Tài liệu Nghiên cứu xúc tác quang phân hủy methyl orange bằng xúc tác fe2o3@tio2 trong hệ quang fenton dị thể

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC LÊ THẢO NI NGHIÊN CỨU XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY METHYL ORANGE BẰNG XÚC TÁC Fe2O3@TiO2 TRONG HỆ QUANG FENTON DỊ THỂ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM Đà Nẵng, 4 – 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC NGHIÊN CỨU XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY METHYL ORANGE BẰNG XÚC TÁC Fe2O3@TiO2 TRONG HỆ QUANG FENTON DỊ THỂ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM Sinh viên thực hiện: Lê Thảo Ni Lớp: 18SHH Giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Thắng Nguyên Đà Nẵng, 4 – 2022 LỜI CAM ĐOẠN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của TS. Võ Thắng Nguyên. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Đà Nẵng, 22 tháng 04 năm 2022 Sinh viên thực hiện luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Lê Thảo Ni LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng, bằng sự biết ơn và kính trọng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, các phòng, khoa thuộc Trường và các thầy cô giáo đã nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện đề tài nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xúc tác quang phân hủy Methyl orange bằng xúc tác Fe2O3@TiO2 trong hệ quang Fenton dị thể”. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Võ Thắng Nguyên đã trực tiếp hướng dẫn và làm cố vấn cho em trong suốt quá trình thực hiện Luận văn. Tuy có nhiều cố gắng, do năng lực bản thân còn hạn chế, trong đề tài khóa luận tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, 22 tháng 04 năm 2022 Sinh viên thực hiện luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Lê Thảo Ni MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 1. Sự cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 2. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 2 3. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 3 4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 3 4.1. Tổng quang các tài liệu nghiên cứu ............................................................. 3 4.2. Nghiên cứu tổng hợp, khảo sát tính chất hoá lý của vật liệu, khả năng hấp phụ MO của vật liệu, điều kiện ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ màu của MO bằng hệ quang Fenton dị thể. ............................................................... 4 5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 4 5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ............................................................. 4 5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ....................................................... 4 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 4 6.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 4 6.2. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 5 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 5 8. Tính mới của đề tài .............................................................................................. 5 9. Cấu trúc của đề tài ............................................................................................... 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 6 1.1. Phẩm nhuộm azo và methyl orange ............................................................ 6 1.1.1. Phẩm nhuộm azo ...................................................................................... 6 1.1.2. Methyl orange (MO) ................................................................................ 7 1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm nước thải do phẩm màu azo ..................................... 8 1.2. Các phương pháp xử lý phẩm nhuộm......................................................... 9 1.2.1. Phương pháp hấp phụ .............................................................................. 9 1.2.2. Phương pháp màng lọc .......................................................................... 10 1.2.3. Phương pháp trung hoà .......................................................................... 10 1.2.4. Phương pháp sinh học ............................................................................ 10 1.2.5. Phương pháp keo tụ ............................................................................... 11 1.2.6. Phương pháp sử dụng chất oxy hoá mạnh ............................................. 11 1.3. Tổng quan quá trình Fenton ...................................................................... 12 1.3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp Fenton .............................................. 12 1.3.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang dị thể của chất bán dẫn ........................ 