Tài liệu Nghiên cứu chiết tách chất màu từ hạt dành dành và ứng dụng nhuộm vải tơ tằm ở quảng nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC PHẠM THỊ THU HẰNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CHẤT MÀU TỪ HẠT DÀNH DÀNH VÀ ỨNG DỤNG NHUỘM VẢI TƠ TẰM Ở QUẢNG NAM Lớp : 18SHH Chuyên ngành : Sư phạm Hóa học Đà Nẵng, tháng 05 năm 2022 i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC PHẠM THỊ THU HẰNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CHẤT MÀU TỪ HẠT DÀNH DÀNH VÀ ỨNG DỤNG NHUỘM VẢI TƠ TẰM Ở QUẢNG NAM Giảng viên hướng dẫn PGS.TS. LÊ TỰ HẢI Đà Nẵng, tháng 05 năm 2022 ii SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu chiết tách chất màu từ hạt dành dành và ứng dụng nhuộm vải tơ tằm ở Quảng Nam” là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong đề tài này là trung thực và hoàn toàn không sao chép hoặc sử dụng kết quả của đề tài nghiên cứu của tác giả khác đã công bố. Nếu phát hiện có sự sao chép kết quả nghiên cứu của đề tài khác, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Đà Nẵng, ngày … tháng 05 năm 2022 Tác giả Phạm Thị Thu Hằng i SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu chiết tách chất màu từ hạt dành dành và ứng dụng nhuộm vải tơ tằm ở Quảng Nam” ngoài sự nỗ lực học hỏi của bản thân có sự giúp đỡ nhiệt tình của nhiều quý thầy, cô. Tôi đặc biệt chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Tự Hải đang công tác tại Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng là giảng viên trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi với những chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài. Đồng thời, tôi trân trọng cảm ơn quý thầy, cô giảng dạy ở khoa Hóa, trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô công tác tại phòng thí nghiệm khoa Hóa Đại Học Sư Phạm đã tạo cơ hội, giúp đỡ để tôi được học tập, rèn luyện và tích lũy kiến thức, kỹ năng để thực hiện khóa luận. Tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Tuy nhiên vì kiến thức chuyên môn còn hạn chế và bản thần còn thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiến nên nội dung báo cáo không tránh khỏi những thiếu xót, tôi rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo thêm của quý thầy cô. Một lần nữa gửi đến quý thầy cô lời càm ơn chân thành và tốt đẹp nhất! Đà Nẵng, ngày ….tháng 5 năm 2022. Sinh viên thực hiện Phạm Thị Thu Hằng ii SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Làng nghề dệt lụa Vạn Phúc ............................................................................. 1 Hình 1.2. Làng nghề dệt lụa Duy Xuyên .......................................................................... 2 Hình 1.3. Làng nghề dệt lụa Tân Châu ............................................................................. 2 Hình 1.4. Làng nghề dệt lụa Nha Xá ................................................................................ 3 Hình 1.5. Công ty lụa Mã Châu, Quảng Nam ................................................................... 3 Hình 1.6. Nước thải ngành dệt nhuộm.............................................................................. 4 Hình 1.7. Các bước thay đổi năng lượng .......................................................................... 6 Hình 1.8. Trạng thái chuyển điện tử ................................................................................. 6 Hình 1.9. Benzaurin sunfoaxit chuyển màu từ vàng đến đỏ ............................................ 10 Hình 1.10. Alizarin chuyển màu từ vàng đến tím ........................................................... 10 Hình 1.11. Quinazarin chuyển màu từ đỏ đến tím .......................................................... 11 Hình 1.12. Mô hình sự hấp thu ánh sáng và màu sắc ở vùng khả kiến ............................ 12 Hình 1.13. Thứ tự phân bố các mức năng lượng ............................................................. 12 Hình 1.14. Giới thiệu một số màu vàng polyene............................................................. 14 Hình 1.15. Cấu tạo của thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ tía .............................................. 14 Hình 1.16. Công thức cấu tạo của thuốc nhuộm Indigofera tinctoria L ........................... 