Đai Hoc Công Nghiêêp TP.HCM
Môn: tông hơp hưu cơ
GVHD: Nguyêên Văn Sơn
Đêê tai: tm hiêu vêê thuôôc nhuôêm hoat tnh va ưng dung trong nganh
may dêêt
Thanh viên nhóm 4: Mai Tiêôn Khang
Nguyêên Trong Hoang
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Tổng quan về thuốc nhuộm
Giới thiệu thuốc nhuộm
Khái niệm về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng
hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là
bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác.
1..1.1 Các loại thuốc nhuộm
Phần nhiều các lọai thuốc nhuộm, dựa trên tính chất lý hóa của chúng, sẽ thâm nhập
vào tế bào hoặc cấu trúc của tế bào.
Trong màu nhuộm, các chất có tính tạo màu thường ở dạng ion. Khi chất màu này có
điện dương (+), thì chúng có tính cách kềm. Khi chất màu có mang điện âm () thì
chúng có tính acid. Lệ thuộc vào độ pH của dung môi chất màu sẽ ở dạng ion hoặc
không ở dạng ion.
1..1.2 Cách gọi tên
Gồm 3 phần
Phần thứ 1: viết cả chữ, chỉ tên phân lớp kỹ thuật của thuốc nhuộm.
Phần thứ 2: viết cả chữ, thường là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc nhuộm.
Phần thứ 3: được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của thuốc nhuộm.
Để chỉ cường độ màu người ta dùng hai chữ cái đi liền với nhau như BB, RR …., hoặc
thêm vào các chữ số như: 2R, 6B, 4G….
1..2 Cấu tạo và màu sắc của thuốc nhuộm
1..2.1 Ánh sáng và màu sắc
Màu sắc là kết quả tương tác giữa ánh sáng với vật thể.
Màu mà mắt chúng ta nhận được là màu phụ với màu hấp thụ. Mắt chúng ta chỉ nhận
được các dao động điện từ ánh sáng ở vùng có bước sóng 400750 micromet.
Khi ánh sáng trắng đập vào một vật thể bị phản xạ hoàn toàn thì mắt ta thấy vật thể
màu trắng.
Toàn bộ các tia sáng đập vật thể bị hấp thụ hết thì vật ấy có màu đen.
Vật thể chỉ hấp thụ một số tia và tán xạ những tia còn lại mắt cho ta thấy vật có màu
của những tia không bị hấp thụ tán xạ.
Như vậy, màu sắc có thể nói là sự hấp thụ chọn lọc những miền xác định trong phổ liên
tục của ánh sáng đập vào mắt.
Bảng 1.1: Mối liên hệ giữa bước sóng hấp thụ vào màu sắc của vật hấp thụ.
Tên mau
Bước song nm
Tên mau
Bước song nm
Tim lục_vang
400435
Lục vangtim
560580
Lục vang
435480
Vang lam
580590
Lam_lục nhạt da
cam
480490
Da cam lam_lục
595600
Lục_lam nhạt đo
490500
Lục đo đo tia
500560
nhạt
Do lục_lam nhạt
605750
Cấu tạo và màu sắc
Năng lượng bức xạ phụ thuộc vào bước sóng và tần số bức xạ. Vùng nhìn thấy khá
hẹp có năng lượng từ 11069 kcal/mol.
Trong hóa học hữu cơ các hợp chất có màu thường phân tử của nó được tạo thành từ
liên kết p và liên kết d.
Các chất có màu có liên kết p liên hợp, phân tử của chúng có những nhóm đặc biệt có
tác dụng làm mở rộng hệ liên kết kéo dài hệ liên hợp p.
Phân loại các màu nhuộm
+ Màu cơ bản (hoặc màu thiên nhiên): các chất màu có sẵn trong các tế bào như
chlorophyll, hemoglobin, anthocyane..
+ Màu thứ cấp: các loại màu không có sẵn trong tế bào, mà được dùng để nhuộm đưa
vào tế bào. Loại này bao gồm các màu thiên nhiên như: Safranin, hoặc các loại màu
nhân tạo...
+ Màu nhuộm sống (vitalis): tất cả các loại màu dùng để nhuộm tế bào còn hoạt động,
còn sống.
+ Màu bright field (diachrome): loại màu này hấp thụ một phần ánh sáng và trong ánh
sáng trắng (bright field) của kính sẽ hiện ra màu. Loại này cũng có tự nhiên trong tế bào
như chlorophyll, hemoglobin ho ặc anthocyan.
+ Màu fluorescence ( Fluorochrome): màu fluorescence có đặc tính không chỉ hấp thụ
một phần ánh sáng như bright field, mà chúng còn phóng một phần ánh sáng hấp thụ
ngược trở lại.
1..3 Cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu
1.1.3.1 Liên kết ion
Liên kết này được thực hiện giữa các gốc mang màu tích điện âm của thuốc nhuộm
(axít, trực tiếp) và các tâm tích điện dương của vật liệu.
Trong quá trình nhuộm, khi tiếp cận với vật liệu, ion âm của thuốc nhuộm sẽ bị thu hút
về các tâm tích điện dương này và thực hiện liên kết ion hay còn gọi là liên kết muối
như sau:
HOOCPNH3+ + O3SAr HOOCPNH3+O3SAr
Nhờ có năng lượng lớn nên thuốc nhuộm liên kết với vật liệu khá mạnh, tốc độ bắt màu
nhanh, phải điều chỉnh tốc độ nhuộm bằng cách điều chỉnh trị số pH của dung dịch
nhuộm.
1.1.3.2 Liên kết Hydro
Liên kết hydro được thực hiện giữa các nhóm định chức của xơ và thuốc nhuộm như:
hydroxyl, nhóm amin, nhóm amít và nhóm carboxyl.
Khi phân tử thuốc nhuộm tiếp cận với vật liệu ở khoảng cách cần thiết thì lực liên kết
hydro sẽ phát sinh do tương tác của các nhóm định chức với nhau.
Liên kết hydro có vai trò quan trọng trong một số trường hợp để cố định thuốc nhuộm
trên vật liệu.
1.1.3.3 Liên kết hóa trị
Liên kết hóa trị được thực hiện chủ yếu ở thuốc nhuộm hoạt tính với các vật liệu chứa
các nhóm hydroxyl và nhóm amin.
Liên kết hóa trị giúp cho màu của vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm hoạt tính có độ bền
màu cao với nhều chỉ tiêu, đặc biệt là với xử lý ướt.
1.1.3.4 Liên kết Vander Waals
Liên kết Vander Waals được thực hiện ở hầu hết các lớp thuốc nhuộm khi tương tác
với vật liệu.
Liên kết Vander Waals được coi là tổ hợp của các lực hút: lưỡng cực, phân cực cảm
ứng và lực phân tán.
1.1.4 Phân loại thuốc nhuộm
1.1.4.1 Phân loại theo cấu tạo hóa học
+ Thuốc nhuộm Nitro: Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân đơn (benzen,
naphtalen) ít nhất là một nhóm nitro (NO2) và một nhóm cho điện tử (NH2,OH).
+ Thuốc nhuộm azo: là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát triển rất lâu đời,
chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lượng thuốc nhu ộm. Trong phân tử chứa một hoặc
nhiều nhóm azo.
+ Thuốc nhuộm Antraquinon: trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm Antraquinon hoặc
dẫn xuất gốc của nó.
+ Thuốc nhuộm Indigoit: loại thuốc nhuộm này trước kia có nguồn gốc từ thực vật màu
xanh sẫm trích từ lá cây chàm.
+ Thuốc nhuộm lưư huỳnh: là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều nguyên tử lưu
huỳnh. Gốc mang màu:
+ Thuốc nhuộm Arylmetan: là những dẫn xuất của mêtan, trong đó nguyên tử cacbon
trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang màu.