17 1.4. Vật liệu nano Fe2O3.TiO2 ........................................................................... 20 1.4.1. Giới thiệu về nano Titan dioxide ........................................................... 20 1.4.2. Tính chất hoá học của TiO2 ................................................................... 23 1.4.3. Cơ chế xúc tác quang của TiO2 .............................................................. 24 1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của TiO2 ........................... 26 1.4.5. Hạn chế của TiO2 ................................................................................... 27 1.4.6. Vật liệu α-Fe2O3 (hematit) ..................................................................... 28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................ 30 2.1. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị ..................................................................... 30 2.1.1. Hoá chất ................................................................................................. 30 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ................................................................................. 30 2.2. Tổng hợp vật liệu Fe2O3@TiO2 ................................................................. 31 2.3. Khảo sát đặc trưng hoá lý của vật liệu ...................................................... 33 2.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis............................................ 33 2.3.2. Phương pháp đường chuẩn .................................................................... 34 2.4. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của Fe2O3@TiO2 cho phản ứng phân huỷ MO trong hệ quang Fenton dị thể .................................................................... 36 2.5. Xác định cơ chế quang phân huỷ MO trong hệ xúc tác quang Fenton dị thể ........................................................................................................................ 37 2.6. Nghiên cứu các yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến quá trình quang phân huỷ MO xúc tác Fe2O3@0,75TiO2 có mặt H2O2 .................................... 38 2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác Fe2O3@0,75 TiO2 ........... 38 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 ........................................................ 38 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu MO ................................................... 38 2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH ................................................................... 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 40 3.1. Đặc trưng hóa lý của vật liệu ..................................................................... 40 3.2. Kết quả khảo sát cực đại bước sóng của MO ........................................... 41 3.3. Kết quả xây dựng đường chuẩn của methyl orange (MO) ..................... 42 3.4. Kết quả khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến sự suy thoái của MO ... 43 3.4.1. Khảo sát vai trò của các yếu tố trong việc phân huỷ MO ...................... 43 3.4.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2:CH3OH .............................. 49 3.4.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu xúc tác Fe2O3@0,75TiO2.............................................................................................. 51 3.4.4. Kết qủa khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ..................................... 54 3.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ MO ban đầu ...................................... 56 3.4.6. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường ................................................ 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 61 1. Kết luận ............................................................................................................... 61 2. Kiến nghị ............................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 62 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT PB Prussian blue PBC Prussian blue citrate MO Methyl orange XRD X-ray diffraction (Phương pháp nhiễu xạ tia X) UV-Vis Molecular Ultraviolet – Visible Absorption Spectroscopy (Phổ hấp phụ phân tử) DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Tên hình Trang 1.1 Methyl orange 7 1.2 Công thức cấu tạo của methyl orange 7 1.3 1.4 1.5 Công thức cấu tạo của methyl orange trong môi trường kiềm và trung tính Công thức cấu tạo của methyl orange trong môi trường axit Các quá trình chính xảy ra trên chất bán dẫn khi có sự kích thích electron 8 8 19 1.6 Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 21 1.7 Cấu trúc liên kết orbitan phân tử của TiO2 anatase 23 1.8 Cơ chế xúc tác quang của TiO2 25 1.9 Sự thay đổi hình thái cấu trúc của Fe2O3 trong quá trình nung PB 