15 Hình 1.17. PGS. TS Lĩnh đang thuyết trình tại buổi nghiệm thu đề tài. Trên bảng là các gam màu khác nhau, được nhuộm từ các loại lá cây, phế thải nông nghiệp .................... 19 Hình 1.18. Cấu trúc mặt cắt ngang của tơ tằm ................................................................ 19 Hình 1.19. Cấu trúc hóa học của fibroin ......................................................................... 19 Hình 1.20. Hạt dành dành .............................................................................................. 20 Hình 1.21. Công thức cấu tạo các chất trong hạt dành dành (theo thứ tự) ....................... 22 Hình 1.22. Cấu trúc khung carbon của các carotenoid .................................................... 23 Hình 2.1. Hạt dành dành ................................................................................................ 26 Hình 2.2. Phân xưởng dệt lụa Mã Châu.......................................................................... 26 Hình 2.3. Quy trình trích ly chất màu từ hạt dành dành .................................................. 28 Hình 2.4. Quy trình nhuộm vải ....................................................................................... 29 Hình 2.5. Máy đo màu CIE LAB ................................................................................... 31 Hình 3.1. Sơ đồ ninh hạt dành dành ............................................................................... 32 Hình 3.2. Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các khối lượng hạt dành dành khác nhau. .......... 32 Hình 3.3. Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các thời gian chiết khác nhau ............................ 33 iii SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải Hình 3.4. Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các nhiệt độ chiết khác nhau ............................. 34 Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nhuộm vải.......................................... 36 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhuộm vải ........................................... 37 Hình 3.7.Ảnh hưởng của nồng độ chất cầm màu đến quá trình nhuộm vải ..................... 38 iv SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Bảng sự chuyển màu do ảnh hưởng nối đối liên hợp ........................................ 8 Bảng 1.2.Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng của các nguyên tử khác ngoài carbon ........ 8 Bảng 1.3. Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng nhóm thế .................................................. 9 Bảng 1.4. Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng ion kim loại............................................ 11 Bảng 1.5. Danh mục một số màu tự nhiên tiêu biểu ....................................................... 13 Bảng 1.6. Chức năng các thành phần của hạt dành dành ................................................ 21 Bảng 2.1. Hóa chất sử dụng ........................................................................................... 27 Bảng 2.2. Hệ thống thiết bị và dụng cụ sử dụng ............................................................ 27 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hạt dành dành / thể tích dung môi nước đến giá trị mật độ quang A tại λmax (570 nm) của dịch chiết .................................................. 33 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị mật độ quang A tại λmax của dịch chiết. .............................................................................................................................. 34 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến giá trị mật độ quang A tại λmax của dịch chiết ............................................................................................................................... 35 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến cường độ màu của vải........................... 36 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu của vải ............................ 