+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: trong phân tử có hệ mang màu là các hợp chất
đa tụ giữa antraquinon với các vòng dị thể khác tạo nên mạch đa vòng.
Phân loại theo lớp kỹ thuật
+ Thuốc nhuộm hoạt tính: là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có chứa
các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết cộng hóa trị với vật liệu nói chung
nhờ vậy nên độ bền màu cao.
Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là:
SRTX
Trong đó:
S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan.
R: là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo(N=N), antraquynon, axit
chứa kim loại hoặc ftaloxiamin.
T: là gốc mang nhóm phản ứng.
X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng.
Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin
thơm được xem là tác nhân gây ung thư.
+ Thuốc nhuộm axít: thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa tan
trong nước thường dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da.
Theo cấu tạo hóa học, đa số loại thuốc nhuộm này thuộc về nhóm azo, một số
tạo phức với kim loại. Công thức tổng quát có thể viết dưới dạng:
ArSO3Na
Trong đó:
ArSO3: là ion mang màu.
+ Thuốc nhuộm trực tiếp: là loại thuốc nhuộm tự bắt màu, chúng là những hợp chất
màu tự hòa tan trong nước và có khả năng tự bắt màu với các vật liệu một cách trực
tiếp nhờ các lực hấp thụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm.
Hầu hết chúng thuộc nhóm azo, một số ít là dẫn xuất của dioxazin và ftaloxianin, nhưng
dạng tổng quát chung được biểu diễn:
ArSO3Na
Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm.
+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên: là những hợp chất màu hữu cơ không hòa tan trong
nước, tuy có cấu tạo hóa học và màu sắc khác nhau nhưng chúng có chung một tính
chất.
Tất cả đều chứa các nhóm ceton trong phân tử và có dạng tổng quát là:
+ Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nước do trong phân
tử không chứa nhóm tạo tính tan –SO3Na, COONa, có kích thước phân tử nho, khối
lượng phân tử không lớn, cấu tạo không phức tạp.
Phân tử chứa các nhóm –NH2, HR2, OH, OR (R có thể là gốc alkyl, aryl, alkyl
hydroxyl).
Tổng quan về thuốc nhuộm trực tiếp
Đặc điểm
Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu, là hợp chất hoà tan
trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: xơ xenlulô, giấy, tơ tằm,
da và xơ polyamit màu là những một cách trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi
trường trung tính hoặc kiềm.
Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp thuộc về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của đioxazin
và ftaloxianin, tất cả được sản xuất dưới dạng muối Natri của axit sunfonic hay các
cacboxylic hữu cơ, một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni và kali,
nên được viết dưới dạng tổng quát là:
Ar – SO3Na
Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm.
Khi hoà tan vào nước thuốc nhuộm phân ly như sau:
Ar – SO3Na Ar – SO3 + Na+
Ion Ar – SO3 là ion mang màu, tích điện âm.
Khả năng tự bắt màu của thuốc nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố dưới đây:
Phân tử thuốc nhuộm phải chứa một hệ thống mối liên kết nối đôi cách không dưới
tám kể từ đầu nhóm trợ màu này đến đầu nhóm trợ màu kia, như vậy phân tử thuốc
nhuộm sẽ luôn ở trạng thái chưa bảo hoà hoá trị và có khả năng thực hiện các liên kết
Vander Waals và liên kết Hydro với vật liệu.
Phân tử thuốc nhuộm phải thẳng vì xơ xenlulô nói riêng và những vật liệu mà thuốc
nhuộm có khả năng bắt màu điều có cấu tạo phân tử mạch thẳng, có như vậy phân tử
thuốc nhuộm mới dễ dàng tiếp cận với vật liệu và thực hiện các liên kết.
Phân tử thuốc nhuộm phải có cấu tạo thẳng, các nhân thơm hoặc các nhóm chức của
thuốc nhuộm phải nằm trên cùng một mặt phẳng để nó có thể tiếp cận cao nhất với mặt
phẳng của phân tử vật liệu, cũng là yếu tố quan trọng cho việc phát sinh và duy trì các
lực liên kết của nó với vật liệu.
Cấu tạo hóa học
Thuốc nhuộm trực tiếp là loại thuốc nhuộm mà các ion mang màu của thuốc nhuộm liên
kết với xenlulô bằng lực liên kết hóa học và các phân tử thuốc nhuộm xen kẻ với xơ sợi
bằng lực liên kết Vander Waals …
Chúng tan trong môi trường trung tính, môi trường tốt để nhuộm là pH = 7, môi trường
kiềm yếu. Nhiệt độ tối ưu của quá trình nhuộm từ 5060oC.
Thuốc nhuộm trực tiếp có cấu tạo là muối sunfonat của hợp chất hữu cơ, thường là
muối diazo có gốc S hoặc SO3Na …
Đặc điểm chung là trong phân tử có một hệ thống nối đôi liên hợp thẳng và phẳng,
các nhóm SO3Na xếp đều và thẳng góc với phân tử thuốc nhuộm thẳng hàng nên có ái
lực mạnh với sợi xenlulô.
Công thức chung và đơn giản nhất của loại này là chứa tám nối đôi liên hợp thường là
nhiều nhân thơm và tối thiểu có các nhóm ưa nước SO3Na.
+ Thuốc nhuộm trực tiếp azo: trong phân tử chứa một hoặc nhiều nhóm azo ( N = N ),
nhóm này chiếm đại bộ phận các thuốc nhuộm trực tiếp và xếp thành bốn loại: loại
thông thường, loại có độ bền màu cao, loại chứa hoặc có khả năng kết hợp với ion kim
loại thành phức không tan và loại có khả năng điazo hoá sau khi nhuộm.
+ Thuốc nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của đioxazin.
+ Thuốc nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của ftaloxyanin.
Dựa vào các chỉ tiêu về độ bền màu và phương pháp sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp
được chia làm bốn nhóm:
Gồm những màu có độ bền với ánh sáng dưới cấp bốn (theo thang tám cấp), còn độ
bền với xử lý ướt dưới cấp ba (theo thang năm cấp).
Gồm những thuốc nhuộm trực tiếp có độ bền ánh sáng trên cấp bốn, bền với xử lý
ướt ở mức trung bình, sau khi cầm màu độ bền sẽ tăng lên.
Gồm những thuốc nhuộm cần xử lý cầm màu với muối đồng nên trong tên gọi có chữ
“cupro”, độ bền màu với giặt đạt trên cấp ba, còn với ánh sáng không dưới cấp năm.
Gồm những thuốc nhuộm có thể điazo hoá trên vải và kết hợp tiếp với một thành phần
azo nữa để tăng độ bền màu với giặt lên p của các hãng nổi tiếng trên thế giới có thể
xem ở bảng sau: cấp bốn.
Nước sản xuất Hãng sản xuất Tên nhóm thuốc nhuộm trực tiếp
1 2 3 4
Anh ICI Chlorazol Durazol,fixazol Durazol cupro Chlorazol
Balan Chemicolor Direct Helion Diazo
Đức Bayer Benzo ánh Sirius bền Benzo cuprol Benzamin
Đức Sirius supra Benzo cuper Benzo para
Hochst Remastral Dianin
BASF Lurantin
Wolfen Columbia Solamin Cupracon Naftogen
Solamin –fau Zambenzi
Mỹ D pont pontamine Pomtamin fast Pontamin cuper Pontamin diazo
1.1.4.2 Tính chất kỹ thuật của thuốc nhuộm trực tiếp
Khi chuẩn bị dung dịch nhuộm với những thuốc nhuộm trực tiếp khó tan cần phải thêm
natri cacbonat vào máng để tạo môi trường kiềm yếu.
