Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon

* Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm mang màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình

khử Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại

* Thuốc nhuộm trực tiếp: đây là loại thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp vào xơ sợi xenllulo và dạng tổng quát: Ar-SO3Na Khi hòa tan trong nước, nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi Trong mỗi màu thuốc nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có đến 92% thuộc lớp azo

* Thuốc nhuộm phân tán: đây là loại thuốc nhuộm dùng để nhuộm các loại

xơ sợi tổng hợp kị nước Xét về mặt hóa học có đến 59% thuốc nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác

* Thuốc nhuộm bazơ – cation

Các thuốc nhuộm bazơ trước đây dùng để nhuộm tơ tằm, ca bông cầm màu bằng ta-nanh, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu

* Thuốc nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3-

+ Na+, anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong m i trường axit

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

Dạng tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính: S – R – T – Y, trong đó:

+ S: nhóm cho thuốc nhuộm độ hòa tan cần thiết (-SO3Na, -COONa, -SO2CH3)

+ R: nhóm mang màu của thuốc nhuộm

+ Y: nhóm nguyên tử phản ứng, trong điều kiện nhuộm nó tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm phản ứng với xơ (-Cl, -SO2, -SO3H, - CH=CH2, )

+ T: nhóm mang nguyên tử hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực hiện liên kết giữa thuốc nhuộm và xơ

Là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha

Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là: trong điều kiện nhuộm, khi tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính không chỉ tham gia vào phản ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân

Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng giữa thuốc nhuộm và xơ sợi kh ng đạt hiệu suất 100% Để đạt độ bền màu giặt và độ bền màu tối ưu, hàng nhuộm được giặt hoàn toàn để loại bỏ phần thuốc nhuộm dư và phần thuốc nhuộm thủy phân Vì thế, mức độ tổn thất đối với thuốc nhuộm hoạt tính cỡ 10 ÷ 50%, lớn nhất trong các loại thuốc nhuộm Hơn nữa, màu thuốc nhuộm thủy phân giống màu thuốc nhuộm gốc nên nó gây ra vấn đề màu nước thải và ô nhiễm nước thải

1.1.3 Thuốc nhuộm Lonsperse navy hgl (LNH)

LNH thuộc nhóm thuốc nhuộm phân tán, là những chất màu ít tan trong nước, được sản xuất dưới dạng hạt phân tán cao thể keo nên có thể phân bố đều trong nước kiểu dung dịch huyền phù, đồng thời có khả năng chịu ẩm cao, có công thức phân tử từ các gốc azo (-N=N-) và antraquinon, có chứa nhóm amin tự do hoặc

đã bị thế (-NH2, -NHR, -NH-CH2=CH2-OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán trong nước Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao, nên mức độ

thải ra m i trường kh ng cao M i trường thuốc nhuộm có tính axit và có nhiều

hoạt động bề mặt có thể kết hợp trung hòa với dòng thải kiềm tính [21]

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

Thuốc nhuộm đã có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều trong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm bởi sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô

nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới con người và m i trường

Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc các hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm

và công nghệ sử dụng Đối với nước thải dệt nhuộm thì nguồn ô nhiễm do chất trợ

và hóa chất dệt nhuộm có thể được giải quyết bằng các phương pháp truyền thống, trong khi đó, nhiễm do thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu đối với nước thải dệt nhuộm Thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất

dư thừa: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại nặng Tổn thất thuốc nhuộm đưa vào nước trung bình 10% với màu đậm, 2% với màu trung bình, nhỏ hơn 2% với màu nhạt Trong in hoa tổn thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều

Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởng nhuộm ở nồng độ 10÷50mg/L Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không độc đối với con người, các kiểm tra về tính kích thích da, mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm không gây kích thích (với vật thử nghiệm thỏ) ngoại trừ một số cho kích thích nhẹ

Khi đi vào nguồn nước nhận với một nồng độ rất nhỏ của thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh

sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thuỷ sinh vật [24]

Nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải Đối với cá và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn 3000

thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ kh ng độc, độc vừa, rất độc đến cực độc Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh Đối với con người

có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi Ngoài ra, một số thuốc nhuộm, chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan) Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản suất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao

1.2 Giới thiệu về nano sắt từ (Fe 3 O 4 )

Vật liệu nano đang đi sâu vào đời sống hiện đại và đang dần dần chiếm một

ý nghĩa rất lớn đối với đời sống của con người nhờ vào kích thước nhỏ bé cỡ nanomet mà vật liệu nano có những tính chất v cùng độc đáo mà các vật liệu dạng khối khác không thể có được như độ bền cơ học cao, hoạt tính xúc tác mạnh, khả năng hấp phụ vượt trội… Chính những tính chất mới này đã mở ra cho vật liệu nano những ứng dụng vô cùng to lớn trong lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống, và đặc biệt là khả năng ứng dụng trong công nghệ xử lý m i trường, khi mà tình trạng

ô nhiễm m i trường đang ngày một trở nên trầm trọng tại nhiều nơi trên thế giới [8]

Fe3O4 là một oxit hỗn hợp FeO.Fe2O3 thuộc nhóm ceramic từ, được gọi là ferit Oxit sắt từ Fe3O4 có cấu trúc tinh thể spinel đảo với đơn vị lập phương tâm mặt Ô đơn vị gồm 56 nguyên tử: 32 anion O2- , 16 cation Fe3+, 8 cation Fe2+ Trong cấu trúc spinel đảo, 8 cation Fe3+ chiếm các vị trí tứ diện, có spin ngược chiều so với các spin của 8 cation Fe3+ và 8 cation Fe2+ ở vị trí bát diện Các ion Fe3+ ở vị trí bát diện này ngược chiều với các ion Fe3+ ở vị trí tứ diện nên chúng triệt tiêu nhau

Do vậy, moment từ tổng cộng là do tổng moment từ của các ion Fe2+ quyết định Mỗi phân tử Fe3O4 có moment từ tổng cộng là 4μB (Bohr magneton) Vì vậy tinh thể Fe3O4 tồn tại tính dị hướng từ (tính chất từ khác nhau theo các phương khác nhau) Chính cấu trúc spinel đảo này đã quyết định tính chất từ của oxit sắt từ

Fe3O4, đó là tính chất feri từ Hiện nay, người ta đang đặc biệt quan tâm nghiên cứu ứng dụng của hạt Fe3O4 có kích thước nano bởi vì về mặt từ tính thì khi kích thước

nhỏ như vậy vật liệu này thể hiện tính chất hoàn toàn khác so với khi ở dạng khối

- Phương pháp đồng kết tủa chế tạo nano Fe3O4 [8]

Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ Các mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuyếch tán của vật chất từ dung dịch lên bề mặt của các mầm cho đến khi mầm trở thành hạt nano Để thu được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm

và phát triển mầm Trong quá trình phát triển mầm, cần hạn chế sự hình thành của những mầm mới Các phương pháp sau đây là những phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt Phương pháp đồng kết tủa là một trong những phương pháp thường được dùng để tạo các hạt oxyt sắt Có hai cách để tạo oxyt sắt bằng phương pháp này đó là hydroxide sắt bị ô xi hóa một phần bằng một chất ôxi hóa nào đó và già hóa hỗn hợp dung dịch có tỉ phần hợp thức

Fe+2 và Fe+3 trong dung m i nước Phương pháp thứ nhất có thể thu được hạt nano

có kích thước từ 30nm – 100nm Phương pháp thứ hai có thể tạo hạt nano có kích thước từ 2nm – 15nm Bằng cách thay đổi pH và nồng độ ion trong dung dịch mà người ta có thể có được kích thước hạt như mong muốn đồng thời làm thay đổi điện tích bề mặt của các hạt đã được hình thành

Cơ chế tổng hợp hạt nano Fe3O4 như sau: Cho dung dịch Fe3+ tác dụng với dung dịch I-, Fe3+ sẽ bị khử thành Fe2+ và một lượng Fe3+ dư sau phản ứng sao cho tương ứng với tỉ phần mol hợp lí Fe3+ /Fe2+ = 2, trong m i trường kiềm có pH > 9

và trong điều kiện thiếu ôxy

Phương trình xảy ra như sau:

3Fe3+ + I- = 2Fe3+ + Fe2+ + 0.5I2 2Fe3+ + Fe2+ + 8OH- = Fe3O4 + 4H2O

Nếu có ôxi thì magnetite bị ôxi hóa thành hydroxide theo phản ứng:

Fe3O4 + 0,25O2 + 4,5H2O = 3Fe(OH)3

- Phương pháp đồng kết tủa có ưu điểm sau:

+ Cho sản phẩm tinh khiết

+ Tính đồng nhất của sản phẩm cao

+ Thay đổi các tính chất của vật liệu thông qua việc điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ của sự thuỷ phân, sự kết tinh ảnh hưởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm cuối cùng

- Một số ứng dụng của oxit sắt từ:

+ Tách từ là một kỹ thuật đầy hứa hẹn cho hấp thụ các hợp chất

+ Nano từ tính và vi hạt đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của khoa học sinh học, công nghệ sinh học, phân tích hóa học và m i trường

+ Vật liệu composite từ tính có thể sử dụng để xử lý nước thải Cả hai quy

mô nhỏ và quy mô công nghiệp

+ Hạt từ tính loại bỏ các thuốc nhuộm hữu cơ và các ion kim loại

1.3 Giới thiệu về chitosan

Trong số các polysaccarit, tinh bột, xenlulozơ và chitin là các nguồn tài

nguyên sinh học tự nhiên phong phú nhất Tinh bột và xenlulozơ được tổng hợp chủ yếu từ thực vật còn chitin được tổng hợp chủ yếu từ vỏ các loài động vật bậc thấp (tôm, cua, mực,…) Chitosan là sản phẩm deacetyl hoá chitin trong m i trường kiềm đặc Chitosan tự nhiên tồn tại trong các loại nấm, được tạo thành nhờ hoạt

động của một loại enzym deacetyl hoá chitin trong tế bào [18], [19]

1.3.1 Cấu tạo của chitosan (CTS) [14]

Trong m i trường kiềm đặc đun nóng, xảy ra phản ứng deacetyl hóa phân tử chitin tạo thành sản phẩm chính là CTS Đơn vị cấu thành của CTS là D glucosamin

và cũng liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glycozid CTS là một polysaccharid được chiết suất từ chitin Trong vỏ tôm, cua CTS chiếm khoảng 27%

Tên hóa học của CTS là : Poly–β-(1-4)-D-glucosamin hay còn gọi là: (1β- 4)-2-amino-2-desoxy-D-glucosa

Hình 1.1 Chitin deacetyl hóa thành chitosan

1.3.2 Tính chất của chitosan [23]

1.3.2.1 Mức độ deacetyl hóa (DD)

Là độ chuyển hóa chitin thành chitosan Th ng thường mức độ deacetyl hóa đạt khoảng 85 - 95%

Quá trình deacetyl hóa bao gồm hai quá trình:

+ Loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử chitin

+ Hình thành phân tử CTS với nhóm amin hoạt động hóa học cao

Mức độ acetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất CTS bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của CTS sau này Mức độ acetyl hóa của CTS vào khoảng 56% - 99% (nhìn chung là 80%) phụ thuộc vào loài giáp xác và phương pháp sử dụng Chitin có mức độ acetyl hóa khoảng 75% trở lên thường được gọi là CTS

1.3.2.2 Trọng lượng phân tử

Chitosan là polyme sinh học có khối lượng phân tử cao Giống như cấu tạo, khối lượng nguồn nguyên liệu và phương pháp chế biến Khối lượng chitin thường lớn hơn 1 triệu Dalton trong khi các sản phẩm CTS thương phẩm có khối lượng khoảng 100,000 - 1,200,000 Dalton, phụ thuộc quá trình chế biến và loại sản phẩm Thông thường, nhiệt độ cao, sự có mặt của oxy và sức kéo có thể dẫn đến phân hủy CTS Giới hạn nhiệt độ là 280°C, sự phân hủy do nhiệt có thể xảy ra và mạch polyme nhanh chóng bị phá vỡ, do đó khối lượng phân tử giảm Nguyên nhân của quá trình depolyme là sử dụng nhiệt độ cao và axit đặc như HCl, H2SO4 dẫn đến thay đổi khối lượng phân tử