37 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ chất cầm màu Nhôm sunfat đến cường độ màu của vải.................................................................................................................................. 38 v SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - Abs : Độ hấp thụ quang (Absorbance) - CN : Công nguyên - CTCT : Công thức cấu tạo - TCN : Trước công nguyên - UV-Vis : Phổ tử ngoại khả kiến vi SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... vi LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. xi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT................................................................. 1 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGHỀ SẢN XUẤT LỤA TƠ TẰM .......................................... 1 1.1.1. Lịch sử hình hình nghề sản xuất lụa tơ tằm.......................................................... 1 1.1.2. Các làng nghề dệt lụa tơ tằm nổi tiếng ở Việt Nam .............................................. 1 1.2. NGHỀ DỆT LỤA TƠ TẰM Ở QUẢNG NAM ....................................................... 3 1.3. SỰ PHÁT TRIỂN NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ........... 4 1.4. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT MÀU SẮC VÀ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN ........... 5 1.4.1. Sự hấp thụ ánh sáng và cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ................ 5 1.4.2. Lịch sử chất màu tự nhiên ................................................................................... 13 1.5. SỬ DỤNG CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TRONG DỆT NHUỘM................................ 17 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới....................................................................... 17 1.5.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ..................................................................... 18 1.5.3. Nhuộm tơ tằm bằng chất màu tự nhiên ................................................................ 19 1.6. TỔNG QUAN VỀ HẠT DÀNH DÀNH .................................................................. 20 1.6.1. Tên khoa học và mô tả ......................................................................................... 20 1.6.2. Phân bố ................................................................................................................ 21 1.6.3. Công dụng ........................................................................................................... 21 1.6.4. Thành phần hóa học của củ dành dành.................................................................. 21 1.7. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU CAROTENOID...................................................... 23 1.7.1. Khái niệm vế chất màu Carotenoid ...................................................................... 23 1.7.2. Cấu trúc hóa học của Carotenoid ......................................................................... 23 1.7.3. Tính chất vật lý và hóa học của các Carotenoid ................................................... 24 1.8. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG CAROTENOID TỰ NHIÊN .......................................................................................................................... 24 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 26 vii SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 26 2.1.1. Nguyên vật liệu ................................................................................................... 26 2.1.2. Hóa chất .............................................................................................................. 27 2.1.3. Hệ thống thiết bị và dụng cụ ................................................................................ 27 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................... 27 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................ 29 2.3.1. Phương pháp trích ly chất màu thiên nhiên .......................................................... 29 2.3.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ................................................ 30 2.3.3. Phương pháp quang màu CIE LAB ..................................................................... 