+ Nhiệt độ nhuộm và độ hấp phụ tối ưu: chỉ tiêu này được xác định theo mức độ hấp
phụ tối đa của vải bông trong các dung dịch thuốc nhuộm có nồng độ khác nhau để
nhận được màu có nồng độ trung bình. Nhiệt độ nhuộm tối ưu của thuốc nhuộm trực
tiếp trong khoảng từ 750C đến 950C tuỳ thuộc vào mỗi màu và mỗi loại vật liệu. Độ hấp
phụ tối ưu được xác định khi nhuộm sợi bông đã làm bóng ở nhiệt độ tối ưu với dung tỷ
bằng 40 khi có mặt 15% muối ăn. Số liệu hay đồ thị hấp phụ tối ưu của mỗi thuốc
nhuộm được sử dụng khi ghép màu với các thuốc nhuộm khác.
+ Độ bền màu và sự biến sắc: thuốc nhuộm trực tiếp có ưu điểm là có đủ gam màu từ
vàng đến đen, màu tương đối tươi, song nhiều thuốc nhuộm trực tiếp kém bền màu với
giặt và ánh sáng. Độ bền màu và ánh màu của thuốc nhuộm trực tiếp sẽ thay đổi khi
nhuộm cho các vật liệu khác nhau. Để nâng cao độ bền màu cho vật liệu nhuộm bằng
thuốc nhuộm trực tiếp người ta dùng các biện pháp khác nhau nhưng phổ biến hơn cả
là dùng các chế phẩm từ nhựa cao phân tử tích điện trái dấu với thuốc nhuộm hoặc
muối kim loại nặng. Sau khi cầm màu bằng các chế phầm này độ bền với giặt và ánh
sáng có thể tăng lên 12 cấp nhưng màu sẽ kém tươi (bị biến sắc).
Các chế phẩm cầm màu cho vật liệu nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp được các
hãng sản xuất và sử dụng phổ biến trong ngành dệt gồm có: muối copratin II, muối
copratin TS, Sapamin, Sapamin A, Sapamin CH, Sapamin BCH, Sapamin MS, Sapamin
KW, muối ăn và không cần hãm màu.
Phạm vi sử dụng
Do có khả năng tự bắt màu, công nghệ nhuộm đơn giản và rẻ nên thuốc nhuộm trực
tiếp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: để nhuộm trong ngành dệt (vải,
sợi,bông, hàng dệt kim từ bông, lụa visco, lụa, tơ tằm, sợi polyamit, sợi đay), để nhuộm
giấy, nhuộm các sản phẩm từ tre nứa, mành trúc, để nhuộm da và chế mực viết.
Một số thuốc nhuộm trực tiếp có độ bền màu cao vẫn được dùng để nhuộm một số vải
và sợi bông kể cả hàng dệt kim từ sợi bông hoặc có thành phần bông trong vải pha.
Thuốc nhuộm trực tiếp cũng được dùng phổ biến để nhuộm lụa visco kể cả thành phần
visco trong vải pha. Do xơ visco có cấu trúc xốp nên nó dễ bắt màu bằng loại thuốc
nhuộm này, màu bền hơn và tươi hơn so với khi nhuộm vải bông. Tơ tằm là mặt hàng
dệt quý hiếm cũng được nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp. Thành phần nhuộm và
công nghệ nhuộm cũng tương tự như vải bông, điều khác chủ yếu là phải khống chế trị
số pH để không ảnh hưởng đến độ bền của tơ (pH=88,5), ít phải dùng phẩm dệt từ xơ
polyamit với các gam màu nhạt. Đặc biệt nó được dùng để nhuộm vải lanh, sợi đay và
các sợi từ xơ libe cho màu bền và tươi.
Trong công nghiệp giấy thuốc nhuộm trực tiếp được dùng để nhuộm giấy hoặc bằng
cách đưa ngay vào bể chứa bột giấy trước khi xeo hoặc nhuộm phủ mặt bằng cách cán
ép hoặc quét dung dịch thuốc nhuộm lên giấy. Trong công nghiệp thuộc da một số
thuốc nhuộm trực tiếp được dùng để nhuộm da nhất là các màu đen, nâu và một số
màu xanh. Ở nước ta thuốc nhuộm trực tiếp còn được dùng để nhuộm hàng mây tre,
mành trúc, các đồ dùng đan từ tre nứa, tăm hương và nhuộm gỗ trước khi phủ vecni.
Nước thải ngành dệt nhuộm
1.1.1 Thành phần và tính chất trong nước thải dệt nhuộm
Đề tài chúng em nghiên cứu khả năng khừ màu thuốc nhuộm trục tiếp, đây là một phần
trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm. Để hiểu rõ hơn về nước thải dệt nhuộm và có
hướng ứng dụng đề tài hợp lý nhất, chúng em sẽ đi tìm hiểu về phần nước thải mà chủ
yếu là nước thải dệt nhuộm.
Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây truyền công nghệ phức tạp, áp dụng
nhiều loại hình công nghệ khác nhau. Đồng thời trong quá trình sản xuất sử dụng các
nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau và cũng sản xuất ra nhiều mặt hàng có mẫu
mã, màu sắc, chủng loại khác nhau. Ở nước ta hiện nay đã đạt được trên 2000 triệu
mét vải/năm. Công nghệ dệt sợi, in hoa ngày càng phát triển và hiện đại, đồng thời
cũng dùng một lượng nước ngày càng tăng, và lượng nước thải ra cũng rất lớn. Trong
quá trình dệt nhuộm phải sử dụng nhiều hóa chất phụ gia và thuốc nhuộm, nên nước
thải của công nghệ dệt nhuộm bị ô nhiễm khá nặng và có độc tính.
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là 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 là chính. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn và
thay đổi theo các mặt hàng khác nhau.
Các kết quả phân tích đặc điểm nước thải cho thấy:
Lượng nước thải thường lớn (khoảng 50 đến 3000m3 nước cho 1 tấn hàng dệt) chủ
yếu từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy.
Nước thải chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dư thừa (phẩm nhuộm, chất hoạt
động bề mặt, chất điện ly, chất ngấm, chất tạo môi trường, men, chất oxy hóa) dưới
dạng các ion, các kim loại nặng và các tạp chất tách ra từ xơ sợi. Nước thải giặt có pH
dao động từ 912, hàm lượng chất hữu cơ cao (COD có thể lên tới 10003000mg/l). Độ
màu của nước thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể lên tới 10.000 Pt
Co, hàm lượng cặn lơ lửng đạt giá trị 2000mg/l. Nước thải nhuộm thường không ổn
định và đa dạng (hiệu quả hấp thụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 6070%, 3040% các
phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thủy hoặc bị phân hủy ở một dạng khác, do đó nước
có độ màu rất cao đôi khi lên đến 50.000 PtCo. COD thay đổi từ 8018.000 mg/l. Các
phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên, thường thải trực tiếp ra môi trường, lượng phẩm
nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu.
Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc rất lớn vào loại và lượng hóa
chất sử dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in hoa…), vào tỷ lệ sử
dụng sợi tổng hợp, vào các loại hình công nghệ sản xuất (gián đoạn, liên tục hay bán
liên tục), vào đặc tính máy móc thiết bị sử dụng…
Các chất rắn trong nước thải dệt nhuộm
Chất rắn chủ yếu của nhà máy dệt nhuộm báo gồm các chất thải kém hiệu quả khi sử lý
sinh học như: vải vụn, bụi bông, bao bì, chai lọ thủy tinh đựng hóa chất, giấy vụn, két
nhựa, xỉ than, cặn dầu bụi cặn xử lý nước. Crom VI, kim loại nặng, các polime tổng
hợp, xơ sợi, các muối trung tính, chất hoạt động bề mặt.