Khối lượng phân tử CTS có thể xác định bằng phương pháp sắc kí, phân tán ánh sáng hoặc đo độ nhớt

1.3.2.3 Độ nhớt

Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của CTS Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao, điều này có thể không mong muốn trong đóng gói c ng nghiệp Nhưng CTS có độ nhớt cao thu được từ phế phẩm của các loài giáp xác thì rất thuận tiện cho đóng gói

Một số nhân tố trong quá trình sản xuất như mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hưởng đến sản xuất CTS và tính chất của nó Ví dụ, độ nhớt của CTS tăng khi thời gian khử khoáng tăng Độ nhớt của CTS trong dung dịch axit axetic tăng khi pH của dung dịch này giảm, tuy nhiên nó lại giảm khi pH của dung dịch HCl giảm, việc tăng này đưa đến định nghĩa về độ nhớt bên trong của CTS, đây là một hàm phụ thuộc vào mức độ ion hóa cũng như lực ion Quá trình loại protein trong dung dịch NaOH 3%

và sự khử trong quá trình khử khoáng làm giảm độ nhớt của dung dịch chitosan thành phẩm Tương tự như vậy, độ nhớt của CTS bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý (nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng, siêu âm) và hóa học (xử lý bằng ozon), trừ quá trình làm lạnh thì nó sẽ giảm khi thời gian và nhiệt độ xử lý tăng Dung dịch CTS bảo quản ở 4°C được cho là ổn định nhất

1.3.2.4 Tính tan

Chitin tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ, trong khi đó CTS tan trong các dung dịch axit pH dưới 6 Các axit hữu cơ như acetic, formic và lactic thường được sử dụng để hòa tan CTS Thường sử dụng nhất là dung dịch axit axetic 1% tại

pH = 4 Chitosan cũng tan trong dung dịch HCl 1% nhưng kh ng tan trong

H2SO4và H3PO4 Dung dịch axit axetic nồng độ cao tại nhiệt độ cao có thể dẫn đến depolyme hóa CTS Ở pH cao, có thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đ ng tụ nguyên nhân là do hình thành hỗn hợp poli - ion với chất keo anion

Tỉ lệ nồng độ giữa CTS và axit rất quan trọng Ở nồng độ dung môi hữu cơ cao hơn 50%, CTS vẫn hoạt động như là một chất gây nhớt giúp cho dung dịch mịn

Có một vài nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch CTS bao gồm nhiệt độ và thời gian quá trình deacetyl hóa, nồng độ các chất kiềm, việc xử lý sơ bộ, kích thước của các phần tử

Tuy nhiên tính tan của dung dịch còn bị ảnh hưởng của mức độ acetyl hóa, mức độ deacetyl hóa trên 85% để đạt được tính tan mong muốn

1.3.2.5 Tỉ trọng

Tỉ trọng của chitin từ t m và cua thường là 0.06 và 0.17 g/ml, điều này cho thấy chitin từ tôm xốp hơn từ cua Chitin từ nhuyễn thể xốp hơn từ cua 2.6 lần Trong một nghiên cứu về dẫn nhiệt cho thấy tỉ trọng của chitin và CTS từ giáp xác rất cao (0.39g/cm3) Sự so sánh giữa tỉ trọng của giáp xác và chitin, CTS thương phẩm cũng chỉ ra một vài sự khác biệt, điều này có thể do loài giáp xác hoặc phương pháp chế biến, ngoài ra, mức độ deacetyl hóa cũng làm tăng tỉ trọng của chúng

1.3.3 Ứng dụng của chitosan

Chitosan có khả năng tương thích và tự phân hủy sinh học, độc tính thấp, hoạt tính sinh học cao và đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng cường miễn dịch của cơ thể với các tác dụng kích thích sản sinh bạch cầu, giảm cholesterol trong máu, hạn chế sự phát triển của khối u, có tác dụng tốt trên các vết thương, vết bỏng nên việc ứng dụng chitosan trong các lĩnh vực y sinh được phát triển mạnh mẽ