31 CHƯƠNG 3 .KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN................................................................... 32 3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH DỊCH MÀU TỪ HẠT DÀNH DÀNH.................................................... 32 3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hạt dành dành/thể tích dung môi nước................ 32 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách dịch màu từ hạt dành dành ...... 33 3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết chất màu từ hạt dành dành ............... 34 3.2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NHUỘM VẢI TƠ TẰM BẰNG CHẤT MÀU TÁCH TỪ HẠT DÀNH DÀNH .................................................................................... 35 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian nhuộm ......................................................................... 35 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm........................................................................... 36 3.2.3. Ảnh hưởng của cầm màu ..................................................................................... 37 3.2.4. Đánh giá độ bền màu với giặt của vải sau nhuộm ................................................ 38 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 40 KIẾN NGHỊ ................................................................................................................. 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 42 viii SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài May mặc là một trong những ngành xuất khẩu lớn nhất và lâu đời nhất trên thế giới. Nó cũng là một trong những ngành công nghiệp toàn cầu nhất, do phần lớn các quốc gia sản xuất để cung ứng cho thị trường dệt may thế giới. Sau nhiều năm tăng trưởng xuất khẩu bình quân hàng may mặc Việt Nam chính thức lọt vào top 10 nước xuất khẩu dệt may hàng đầu thế giới. Cùng với đó, kim ngạch xuất khẩu hàng dệt may đã từng bước vượt qua nhiều ngành hàng khác để trở thành quán quân trong các ngành xuất khẩu của Việt Nam. Tuy nhiên, dòng thải của quá trình chế biến dệt này thải ra môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, khí thải của ngành dệt nhuộm phát tán ra môi trường như: Hơi, bụi bông, Cl, SO2, CO, CO2. NOx … ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của công nhân và người dân xung quanh. Hầu hết, các loại phẩm nhuộm đều có độc tính, một số loại còn có khả năng gây ung thư. Trước tình trạng báo động về nguy cơ ô nhiễm môi trường do ngành công nghiệp dệt, nhuộm thì việc tìm ra công nghệ dùng lá cây, vỏ cây, thân cây, trái cây, các chất liệu thiên nhiên... để nhuộm vải sợi bông và lụa tơ tằm, thay thế công nghệ nhuộm hiện tại với nhiều hoá chất độc hại là hướng đi phù hợp với chiến lược sản xuất sạch hơn và cần được đầu tư nghiên cứu. 2. Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Đề tài hướng đến sử dụng thuốc nhuộm màu vàng từ nguyên liệu thiên nhiên là hạt dành dành. Quá trình nhuộm được thực hiện trên vải sản xuất tại tỉnh Quảng Nam. 3. Lý do chọn đề tài, mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Đề tài hướng đến sử dụng thuốc nhuộm màu vàng của chất màu carotenoid nói chung và từ hạt dành dành nói riêng đối với sức khỏe con người . Nhu cầu thời trang sinh thái, sản xuất “Xanh – sạch –đẹp”, khôi phục làng nghề truyền thống, không gây ô nhiễm môi trường. 4. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu các tài liệu lý thuyết liên quan đến đề tài, sử dụng phương pháp chưng ninh, UV – VIS, CIE LAB. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu, giới hạn của đề tài Hạt dành dành, vải tơ tằm ở Quảng Nam. 6. Đóng góp mới của đề tài ix SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải Sử dụng vải tơ tằm thiên nhiên và dịch nhuộm chiết tách từ các nguyên liệu tự nhiên với dung môi H2O. 7. Ý nghĩa lý luận và ý nghĩa thực tiễn Khôi phục những làng nghề dệt vải truyền thống và thúc đẩy sự phát triển của vải lụa nhằm đáp ứng nhu cầu đầu vào khi nhuộm thiên nhiên với quy mô lớn, hơn nữa sẽ mở ra nhiều cơ hội xuất khẩu. 8. Kết cấu của đề tài: - Chương 1: Tổng quan lý thuyết - Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết quả và bàn luận - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo x SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGHỀ SẢN XUẤT LỤA TƠ TẰM 1.1.1. Lịch sử hình hình nghề sản xuất lụa tơ tằm Lụa tơ tằm là loại lụa thiên nhiên, được dệt nên từ tơ của tằm ăn lá dâu. Tùy thuộc vào yêu cầu của người mua mà có loại lụa trơn hay lụa in hoa văn, hoạt tiết... Nhu cầu về lụa thì nhiều và nó trở thành một ngành thương nghiệp xuyên quốc gia. Lụa đã được đưa tới tiểu lục địa Ấn Độ, Trung Đông, châu Âu và Bắc Phi thông qua con đường tơ lụa nổi tiếng. Tại Việt Nam, theo thần tích làng Cổ Đô, huyện Ba Vì thì nghề chăn tằm, ươm tơ đã có từ thời vua Hùng Vương thứ 6 do công chúa Thiều Hoa khởi nghiệp.