1.1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm
+ Nhiệt độ
+ pH
+ BOD5
+ COD
+ Hàm lượng cặn lơ lửng
+ Oxi hòa tan
+ Độ đục
+ Tổng N
+ Tổng P
+ Kim loại nặng
+ Coliform
Nhu cầu về nước và nước thải trong xí nghiệp dệt nhuộm
Nhu cầu sử dụng nước cho công nghệ dệt nhuộm là khá lớn: từ 12 đến 65 lít nước cho
1m vải và thải ra từ 10 đến 40 lít nước.
Nước dùng trong nhà máy dệt đại thể phân bổ như sau:
Sản xuất hơi nước 5,3%
Làm mát thiết bị 6,4%
Phun mù và khử bụi trong các phân xưởng 7,8%
Nước dùng trong các công đoạn công nghệ 72,3%
Nước vệ sinh và sinh hoạt 7,6%
Phòng hoa và cho các việc khác 0,6%
100,0%
Nước thải của các mặt hàng dệt được tính theo H.Ruffer như sau:
Hàng len nhuộm, dệt thoi (bao gồm cả xử lí sơ bộ và nhuộm là 100 đến 250 m3/1 tấn
vải).
Hàng vải bông, nhuộm, dệt thoi là 80 đến 240m3/1 tấn vải, bao gồm:
Hồ sợi: 0,02 m3
Nấu, giũ hồ, tẩy: 30 đến 120 m3
Nhuộm: 50 đến 120 m3
Hàng vải bông in hoa, dệt thoi là 65¬ đến 280m3/1 tấn vải, bao gồm:
Hồ sợi: 0,02 m3
Giũ hồ, nấu tẩy: 30 đến 120 m3
In, sấy: 5 20 m3
Giặt: 30 140 m3
Chăn len màu từ sợi polyacrylonitrit là 40 140 m3/1 tấn, bao gồm:
Nhuộm sợi: 30 80 m3
Giặt sau dệt: 10 70 m3
Vải trắng từ polyacrylonitrit là 20 60 m3/1tấn.
Tác nhân gây ô nhiễm và đặc tính của dòng thải
Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm là:
Tạp chất tách ra từ xơ sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin, các chất bẩn
dính vào sợi ( trung bình là 6% khối lượng xơ sợi).
Các hóa chất dùng trong quá trình công nghệ: hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin,
alginat, các loại acid, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3…các loại thuốc nhuộm,
các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Lượng hóa chất sử dụng đối với
từng loại vải, từng loại màu thường khác nhau và chủ yếu đi vào nước thải của từng
công đoạn tương ứng.
+ Nhu cầu ôxy sinh hoá: là một chỉ số quan trọng của sự ô nhiễm nước thải; chỉ số này
chỉ ra mức độ ô nhiễm của nước ô nhiễm dựa trên các chất hữu cơ. Theo đó, nước
được sục khí đủ và sạch được đưa vào một bình nút kín cùng với Nitơ, Phôt pho,
Magiê và các chất dinh dưỡng khác. Trong một bình khác, bo vào đó một lượng xác
định nước ô nhiễm, các vi sinh vật cũng được bổ sung vào bình. Sau năm ngày để yên,
hàm lượng ôxy (ôxy hoà tan) của bình được đo để lấy giá trị các chất gây ô nhiễm hữu
cơ trong nước ô nhiễm. Lượng ôxy được tiêu thụ tỷ lệ thuận với lượng chất hữu cơ
theo cùng cách như quá trình chuyển hoá của con người. Thông thường bình được để
yên trong năm ngày tại 20 0C. Giá trị nhận được gọi là BOD.
+ Nhu cầu oxy hóa học: COD khác với BOD ở chỗ nó đo nhu cầu ôxy cần để phân huỷ
các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm; sử dụng các chất ôxy hoá mạnh hơn như là
pecmanganat kali hoặc bicromat kali.
Trong khi BOD chỉ ra nồng độ của các chất dễ bị phân huỷ sinh học thì COD chỉ ra
nồng độ của các chất dễ dàng bị phân huỷ “hoá học”. Kết quả là số đo COD không chỉ
ra nguồn chất dinh dưỡng cho vi sinh vật như là sunphat sắt (II) và axit nitơ hoá trị III,
nhưng nó chỉ ra một giá trị cao khi nước chứa các chất dễ liên kết hoá học với ôxy. Mặc
dầu axit axetic và các nguồn dinh dưỡng tương tự cho vi sinh vật có thể đo được bằng
BOD, chúng không thể đo được bằng COD. BOD và COD do đó sinh ra các giá trị hoàn
toàn khác nhau, mặc dầu cả hai ngày nay được dùng như là các chỉ số chỉ ra sự ô
nhiễm. Có thể sử dụng nhiều chỉ số khác để phân loại cường độ của dòng thải từ quá
trình xử lý dệt như được chỉ ra trong bảng 2.1
Bảng 2.1. Các đặc tính của dòng thải tổng thể cho nhà máy dệt
Các chỉ số Vải dệt thoi Vải dệt kim Nhuộm/Xử lý hoàn tất sợi
Nhu cầu ôxy sinh học (mg/l) 550 250 200
Các chất rắn lơ lửng (mg/l) 185 300 50
Nhu cầu ôxy hoá học (mg/l) 850 850 524
Sunphit (mg/l) 3 02
Màu (ADMI) 325 400 600
pH 711 69 712
Sử dụng nước (l/kg) 297 277 297
Qua thực tế chúng ta thấy: ngành công nghiệp dệt nhuộm có rất nhiều vẻ, rất đa dạng,
đặc trưng, tác động làm ô nhiễm chính là nước thải. Mỗi công đoạn của công nghệ có
các dạng nước thải và đặc tính của chúng
Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải
Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucozơ, carboxy metyl xelulozơ, polyvinyl alcol, nh ựa, ch ất béo
và sáp BOD cao (3450% tổng sản lượng BOD)
Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, silicat natri và sơ sợi vụn Độ kiềm cao,
màu tối, BOD cao (30% tổng BOD)
Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, AOX, acid… Độ kiềm cao, chiếm 5%
BOD
Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD)
Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, acid axetic và các muối kim loại Độ màu rất cao, BOD
khá cao (6% tổng BOD), TS cao
In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối kim loại, acid… Độ màu cao, BOD cao và dầu
mỡ
Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật muối Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nho.
Thực tế ô nhiễm nước thải phụ thuộc vào:
Loại sợi tự nhiên hay tổng hợp.
Phương pháp nhuộm (bề rộng, máy nhuộm, nồi hấp cao cấp…) và in hoa.
Hóa chất làm phẩm nhuộm, in hoa và làm các chất phụ trợ, các chất dùng để xử lý sơ
bộ và nước thải có một số đặc tính như sau:
+ pH từ 4 12, thường là kiềm; 4,5 cho dệt len và tơ tằm, 11 cho sợi bông.
+ COD: 250 1500 mg/l (50 150 kg/tấn).
+ BOD: 80 500 mg/l với tỉ lệ COD:BOD5 = 3 đến 5
+ Mầu sắc từ 500 2000 đơn vị PtCo
+ Chất rắn lơ lửng (huyền phù SS): 30 40 mg/l ( ít phong phú, sơ sợi, lông tơ), đôi khi
tới 1000mg/l (trường hợp với bông). Trong công đoạn tẩy trắng, nước thải thường
mang theo các hóa chất được dùng để tẩy vải và làm sạch vải như: NaOH, cacbonat,
tripolyphosphat, các loại xà phòng, thuốc tẩy, lơ, dẫn xuất clo..
Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải của từng loại hình công nghệ và
từng loại sản phẩm thường khác nhau và thay đổi từ cơ sở này sang cơ sở khác. Các
giá trị này phải được đo và lấy mẫu phân tích cho từng cơ sở cùng như ở các thời điểm
khác nhau đối với một cơ sở.