Chitosan thường có nhiều trong tự nhiên, rẻ tiền, có thể có tính chất sinh học

và hóa học tuyệt vời: kh ng độc, khả năng tương hợp sinh học, khả năng phản ứng

hóa học cao, khả năng tạo phức vòng càng [13]

Chitosan có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu(II), Ni(II), Pb(II) trong

m i trường nước Vì vậy CTS đang được nghiên cứu kết hợp với một số chất khác

để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước [19]

1.4 Giới thiệu phương pháp keo tụ - tạo b ng

1.4.1 Cấu tạo hạt keo [10]

Tùy thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, th ng thường các hạt cặn trong nước đều

có thể mang điện tích âm hoặc dương, ví dụ hạt cặn gốc silic, các tạp chất hữu cơ đều mang điện tích âm Các hydroxit nhôm, sắt mang điện tích dương Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ các thành phần mang điện tích sẽ kết dính với nhau nhờ lực liên kết phân tử và lực điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do Các tổ hợp tạo thành được gọi là hạt keo Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo các hạt keo sẽ có những tính chất khác nhau Người ta có thể chia các hạt keo thành hai loại: keo kỵ nước và keo háo nước Trong kỹ thuật xử lý nước bằng quá trình keo tụ, keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo

Hạt keo có cấu tạo rất phức tạp gồm:

- Nhân keo: là tập hợp có thể bằng hàng trăm hoặc hàng ngàn tùy thuộc vào độ phân tán, kích thước nguyên tử hay phân tử

- Lớp hấp phụ: được tạo ra do nhân keo có khả năng hấp phụ mạnh và hấp phụ chọn lọc những ion có trong thành phần nhân hạt keo

- Lớp khuyếch tán: tạo ra do các hạt keo còn hút những ion ngược dấu ở xa hơn

Hình 1.2 Cấu tạo hạt keo

Trong đó:

1 Là nhân keo 2 Lớp hấp phụ

3 Là lớp khuyếch tán 4 Lớp điện tích kép

1.4.2 Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo b ng

Phương pháp keo tụ - tạo bông thường được dùng để xử lý độ đục, độ màu của nước thải nhuộm

1.4.2.1 Nguyên tắc [9], [12]

Do có độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn nên các hạt keo có xu hướng hút nhau nhờ các lực bề mặt Song, do các hạt keo cùng loại tích điện cùng dấu đặc trưng bằng thế zeta (ξ) nên các hạt keo lu n đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện, ngăn chúng hút nhau tạo hạt lớn hơn và lắng xuống Như vậy thế ξ càng lớn hệ keo càng bền (khó kết tủa), thế ξ càng nhỏ hạt keo càng dễ bị keo tụ, trong trường hợp

lý tưởng khi ξ bằng 0 thì hạt kh ng tích điện và dễ dàng hút nhau bởi lực bề mặt tạo

hạt lớn hơn có thể lắng được Đó là cơ sở của phương pháp keo tụ [20]

* Để thực hiện keo tụ hệ keo, có thể sử dụng các cách:

- Phá tính bền của hệ keo do lực đẩy tĩnh điện bằng cách thu hẹp lớp điện kép tới thế ξ = 0, điều này được thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hòa điện tích hạt keo Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hóa trị trong các muối v cơ (chất keo tụ)

- Tạo điều kiện để cho hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ- bám dính (hiệu ứng quét)

- Dùng những chất cao phân tử - chất trợ keo tụ - để khâu (hấp phụ) các hạt keo nhỏ lại với nhau tạo hạt có kích thước lớn (bông cặn) dễ lắng

* Các chất keo tụ thường dùng trong mục đích này là các muối nhôm hoặc muối sắt hoặc hỗn hợp của chúng Đây là hai loại hóa chất rất thông dụng trong xử

lý nước cấp nhất là xử lý nước sinh hoạt

- Các muối nhôm gồm có: Al2(SO4)3.18H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, NaAlO2

Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O Trong đó được sử dụng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3

vì Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp, hoạt động có hiệu quả cao trong

khoảng pH= 5 ÷ 7,5 [4]

- Các muối sắt Fe2(SO4)3 2H2O, Fe2(SO4)3 3H2O, FeSO4 7H2O và FeCl3 cũng

thường được dùng làm chất keo tụ [4]

Hình 1.3 Keo tụ tạo bông 1.4.2.2 Quá trình keo tụ - tạo bông bởi muối kim loại (Fe, Al (III)) gồm các giai đoạn sau [3], [4], [6]

- Giai đoạn 1: Tạo các hạt gây keo tụ (muối kim loại tan sẽ phân ly tạo thành

Me3+)

- Giai đoạn 2: Làm mất tính ổn định của hạt keo nhờ tương tác tĩnh điện, Me3+ trung hòa điện tích âm của hạt keo, khi được trung hòa, điện tích bề mặt các hạt keo dễ dàng hút nhau nhờ lực phân tử để tạo thành các hạt lớn hơn, lắng được

- Giai đoạn 3: Tạo b ng, trước hết Me3+ thủy phân tạo thành Me(OH)3 Tiếp theo các hạt Me(OH)3 có xu thế dính với nhau tạo các bông cặn lớn, dễ dàng kết tủa dưới tác dụng của trọng lực Các bông này có diện tích bề mặt lớn, dễ dàng hấp phụ các chất khác trong quá trình kết tủa và làm sạch nước

Muối Me3+ được đưa vào nước trực tiếp Ở pH trung tính 6 - 8 quá trình thủy phân xảy ra quá nhanh, kết tủa được hình thành ngay và các dạng hạt không thể kiểm soát được

Các phản ứng keo tụ:

Me3+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)3+ + H+

Me(OH)3+ + HOH ↔ Me(OH)4- + H+

=> Me3+ + 3 HOH ↔ Me(OH)3+ + 3H+

Trong quá trình tạo bông keo của hydroxit nhôm hoặc sắt, người ta thường thêm các chất trợ keo tụ như: tinh bột, các ete, xenlulozơ,…, với liều lượng 1- 5mg/l, hay chất trợ keo tụ tổng hợp nhất là polyarylamit nhằm giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo

Phương pháp keo tụ - tạo bông được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm có các thuốc nhuộm phân tán và kh ng tan Đây là phương pháp khả thi

về mặt kinh tế Tuy nhiên nó không xử lý được tất cả các loại thuốc nhuộm: thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên keo tụ tốt nhưng không kết lắng dễ dàng, bông cặn chất lượng thấp, thuốc nhuộm hoạt tính rất khó

xử lý bằng các tác nhân keo tụ th ng thường và còn ít được nghiên cứu Bên cạnh

đó phương pháp keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn và không làm giảm tổng chất rắn hòa tan nên gây khó khăn cho tuần hoàn nước

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Để chuẩn bị cho các bước thực nghiệm, thử nghiệm trên mẫu thử, đề tài được tiến hành qua các giai đoạn sau:

 Tập hợp, dịch thuật các tài liệu tham khảo liên quan đến đối tượng nghiên cứu

 Biên soạn qui trình phân tích phù hợp nhất với điều kiện phòng thí nghiệm

 Chuẩn bị các loại vật tư hoá chất theo yêu cầu

 Tiến hành khảo sát dựa trên qui trình được biên soạn với các bước thích hợp sau khi tổng hợp từ các qui trình của các tài liệu tham khảo, nhằm lựa chọn thông số tối ưu cho mỗi yếu tố ảnh hưởng

 Hoàn chỉnh qui trình dự thảo và gửi đến giáo viên hướng dẫn xem xét, đánh giá

 Biên soạn qui trình cuối cùng sau khi tiếp nhận, kiểm tra, xử lí các ý kiến góp ý của giáo viên hướng dẫn

 Tiến hành thí nghiệm trên mẫu giả để rút kinh nghiệm thu được các số liệu phân tích