[23] 1.1.2. Các làng nghề dệt lụa tơ tằm nổi tiếng ở Việt Nam Làng lụa Vạn Phúc là cơ sở sản xuất tơ lụa nổi tiếng nhất ở Việt Nam, xuất hiện cách đây hơn 1000 năm, tầm thế kỉ thứ XIII. Ngày xưa, sản phẩm của làng tơ lụa này thường được chọn để may trang phục cho vua chúa, quan lại. Nhưng hiện nay, làng nghề ngày càng bị mai một bởi sản phẩm lụa không cao, dẫn đến không đáp ứng được xu thế của thị trường [23]. Hình 1.1. Làng nghề dệt lụa Vạn Phúc Làng lụa Duy Xuyên tại thị xã Hội An, tỉnh Quảng Nam Việt Nam đã ra đời trên 300 năm do người Chăm Pa tại địa phương ươm tơ, dệt lụa. Hiện nay, làng tơ lụa Duy Xuyên vẫn giữ được nét truyền thống của nghề dệt lụa. Làng tơ lụa thường xuyên đón 1 SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải những du khách nước ngoài đến tham quan, họ được cùng trải nghiệm quay tơ, chăm tằm cùng những nghệ nhân dệt vải. [23] Hình 1.2. Làng nghề dệt lụa Duy Xuyên Lụa Tân Châu (An Giang) tơ lụa của làng khi dệt xong được nhuộm màu bằng trái mặc nưa, làm cho lụa Tân Châu đen tuyền, óng ả. Nét nổi tiếng và độc đáo của lụa Tân Châu chính là sự mềm mại, dai, bền và hút ẩm cao. Do mất nhiều thời gian và công sức để làm ra lụa Tân Châu, nên giá cả của lụa cũng khá đắt vào những năm 60, 70. Trong khi đó, thị trường vải phong phú, đa dạng, giá lại rẻ, nên lụa Tân Châu không đủ sức cạnh tranh, đời sống người dân gặp khó khăn, nghề dệt dần bị mai một. [23]. Hình 1.3. Làng nghề dệt lụa Tân Châu Làng lụa Nha Xá nằm trong địa bàn xã Mộc Nam, huyện Duy Tiên tỉnh Hà Nam bên tả ngạn sông Hồng nơi giáp ranh với tỉnh Hưng Yên. Lụa Nha Xá mềm, mịn, đẹp và bền được xếp thứ hai sau lụa Vạn Phúc [24]. 2 SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải Hình 1.4. Làng nghề dệt lụa Nha Xá 1.2. NGHỀ DỆT LỤA TƠ TẰM Ở QUẢNG NAM Một trong những sản vật trứ danh của huyện Duy Xuyên (Quảng Nam) mà bất cứ du khách nào khi đến đây cũng muốn sở hữu một vài món đồ để sử dụng hoặc để làm quà tặng cho người thân, bạn bè đồng nghiệp đó là lụa tơ tằm truyền thống Mã Châu. Khoảng 600 năm trước là thời điểm câu chuyện tình của Hoàng hậu Đoàn Quý Phi và Thần Tông Hoàng Đế (tức Chúa Thượng Nguyễn Phúc Lan) được kết thành. Khi cô thôn nữ hái dâu trở thành Hoàng hậu, bà chăm lo con dân và dạy cho khắp nơi nghề trồng dâu nuôi tằm, ươm tơ dệt lụa. Cũng từ đó, Duy Xuyên, Điện Bàn ngày càng phát triển thịnh vượng nghề truyền thống này.Trải qua bao biến động, thăng trầm, nghề dệt vẫn được truyền lưu giữ trao truyền từ thế hệ này qua thế hệ khác [25]. Hình 1.5. Công ty lụa Mã Châu, Quảng Nam Theo các chuyên gia, nguyên nhân chính khiến nghề trồng dâu, ươm tơ, dệt lụa ở Quảng Nam mai một là do nghề không mang lại thu nhập tương xứng nên người nông dân chuyển dần sang nghề khác. Bên cạnh đó, sự xuất hiện tràn lan sản phẩm lụa pha 3 SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải trộn sợi cotton có giá thành rẻ cũng là tác nhân “giết chết” sản phẩm truyền thống [26]. Vì vậy, tỉnh Quảng Nam đang tìm giải pháp để hồi sinh, tìm lại vị thế “thủ đô” lụa tơ tằm, đưa những vườn dâu dọc bãi bồi ven sông Vu Gia - Thu Bồn trở lại màu xanh mướt. SỰ PHÁT TRIỂN NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Theo Ủy ban Kinh tế Liên Hợp Quốc tại Châu Âu (UNECE), thời trang và chăn nuôi cùng xếp thứ 5 trong danh sách những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nặng nề nhất trên thế giới về mức độ phát thải khí nhà kính - sau ngành điện và nhiệt, nông nghiệp, giao thông đường bộ và sản xuất dầu khí. Đây cũng là ngành công nghiệp thứ hai trên thế gây ô nhiễm nguồn nước. Ngân hàng Thế giới ước tính, dệt nhuộm sử dụng 1/4 hóa chất toàn thế giới mỗi năm và 1/5 lượng nước ô nhiễm toàn cầu do ngành công nghiệp dệt nhuộm thải ra. Các hóa chất nguy hại là độc tố tiêu diệt thủy sinh vật và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người.