Qua khảo sát một số cơ sở dệt nhuộm của Việt Nam, nước thải của các cơ sở này sơ
bộ phân tích thu được ở bảng 2.3. (Số liệu của TT khoa học và CN môi trường, Bách
Khoa, Hà Nội, 1997).
Các thông số (xí nghiệp) Đơn vị 1 2 3 4 5
Đặc tính sản phẩm Hàng bông
dệt thoi Hàng pha
dệt kim Hàng pha dệt kim Hàng len Sợi
Nước thải m3/1tấn vải 394 264 280 114 236
pH 811 910 910 9 911
TS (tổng hàm lượng chất rắn) mg/l 4001000 9501380 8001100 420 8001300
BOD5 mg/l 70135 90220 120400 120130 90130
COD mg/l 150380 230500 5701200 400450 210230
Độ màu PtCo 350600 250500 10001600 260300
Các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm bao gồm các chất hữu cơ ( thuốc nhuộm,
tinh bột, tạp chất) và các chất vô cơ ( các muối trung tính, các chất trợ nhuộm, các chất
dùng trong quá trình tẩy…).
Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm tới nguồn tiếp
nhận có thể tóm tắt như sau:
Độ kiềm cao làm tăng độ pH của nước. Nếu pH >9 sẽ gây độc hại với các loài thủy
sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải.
Muói trung tính làm tăng hàm lượng tổng chất rắn TS. Lượng thải lớn gây tác hại đối
với các loài thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng tới quá trình trao đổi
chất của tế bào.
Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại đối với đời
sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nước.
Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận,
ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh
quan.
Các chất độc như sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng
tích tụ trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh
thái nguồn nước, gây ra một số bệnh mãn tính hay ung thư đối với người và động vật.
Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước, ảnh
hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh.
1.1.3 Các phương pháp ngăn ngừa ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm
Nước thải là loại chất thải gây ô nhiễm môi trường đáng được quan tâm hàng đầu trong
các loại chất thải của ngành dệt nhuộm. Vì không có số liệu về tải lượng ô nhiễm cũng
như đặc tính ô nhiễm nước thải mang tính tổng quan cho ngành nên khi lựa chọn
phương án ngăn ngừa giảm thiểu và xử lý nước thải cần có khảo sát nghiên cứu cụ thể
cho từng trường hợp.
Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm có thể
được thực hiện trong quá trình sản xuất như:
Giảm nhu cầu sử dụng nước bằng thường xuyên kiểm tra hệ thống nước cấp, tránh
rò rỉ nước. Sử dụng môđun đẩy, nhuộm, giặt hợp lý. Tự động và tối ưu hóa quá trình
giặt như giặt ngược chiều. Tuần hoàn, sử dụng lại các dòng nước giặt ít ô nhiễm và
nước làm nguội.
Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thuốc nhuộm và giảm được ô
nhiễm môi trường.
Giảm các chất gây ô nhiễm môi trường trong quá trình tẩy như: NaOCl, NaClO2.
Giảm ô nhiễm kiềm trong nước thải từ công đoạn làm bóng.
Tái sử dụng nước sau khi xử lý sơ bộ ở một số giai đoạn sản xuất nếu thấy có thể
được.
Tiết kiệm sử dụng hóa chất trong sản xuất hoặc thay thế những hóa chất độc hại bằng
những hóa chất ít độc hại.
Các phương pháp xử lý nước thải
Nước thải các nhà máy dệt, nhuộm thường là nước thải độc hại đối với môi trường
sống. Do đó, việc làm giảm khối lượng và tính chất độc hại là điều cần phải tính toán
ngay từ giai đoạn thiết kế nhà máy.
Ngay sau khi đã áp dụng tất cả mọi biện pháp để giảm thiểu ô nhiễm, ta sẽ chọn
phương pháp thích hợp để xử lý nước thải dệt, nhuộm.
Xử lý sơ bộ:
+ Songlưới chắn: Trong nước thải có mặt nhiều xơ sợi, vì vậy yêu cầu đặt một lưới
chắn mịn ở song chắn rác thông thường. Trong trường hợp có lượng lớn váng trắng thì
cần phải loại bo dầu.
+ Đồng nhất hóa (hay là bể điều hòa và trộn lẫn): Bắt buộc phải có một bể đệm với thể
tích tương đương 612h lưu nước trong bể với lưu lượng xử lí trung bình và cho phép
mở rộng tới 24h hoặc 16h (hai trạm). Ở các bể loại này thường dùng thổi không khí để
khuấy trộn.
+ Trung hoà: Sau khi trộn đều đồng nhất, pH của nước thải có trị số từ 910. Do vậy,
cần phải tiến hành trung hòa bằng acid Sulfuric.
Phương pháp hóa lý:
+ Đông keo tụ: Đây là phương pháp rất thích hợp áp dụng cho xử lý nước thải dệt
nhuộm. Quá trình đông keo tụ có thể làm giảm đáng kể hàm lượng các chất ô nhiễm
như COD, BOD5, kim loại nặng và đặc biệt là độ màu. Trong phương pháp này người
ta hay sử dụng các loại phèn nhôm hay phèn sắt, có thể kết hợp thêm sữa vôi. Về
nguyên lý thì khi đưa các chất trên vào nước sẽ tạo thành các hydroxit không tan.
Trong quá trình lắng xuống các chất màu và các chất khó phân huỷ sinh học sẽ bị hấp
phụ vào các bông keo này và cùng lắng xuống tạo thành bùn. Đôi khi để tăng quá trình
tạo bông và trợ lắng người ta bổ sung các chất trợ tạo bông như các polyme hữu cơ.
Phương pháp sinh học:
Quá trình xử lý sinh học có khả năng làm giảm BOD, COD, TS. . . nhg chất có khả năng
phân huỷ sinh học nhưng nó là phương pháp ít hiệu quả để khử màu do đó phải tiến
hành khử màu trước khi dưa vào xử lý sinh học. Mặt khác để xử lý sinh học được thì
nước thải phải đáp ứng các điều kiện tối thiểu sau
+ pH = 6.58
+ 0.5 BOD5/COD
+ Không có các tác nhân gây ức chế hoạt động của VSV như các kim loại nặng…
+ Tỷ lệ chất dinh dưõng thích hợp C:N:P = 100:5:1
Vì vậy muốn áp dụng hệ thống xử lý sinh học thì bắt buộc phải trung hoà dòng thải, khử
các chất gây độc, giảm tỷ lệ các chất khó bị phân huỷ sinh học cũng như bổ sung các
chất dinh dưõng cần thiết (từ nước thải sinh hoạt ).
Do đó với nước thải ngành dệt nhuộm thì hàm lượng COD, BOD5 không quá cao do đó
xử lý bằng phương pháp hiếu khí sẽ có hiệu quả. Trong đó bao gồm: xử lý nước thải
nhờ quá trình bùn hoạt tính (bể Aeroten), lọc sinh học, hồ oxy hoá hay kết hợp xử lý
sinh học nhiều bậc. Hay dùng là bể Aeroten vì thiết kế cũng như vận hành tương đối dễ
dàng, giá thành laị không cao. Trong khi đó phương pháp hồ sinh học thì đòi hoi diện
tích rất lớn mà hiệu quả xử lý không cao. Sử dụng bể lọc sinh học thì hiệu quả xử lý
cao nhưng chi phí lớn do phải sử dụng vật liệu lọc, vận hành phức tạp hơn và cần thiết
phải thường xuyên vệ sinh thiết bị. . .
Dây chuyền xử lý nước thải
Sơ đồ khối của một hệ thống nước thải
Cơ sở lựa chọn thiết kế hệ thống nước thải
Do đặc thù công nghệ nước thải dệt nhuộm có độ màu, COD, BOD5 cao. Ngoài ra còn
có thể có các kim loại nặng và pH cao. Nước thải của dệt nhuộm còn có sự dao động
cả về lưu lượng và tải lượng các chất ô nhiễm. Do đó mà có thể có rất nhiều phương
án xử lý khác nhau, việc lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp phải dựa vào nhiều thông
số như lưu lượng thải, tiêu chuẩn dòng thải. . .cũng như phải phù hợp và đạt hiệu quả
về mặt kinh tế.
Đặc tính nước thải và yêu cầu nước thải sau xử lý
Trong phạm vi của đồ án môn học, nhiệm vụ là thiết kế hệ thống nước thải của một cơ
sở dệt nhuộm với các thông số đặc trưng như sau:
Lưu lượng trung bình: 500m3/ngày đêm.
Đặc trưng ô nhiễm chính:
+ pH = 9. 3
+ COD = 774 mg/l
+ BOD5 = 182 mg/l
+ TS = 850 mg/l
+ SS = 174 mg/l
+ Độ màu (Pt Co) = 1784 0.
Yêu cầu đặt ra đối với hệ thống xử lý là nước thải ra phải đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN
59451995). Tức là được phép thải vào nguồn nước dùng cho giao thông thuỷ, tưới
tiêu, bơi lội, trồng trọt.
Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ chất ô nhiễm theo TCVN 59451995
Thông số Đơn vị đo Giá trị giới hạn
Nhiệt độ 00C 40
pH 5.59
BOD5 (2000C) mg/l 50
COD mg/l 100
SS mg/l 100
Độ màu PtCo
Độ màu của nước thải mặc dù trong tiêu chuẩn thải không nêu ra nhưng yêu cầu đặt ra
là phải khử tối đa độ màu trong nước thải trước khi thải vào nguồn tiếp nhận để tránh
gây tác hại cho môi trường.
Lựa chọn hệ thống xử lý nước thải
Từ việc phân tích so sánh các phương pháp trên ta có thể lựa chọn hệ thống xử lý
nước thải có các đặc tính đã nêu ở trong phần 2.8 gồm có các công đoạn:
Xử lý sơ bộ: Song chắn rác, bể lắng cát, bể điều hoà.
Xử lý cấp I: Bể đông keo tụ, bể lắng cấp I.
Xử lý cấp II: Bể trung hoà, bể Aeroten, bể lắng cấp II.
Khử trùng dòng thải
Đây là sơ đồ hết sức phổ biến được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
Sử dụng lại dung dịch dệt nhuộm
Tái tạo lại thành phần của dung dịch nhuộm và sử dụng lại là quá trình tốt do giảm chi
phí, tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm. Sử dụng lại dung dịch nhuộm đã được sử
dụng cho nhiều thuốc nhuộm và nhiều nguyên liệu. Phần này sẽ bàn luận quy trình và
sẽ đưa ra các ví dụ về sử dụng các kỹ thuật này một cách thành công. Nhuộm mẻ là
không hiệu quả trong việc sử dụng hoá chất, năng lượng và nước. Lượng các hoá chất
trợ được sử dụng thay đổi từ vài phần trăm tới trên 100% so với khối lượng vải. Hầu
hết các hoá chất này không hấp thụ vào trong vải và làm tăng tải lượng thải của dòng
thải nhà máy. Lượng thuốc nhuộm thường chỉ là một vài phần trăm của khối lượng vải.
Bằng cách tái tạo lại thành phần và sử dụng lại dung dịch nhuộm, hiệu suất của quá
trình nhuộm mẻ có thể được tăng lên, và có thể giảm được lượng sử dụng hoá chất
trợ, nước và năng lượng một cách đáng kể. Hiện nay chưa tìm thấy bài báo nào bàn
luận về sử dụng lại dung dịch nhuộm trong quá trình nhuộm liên tục. Điều này có thể là
khả thi nếu dung dịch nhuộm được giữ lại cho đến khi cùng loại nguyên liệu được
nhuộm bằng cùng đơn nhuộm, hoặc nếu có thể sử dụng lại dung dịch nhuộm để nhuộm
cùng nguyên liệu với ánh màu khác.
+ Lưu giữ dung dịch nhuộm đã tận trích: Dung dịch nhuộm đã tận trích được bợm vào
một bể chứa, tại đây dung dịch nhuộm được phân tích và được tái tạo lại thành phần.
Trong khi chờ đợi vải được rũ trong máy nhuộm. Có thể làm được điều này bằng hai
máy nhuộm giống hệt nhau. Một máy chuẩn bị sợi hoặc vải để nhuộm trong khi máy kia
nhuộm. Sau khi nhuộm, dung dịch nhu ộm của máy thứ hai được bơm vào máy thứ
nhất để phân tích và tái tạo lại thành phần. Máy thứ hai sẽ rũ vải trong khi máy một
trong chu kỳ nhuộm. Một cách khác là lấy vải ra khoi máy nhuộm sau khi nhuộm và để
lại dung dịch nhuộm đã tận trích trong máy để phân tích và tái tạo lại thành phần. Việc
này loại bo sự cần thiết phải có bể chứa.
+ Phân tích dung dịch nhuộm để tìm các hóa chất: Có thể đo thuốc nhuộm không được
tận trích ra khoi dung dịch nhuộm bằng máy quang phổ. Nếu dung dịch nhuộm đục, có
thể dùng các phương pháp chiết. Hầu hết hoá chất trợ sẽ không được loại bo ra khoi
dung dịch nhuộm. Định lượng thành phần có thể được ước lượng hoặc có thể xác định
lượng bằng phân tích. Theo các nhà nghiên cứu, việc ước lượng các tổn hao, trong
hầu hết các trường hợp là đủ. Một số nhà nghiên
cứu đã phát triển một chương trình máy tính có thể giúp đỡ xác định lượng hoá chất trợ
và thuốc nhuộm cần để tái tạo lại thành phần của dung dịch nhuộm.
+ Các hạn chế: Thành công của việc sử dụng lại dung dịch nhuộm phụ thuộc vào loại
thuốc nhuộm và loại vải. Có thể sử dụng lại các thuốc nhuộm dễ nhất cho một số lượng
hạn chế chu kỳ nhuộm do có sự tích tụ tạp chất. Các hoá chất được sử dụng trong các
bước xử lý trước và tạp chất từ vải có thể tích lại trong dung dịch nhuộm. Tạp chất
cũng có thể có mặt trong chất trợđược bổ sung vào dung dịch nhuộm. Một số các tạp
chất này có thể làm chậm lại quá trình nhuộm hoặc có thể gây đốm màu. Khi nhuộm
bằng các thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm hoàn nguyên hoặc thuốc nhuộm
sunphua, yêu cầu vải được xử lý sau bằng hoá chất. Kết quả là cần có thiết bị bảo
quản để giữ dung dịch nhuộm tận trích khi vải nhuộm được xử lý sau. Điều này làm
tăng chi phí thiết bị và lượng nước cần để làm vệ sinh máy. Phân tích dung dịch nhuộm
là khó khăn khi sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính do máy quang phổ không thể phân biệt
được thuốc nhuộm đã thuỷ phân và thuốc nhuộm còn nguyên.
Kết luận:
Xử lý nước thải nhuộm có màu và khử màu nước thải là nhiệm vụ khó khăn. Dải pH
rộng, nồng độ muối và cấu trúc hoá chất thường làm cho công việc thêm phức tạp. ác
phương pháp vật lý và hoá học để loại bo thuốc nhuộm là hữu hiệu chỉ khi thể lượng
thải nho. Ngoài cố gắng để loại bo thuốc nhuộm và thoái biến thuốc nhuộm cùng một
lúc, quá trình hấp phụ đưa ra một cách khác để phân chia các quá trình này thành hai
bước. Một khi thuốc nhuộm đã được hấp phụ vào giá thể nông nghiệp, nó ở dạng dex
xử lý hơn, và sau đó có thể xử lý được.