[35] Không chỉ tốn kém tài nguyên, ngành công nghiệp này còn gây ô nhiễm nguồn nước do sử dụng chất hóa học độc hại. Để làm ra các sản phẩm thời trang, nhiều Công ty trên thế giới đã đầu tư vào các nhà máy dệt, nhuộm. Chỉ tính riêng ở Việt Nam, Tập đoàn Dệt may Việt Nam (Vinatex) đã rót gần 5 nghìn tỷ đồng dệt sợi, nhuộm và hạ tầng. Bản đồ các nhà máy dệt may gồm: Dệt nhuộm trải dài khắp nước từ Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An đến Thừa Thiên - Huế, Tây Nguyên và các tỉnh miền Nam như: Bình Dương, Đồng Nai, Long An. Các nhà máy dệt, nhuộm sử dụng rất nhiều loại hóa chất như axit, dung môi hữu cơ kiềm tính, thuốc nhuộm và chất màu, các hoạt chất bề mặt. [27] Hình 1.6. Nước thải ngành dệt nhuộm Trước tình trạng báo động về nguy cơ ô nhiễm môi trường do ngành công nghiệp 4 SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải dệt, nhuộm thì việc tìm ra công nghệ dùng lá cây, vỏ cây, các chất liệu thiên nhiên... để nhuộm vải sợi bông và lụa tơ tằm, thay thế công nghệ nhuộm hiện tại với nhiều hoá chất độc hại là hướng đi phù hợp với chiến lược sản xuất sạch hơn và cần được đầu tư nghiên cứu [28]. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT MÀU SẮC VÀ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN 1.4.1. Sự hấp thụ ánh sáng và cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ a. Sự hấp thụ ánh sáng Khi ánh sáng trắng chiếu vào một vật thể tán xạ hoàn toàn thì mắt thấy vật thể ấy màu trắng. Ngược lại, nếu toàn bộ các tia đập lên vật bị hấp thu hết thì vật ấy có màu đen. Còn đối với những vật thể hấp thu một số những tia đơn sắc đập vào và tán xạ những tia còn lại thì mắt thấy có màu. Như vậy, màu sắc là kết quả của sự hấp thu chọn lọc những miền xác định trong phổ liên tục của ánh sáng trắng đập vào. Ngược lại, nếu vật thể hấp thu các vật thể tán xạ tất cả các tia trông thấy nên nó vẫn có màu trắng. Có nhiều trường hợp vật thể không hấp thu tia nào của phổ trông thấy, nhưng hấp thu các tia hồng ngoại hoặc tử ngoại của phổ, như vậy vật thể tán xạ tất cả các tia trông thấy nên nó vẫn có màu trắng [1]. Theo thuyết điện tử cổ điển, ánh sáng là sự chuyển động sóng có năng lượng thay đổi tỷ lệ với cường độ bức xạ và không phụ thuộc vào tần số. Nghiên cứu hiệu ứng quang điện, A.Einstein cho rằng về một số tính chất thì ánh sáng giống với một dòng hạt hơn và ông gọi đó là hạt photon. Như thế các lượng tử của Planck cũng là các photon của Einstein và là phần tử bé nhất của năng lượng bức xạ. Năng lượng này phụ thuộc vào tần số và được xác định bởi công thức: 𝑐 E = h.ν = h 𝜆 (1.1) Trong đó: E là năng lượng lượng tử (erg/mol) v là tần số dao động (cm-1) λ là bước sóng ánh sáng h = 6,625.10-27 erg/s – hằng số Planckc = 3.108 m/s – vận tốc ánh sáng Ánh sáng lan truyền như một chuyển động sóng nhưng các nguyên tử vật chất lại hấp thu nó như dạng hạt. Năng lượng được nguyên tử hấp thu nhưng cũng tăng không phải từ từ mà từng phần, nghĩa là một cách nhảy vọt và trạng thái năng lượng bao gồm các giá trị gián đoạn, hay nói một cách khác là bị lượng tử hóa. Sự hấp thu một lượng tử ánh sáng có năng lượng hv bằng hiệu số giữa Es1-Es0 dẫn đến việc chuyển một điện 5 SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải tử của vật thể hấp thu lên mức s1. Nếu năng lượng hấp thu bằng Es2-Es0 thì điện tử sẽ chuyển lên mức S2. Trạng thái S0 có spin tổng cộng là (+1/2) + (-1/2) = 0 được gọi là trạng thái singlet S0. Khi kích thích điện tử chuyển sang trạng thái khác, nhưng spin vẫn không đổi, spin tổng cộng cũng bằng 0, điện tử ở trạng thái S* 0. Nhưng nếu khi kích thích điện tử chuyển sang trạng thái khác mà giá trị spin của nó thay đổi, khi đó spin tổng cộng bằng đơn vị (+1/2) + (+1/2)=1 hay (-1/2) - (-1/2) =1, trạng thái này được là triplet T*. Hình 1.7. Các bước thay đổi năng lượng [2] Trạng thái T* có năng lượng thấp hơn so với trạng thái kích thích S*. Sau một thời gian điện tử cho năng lượng tự chuyển từ mức kích thích singlet sang mức triplet và thường kèm theo những hiệu ứng màu sắc sặc sỡ. Đó là hiện tượng lân quang, phát quang, huỳnh quang. Chính quá trình này quyết định sự phát sáng