Tổng quan về điện phân
Khái niệm
Sự điện phân là quá trình oxi hóakhử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện
một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li.
Sự điện phân là quá trình sử dụng điện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học.
Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation chạy về cực âm
(catot) còn các anion chạy về điện cực dương (anot), tại đó xảy ra phản ứng trên các
điện cực (sự phóng điện).
Hình 3.1. Điện phân dung dịch
Tại catot xảy ra quá trình khử cation (Mn+ + ne → M) còn tại anot xảy ra quá trình oxi
hóa anion (Xn → X + ne).
Người ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li
trong nước, điện phân dùng điện cực dương tan.
1.1.4 Sự điện phân các chất điện li
1.3.2.1 Sự điện phân chất điện li nóng chảy
Trong thực tế, người ta thường tiến hành điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit)
nóng chảy của các kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Ba, Ca, Mg, Al.
Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
Catot () NaCl Anot (+)
2| Na+ + e → Na 2Cl → Cl2 + 2e
Phương trình điện phân là: 2NaCl 2Na + Cl2
Cần có màng ngăn không cho Cl2 tác dụng trở lại với Na ở trạng thái nóng chảy làm
giảm hiệu suất của quá trình điện phân. Một số chất phụ gia như NaF, KCl giúp làm
giảm nhiệt độ nóng chảy của hệ…
Hình 3.2. Điện phân nóng chảy
Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
Catot ( – ) NaOH Anot ( + )
4| Na+ + 1e → Na 4OH → O2 + 2H2O + 4e
Phương trình điện phân là: 4NaOH 4Na + O2 + 2H2O
Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng
sơ đồ:
Catot ( – ) Al2O3 Anot ( + )
4| Al3+ + 3e → Al
3| 2O2 → O2 + 4e
Phương trình điện phân là: 2Al2O3 4Al + 3O2
Criolit (Na3AlF6) có vai trò quan trọng nhất là làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3
từ 2050oC xuống khoảng 900oC, ngoài ra nó còn làm tăng độ dẫn điện của hệ và tạo
lớp ngăn cách giữa các sản phẩm điện phân và môi trường ngoài. Anot làm bằng than
chì thì điện cực bị ăn mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh: C + O2 CO2 và 2C +
O2 2CO
1.3.2.2 Điện phân dung dịch chất điện li trong nước
Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion do chất điện li phân li ra còn có các ion H+
và OH của nước. Do đó việc xác định sản phẩm của sự điện phân phức tạp hơn. Tùy
thuộc vào tính khử và tính oxi hóa của các ion có trong bình điện phân mà ta thu được
những sản phẩm khác nhau.
Ví dụ: Khi điện phân dung dịch NaCl, các ion Na+, H+(H2O) chạy về catot còn các ion
Cl, OH(H2O) chạy về anod. Ion nào trong số chúng sẽ phóng điện ở các điện cực.
Cơ sở để giải quyết vẫn đề này là dựa vào các giá trị thế oxi hóakhử của các cặp.
Trong quá trình điện phân, trên catot diễn ra sự khử. Vì vậy khi có nhiều dạng oxi hóa
thì trước hết dạng oxi hóa của cặp có thế lớn hơn sẽ bị khử trước. Ngược lại trên anot
sẽ diễn ra sự oxi hóa dạng khử của cặp có thế oxi hóakhử nho nhất trước.
1.3.2.2.1 Khả năng phóng điện của các cation ở catot:
Ở catot có thể xảy ra các quá trình khử sau đây:
Mn+ + ne → M
2H+(axit) + 2e → H2
Hoặc ion hiđro của nước bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH
Dạng oxi hóa của những cặp có thế càng lớn càng dễ bị khử. Theo dãy thế
oxi hóa – khử thì khả năng bị khử của các ion kim loại như sau:
Các cation từ Zn2+ đến cuối dãy Hg2+, Cu2+, Fe3+, Ag+…dễ bị khử nhất và
thứ tự tăng dần
Từ Al3+ đến các ion đầu dãy Na+, Ca2+, K+…không bị khử trong dung dịch
Các ion H+ của axit dễ bị khử hơn các ion H+ của nước.
1.3.2.2.2 Khả năng phóng điện của các anion ở anot:
Ở anot xảy ra quá trình oxi hóa các anion gốc axit như Cl, S2…hoặc ion OH của
bazơ kiềm hoặc nước
2Cl → Cl2 + 2e
4OH → O2 + 2H2O + 4e
Hoặc ion OH của nước bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e
Dạng khử của những cặp có thế oxi hóa – khử càng nho càng dễ bị oxi hóa. Theo dãy
thế oxi hóa – khử thì khả năng bị oxi hóa của các anion như sau:
Các anion gốc axit không chứa oxi dễ bị oxi hóa nhất theo thứ tự:
RCOO < Cl < Br < I < S2…
Các anion gốc axit như NO3, SO42, PO43, CO32, ClO4…không bị oxi hóa
Riêng các ion OH của kiềm hoặc của nước khó bị oxi hóa hơn các ion S2, I, Br, Cl
…
Nếu khi điện phân không dùng các anot trơ như graphit, platin (Pt) mà dùng các kim
loại như Ni, Cu, Ag…thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion vì thế oxi hóa –
khử của chúng thấp hơn, và do đó chúng tan vào dung dịch (anot tan)
1.3.2.2.3 Một số ví dụ:
+ Điện phân dung dịch CuCl2 với anot trơ có thể biểu diễn bằng sơ đồ:
Catot ( – ) CuCl2 Anot ( + )
Cu2+ + 2e Cu 2Cl Cl2 + 2e
Phương trình điện phân là: CuCl2 Cu + Cl2
+ Điện phân dung dịch NaCl bão hòa với điện cực trơ có màng ngăn có thể biểu diễn
bằng sơ đồ:
Catot ( – ) NaCl Anot ( + )
H2O, Na+ (H2O) Cl, H2O
2H2O + 2e H2 + 2OH 2Cl Cl2 + 2e
Phương trình điện phân là: 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2
Nếu không có màng ngăn thì: Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O
Nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O NaClO + H2 + Điện phân dung dịch
CuSO4 với anot bằng Cu ( như hình vẽ dưới đây):
Ở catot ( – ): Cu2+(dd) + 2e Cu làm giảm nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái của ống
chữ U.
Ở anot ( + ): Cu(r) Cu2+(dd) + 2e làm tăng nồng độ ion Cu2+ ở bên nhánh trái của ống
chữ U và anot dần dần bị hòa tan Phương trình điện phân là:
Cu(r) + Cu2+(dd) Cu2+(dd) + Cu(r)
Hình 3.3. Điện phân dung dịch CuSO4
1.1.5 Định luật FaRaDay
Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và
đương lượng của chất
Trong đó:
m : Khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)
A: Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực
n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận
I: Cường độ dòng điện (A)
t: Thời gian điện phân (s)
F: Hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol
electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F=1,602.1019.6,022.1023 ≈
96500 C.mol1)
: đương lượng gam hóa học
+ Biểu thức liên hệ:
ne là số mol electron trao đổi ở điện cực
Ví dụ: Điện phân 100 ml dung dịch NaCl với điện cực trơ có màng ngăn với cường độ
dòng điện I = 1,93A. Dung dịch thu được sau khi điện phân có pH = 12. Biết thể tích
dung dịch không đổi, clo không hòa tan trong nước và hiệu suất điện phân 100%. Thời
gian tiến hành điện phân là: A. 50s B.60s C.100s D. 200 s
Giải:
pH = 12 [OH] = 102 nOH = 103 M
Tại catot (–) xảy ra phản ứng: 2H2O + 2e H2 + 2OH ne = 103 mol
hoặc mH2 =103 gam Đáp án A
1.1.6 Ứng dụng của điện phân
Sự điện phân có nhiều ứng dụng trong công nghiệp
1. Điều chế các kim loại (xem điều chế các kim loại).