của các chất khác nhau trong tối. Hình 1.8. Trạng thái chuyển điện tử [2] Như vậy, lượng tử ánh sáng tác động lên các điện tử của phân tử, chuyển các điện tử này sang trạng thái khác. Màu sắc của các chất là do hiện tượng hấp thụ chọn lọc bức xạ điện từ. Tuy nhiên màu chỉ xuất hiện khi sự hấp thụ chọn lọc xảy ra trong lĩnh vực phổ thấy được, tức là trong khoảng 400÷750 nm. Nếu một chất hấp thụ hoàn toàn dải bước sóng này, sẽ có màu đen; ngược lại, nếu một chất phản xạ hoàn toàn ánh sáng thuộc dải song này sẽ có màu trắng. Trong trường hợp một chất hấp thụ chọn lọc một dải có độ dài sóng xác định trong vùng này, nó sẽ có màu. Màu hấp thụ và màu thấy được khác nhau, chúng được gọi là 2 màu phụ nhau [2]. 6 SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải b. Cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ Nhờ những thành tựu của các ngành vật lý và hoá học người ta đã xác định rằng chỉ có những điện tử vòng ngoài (điện tử hoá trị) của chất màu mới tham gia vào quá trình hấp thụ ánh sáng kèm theo sự chuyển động của chúng. Khi hấp thụ ánh sáng thì hợp chất màu sẽ tiếp nhận năng lượng của các hạt photon, làm cho các điện tử vòng ngoài bị chuyển sang trạng thái kích động, sau đó phần năng lượng này có thể chuyển sang các dạng: quang năng, hoá năng, nhiệt năng v.v. và hợp chất màu lại trở về trạng thái ban đầu như vậy sự hấp thụ ánh sáng là kết quả của sự tương tác của các điện tử vòng ngoài của các nguyên tử và phân tử các hợp chất hữu cơ với photon ánh sáng. - Ảnh hưởng của hệ thống liên kết nối đôi cách Trong các hợp chất hữu cơ thường gặp hai loại liên kết cơ bản: liên kết đơn và liên kết đôi. Để kích động các điện tử trong mối liên kết đơn cần có một năng lượng lớn, tương ứng với năng lượng của các tia sóng ngắn nên những hợp chất chỉ chứa một loại liên kết nối đơn thường không có màu. Ngược lại, các điện tử vòng ngoài của mối liên kết nối đôi do liên kết với nhân yếu, chúng linh động, nên chỉ cần một năng lượng nhỏ cũng đủ kích động, nên chúng có khả năng hấp thụ các tia sáng có bước sóng lớn hơn trong miền thấy được của quang phổ và chúng có màu. Nếu như các mối liên kết nối đơn và nối đôi trong một hợp chất hữu cơ được xếp liên tục thành một hệ thống “một cách một” hay còn gọi là “nối đôi cách”, “nối đôi liên hợp” thì các điện tử vòng ngoài sẽ linh động hơn. Độ linh động của các điện tử vòng ngoài trong hệ thống này phụ thuộc vào các yếu tố sau đây: + Độ dài của hệ thống; + Bản chất các nguyên tử chứa trong hệ thống; + Cấu tạo của hợp chất (mạch thẳng hay mạch vòng). Hợp chất hữu cơ chứa trong hệ thống mối liên kết nối đôi cách càng dài thì hệ thống điện tử vòng ngoài càng linh động, nó càng dễ hấp thụ các tia sáng có bước sóng lớn nên màu càng sâu. Mặt khác dù có cấu tạo mạch vòng hay mạch thẳng, hợp chất hữu cơ phải chứa đựng các mối liên kết nối đôi cách lập thành một hệ thống liên tục thì nó mới có khả năng sâu màu. 7 SVTH: Phạm Thị Thu Hằng GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải Bảng 1.1. Bảng sự chuyển màu do ảnh hưởng nối đối liên hợp [2] Nếu như tổng số mối liên kết nối đôi khá lớn, nhưng chúng không nằm thành một hệ thống nối đôi cách liên tục trong phân tử của hợp chất hữu cơ thì độ linh động của các điện tử vòng ngoài cũng không tăng lên và hợp chất không có màu hoặc màu không sâu. Cao su là một thí dụ điển hình, phân tử của nó chứa trên một trăm mối liên kết nối đôi nhưng chỉ hấp thụ được các tia sáng có bước sóng trong khoảng 200 nm nên có không có màu. - Ảnh hưởng của các nguyên tử khác ngoài cacbon Khi trong hệ thống nối đôi liên hợp của một hợp chất hữu cơ nào đó ngoài cacbon còn chứa các nguyên tố khác như: O, N, S…v.v...; do các nguyên tử này có điện tích hạt nhân và khoảng cách từ nhân đến các điện tử vòng ngoài khác nhau, khi nằm chung trong hệ thống nối đôi liên hợp thì các điện tử vòng ngoài này dễ dàng chuyển dịch từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, nghĩa là chúng linh động hơn, nên các hợp chất này sẽ hấp thụ được các tia sáng có bước sóng lớn hơn và có màu sâu hơn. Các nhóm nguyên tử có chứa các liên kết không bão hòa cũng quyết định màu của chất như các nhóm: Bảng 1.2.Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng của các nguyên tử khác ngoài carbon[7] 8