2.Điều chế một số phi kim như H2, O2, F2, Cl2.
3. Điều chế một số hợp chất như NaOH, H2O2, nước JaVel.
4. Tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn. Fe. Ag, Au…
5. Mạ điện.
Điện phân với anot tan cũng được dùng trong mạ điện, nhằm bảo vệ kim loại khoi bị ăn
mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ. Anot là kim loại dùng để mạ (như hình vẽ là Hình3.4.
vàng) còn catot là vật cần mạ (cái thìa) . Lớp mạ thường rất mong, có độ dày từ 5.105
÷ 1.103
Hình 3.4. Ứng dụng của điện phân trong mạ điện
Các kết quả nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm
Vlyssides et al. (1998) đã nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm áp dụng quá trình ôxi hóa
điện hóa để xử lý nước thải của nhà máy dệt nhuộm ở Thrace, Hy Lạp. Titan/Platin
được sử dụng làm điện cực anốt và thép không rỉ 304 được sử dụng làm điện cực
catốt. Các điện cực được cung cấp dòng điện 20V và 50A. Thùng điện phân có dung
tích 5 lít, dùng bơm để cho dung dịch lưu chuyển tuần hoàn với tốc độ 10 l/phút. Hệ
thống làm lạnh duy trì nhiệt độ nước thải luôn ở 420C. Đặc tính nước thải như sau:
BOD5 450 mg/l; COD 1.200 mg/l; màu 3.400 đơn vị ADMI; tổng nitơ Kjeldahl (TKN) 34
mg/l; pH 10. Trong quá trình thử nghiệm, cho thấy nếu đưa thêm NaCl và acid HCl,
hiệu suất xử lý COD và xử lý màu được gia tăng. Tải lượng COD giảm được 93% sau
40 phút xử lý với mật độ dòng điện 890 mA/cm2 có thêm vào 2ml NACl 1% ( tương ứng
10.000 mg NaCl/l) và 2 ml HCl 36%. Độ màu theo đơn vị ADMI giảm được 96%, BOD5
giảm được 92% và TKN giảm đến >99%.
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
Phương pháp đo màu của máy quang phổ
Phương pháp đo
Chia làm hai phần: phần quang học và phần đo
+ Phần quang học: nguồn sáng (L), khe sáng và điều chỉnh được (E), ống chuẩn trực
(K), quang kế hệ tán sắc với một lăng kính hay hai lăng kính, kính lọc nhiễu xạ hay
cách tử nhiễu xạ… để tạo ra tia đơn sắc (P), thấu kính O, khe điều chỉnh ánh sáng
thoát ra (A).
+ Phần đo: bộ thu quang điện (F), khuyếch đại (V), bộ vi xử lý và hiển thị kết quả đo nối
với các thiết bị ngoại vi như màn hình, máy in.
Tiến hành đo màu
Bức xạ xuất phát từ trong quang phổ kế thông qua khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ thành một
dải ánh sáng toàn sắc. Ứng với góc xoay của lăng kính P, sẽ cho bức xạ đơn sắc có
bước sóng xác định đi vào khe hẹp A. Khe A cho ánh sáng thoát ra được điều chỉnh
tương ứng với độ rộng . Tia đơn sắc sẽ chiếu lên mẫu đo và mẫu trắng chuẩn. Tỷ lệ
giữa phần ánh sáng đơn sắc trả lại từ mẫu đo so với ánh sáng đơn sắc trả lại từ mẫu
trắng chuẩn gọi là độ phản xạ tại một bước sóng R . Độ phản xạ được dẫn vào bộ thu
quang điện F, được xử lý cuối cùng cho ra số liệu và những đường cong phản xạ.
Từ những cơ sở lý thuyết đó chúng em tiến hành đi vào thực nghiệm để tìm hiểu kỹ
hơn về khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân.
Kế hoạch thực nghiệm
Quét phổ UVVIS tìm max của từng loại thuốc nhuộm acid.
Sử dụng max dựng đường chuẩn của từng loại thuốc nhuộm.
Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố như: dòng điện, thời gian điện phân, pH, nồng
độ thuốc nhuộm, nồng độ muối NaCl và nhiệt độ đến hiệu suất khử màu.
Chọn khoảng khảo sát của 4 yếu tố để quy hoạch thực nghiệm.
Quy hoạch thực nghiệm.
Tối ưu hóa.
Sau khi tối ưu hóa, chọn điều kiện tốt nhất của quá trình điện phân bằng dung dịch
NaCl để xử lý màu thuốc nhuộm trực tiếp
2.1.1 Tiến hành thực nghiệm
Bước 1: Quét phổ UVVIS tìm max của từng loại thuốc nhuộm trực tiếp.
Bước 2: Dựng đường chuẩn.
Dựa vàomax tìm được của từng màu thuốc nhuộm trực tiếp tương ứng để tiến hành đo
quang dựng những đường chuẩn tương ứng. Từ đó ta sẽ có những phương trình
tương ứng với từng màu của thuốc nhuộm trực tiếp.
Bước 3: Quy hoạch thực nghiệm.
Từ những đường chuẩn này chúng em tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến
hiệu suất khử màu thuốc nhuộm trực tiếp như:
+ Dòng điện ảnh hưởng như thế nào khi ta tăng hoặc giảm.
+ Thời gian điện phân càng nhiều hay ít có ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất khử
màu.
+ pH ảnh hưởng như thế nào đến khả năng khử màu thuốc nhuộm khi điện phân.
+ Nồng độ muối NaCl ảnh hưởng nhiều hay ít đến khả năng khử màu thuốc nhuộm.
+ Nhiệt độ có ảnh hưởng gì đến việc khử màu thuốc nhuộm trong quá trình điện phân
khử màu thuốc nhuộm trực tiếp hay không?
Từ những số liệu trên chúng em đã chọn được ra 4 yếu tố có ảnh hưởng nhất đến quá
trình khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân để quy hoạch thực nghiệm.
Bước 4: Tối ưu hóa
Tiến hành quy hoạch thực nghiệm. Sau đó là tối ưu hóa, từ đó sẽ chọn ra những điều
kiện tốt nhất của quá trình điện phân bằng dung dịch NaCl để xử lý màu thuốc nhuộm
trực tiếp.
Bước 5: Tiến hành khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân dựa theo các
điều kiện đã chọn.
Trên đây là toàn bộ kế hoạch thực nghiệm của chúng em, nếu có điều kiện chúng em
sẽ nghiên cứu sâu hơn về lĩnh vực điện phân cũng như ứng dụng các điều kiện tối ưu
ở trên để tiến hành xử lý nước thải nghành dệt nhuộm mà cụ thể là xử lý màu của
nước thải nghành dệt nhuộm.
CHƯƠNG III: KẾT LUẬN
Sau khi tìm hiểu về cơ sở lý thuyết chúng em đã có một số kiến thức cơ bản để tiến
hành thực nghiệm. Nhưng kiến thức thì vô hạn, sự hiểu biết của chúng em thì có giới
hạn nên không thể tránh khoi sai sót. Mặc dù vậy chúng em đã tìm cách hạn chế và
hoàn thành đồ án nghiên cứu khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện
phân một cách tốt nhất. Bên cạnh đó chúng em cũng hi vọng khoa và trung tâm công
nghệ hóa hỗ trợ thêm cho chúng em, để chúng em được nghiên cứu sâu hơn về đề tài
khả năng khử màu thuốc nhuộm trực tiếp bằng phương pháp điện phân
- Xem thêm -
.DOCX 
20 
323 
99 