28 2.1 Prussian blue citrat 32 2.2 Điều chế Fe2O3.TiO2 33 3.1 (a) Phổ IR của vật liệu Fe2O3.TiO2; (b) Phổ RAMAN của vật liệu Fe2O3.TiO2 40 3.2 Phổ XRD của mẫu Fe2O3.TiO2 41 3.3 Phổ hấp thụ UV – Vis của methyl orange 42 3.4 Đồ thị xây dựng đường chuẩn của dung dịch MO 43 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 Phổ UV-VIS của dung dung dịch MO theo thời gian Phổ UV-VIS của dung dung dịch MO theo thời gian khi có mặt xúc tác Fe2O3@0,75TiO2; H2O2 0,5M và chiếu đèn LED 80W. Đồ thị phụ thuộc của C/C0 vào t khi có mặt xúc tác Fe2O3@0,75TiO2; H2O2 0,5 M và chiếu đèn LED 80 W. Hiệu suất quang phân huỷ MO sau 100 phút chiếu sáng Đồ thị phụ thuộc của ln(C0/C) vào t khi có mặt xúc tác Fe2O3@0,75TiO2; H2O2 và chiếu đèn LED 80W. Ảnh hưởng của CH3OH đến tốc độ phản ứng phân huỷ MO bằng H2O2 khi có mặt Fe2O3@0,75TiO2 chiếu đèn LED 80 W Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất quang phân hủy MO vào tỉ lệ H2O2:CH3OH Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian của MO Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất quang phân hủy MO vào hàm lượng vật liệu Fe2O3@0,75TiO2 Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian của MO Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất quang phân hủy MO vào nồng độ H2 O2 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian của MO Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất quang phân hủy MO vào nồng độ đầu MO 44 45 46 47 48 49 50 52 53 54 55 56 57 3.18 3.19 Ảnh hưởng của pH môi trường đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian của MO Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất quang phân hủy MO vào pH môi trường 58 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Tên bảng Trang 1.1 Các thông số vật lý của TiO2 dạng rutile và anatase 22 1.2 Dãy chuẩn của chất phân tích 35 1 MỞ ĐẦU 1. Sự cấp thiết của đề tài Những năm gần đây, Việt Nam chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của ngành thời trang may mặc trong nước. Tuy nhiên, bên cạnh những hoạt động tích cực mang lại cho nền kinh tế vẫn tồn tại những ảnh hưởng không tốt đến môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước gây tác động tiêu cực đến cuộc sống và xã hội loài người cũng như động - thực vật. Do sự có mặt hàm lượng lớn các chất nhuộm công nghiệp như: rhodamin, methylen blue, methyl orange, ... đây là những hợp chất hữu cơ độc và khó bị phân hủy trong môi trường, cấu tạo phức tạp dẫn đến chi phí xử lý rất cao. Methyl orange (MO) thường được sử dụng trực tiếp để nhuộm màu vải, sợi bông hay dùng để nhuộm giấy; nhuộm các sản phẩm từ tre nứa, mành trúc, da và chế mực viết. MO có thể gây nên các bệnh về da, mắt, đường hô hấp, đường tiêu hoá và thậm chí gây ung thư. Nồng độ MO trong nước quá cao sẽ cản trở sự hấp thụ oxi vào nước từ không khí do đó làm cản trở sự sinh trưởng, phát triển của các loài động vật, thực vật, gây ra hiện tượng xáo trộn hoạt động của vi sinh vật và ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch của nước. Do vậy việc xử lý và loại bỏ các loại chất này là một trong những vấn đề quan trọng và cấp bách để bảo vệ cuộc sống và sức khoẻ của người dân vì hầu hết các sông, ngòi, ao, hồ đang bị ô nhiễm nặng nề. Đứng trước tính cấp thiết của vấn đề này mà vài thập kỷ gần đây, các phương pháp xử lý mới, hiệu quả hơn đã được ra đời Điển hình là phương pháp oxy hoá nâng cao trong đó nổi bật là quá trình xúc tác trong hệ quang Fenton dị thể. Phương pháp xúc tác quang Fenton dị thể có nhiều ưu điểm nổi trội như hiệu quả xử lý cao, khả năng khoáng hoá hoàn toàn các hợp chất hữu cơ độc hại thành các hợp chất vô cơ ít độc hại và được quan tâm ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường. Hiện nay, việc sử dụng quang xúc tác bán dẫn để ứng dụng trong xử lý các hợp chất hữu cơ đã đạt những kết quả khả quan. Titan dioxide (TiO2) là vật liệu bán dẫn có khả năng xúc tác quang tốt được sử dụng phổ biến nhất để phân huỷ chất ô nhiễm đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, vì hoạt tính xúc tác tốt, độ ổn định cao, khó tan, không 2 độc và giá thành rẻ. Tuy nhiên, vì năng lượng vùng cấm lớn (3,2 eV anatase, 3,02 eV rutile) nó chỉ có thể hấp thụ phổ có bước sóng trong vùng ánh sáng tử ngoại (UV), nên việc áp dụng trong thực tế khó khăn, ít hiệu quả vì trong ánh sáng mặt trời chỉ có < 4% tia UV. Bên cạnh đó quá trình quang xúc tác không bền dễ xảy ra sự tái kết hợp của electron (e-) – lỗ trống (h+) làm hạn chế quá trình xúc tác quang. Để nâng cao hiệu quả quá trình quang xúc tác của TiO2 nhiều kĩ thuật đã được phát triển để làm giảm năng lượng vùng cấm Eg, chuyển dải bước sóng hấp thụ của TiO2 về vùng khả kiến và tăng thời gian sống của electron quang sinh từ đó hạn chế quá trình tái kết hợp electron quang sinh- lỗ trống quang sinh, chẳng hạn như: nạp kim loại quý, pha tạp ion, gắn oxit kim loại. Vật liệu α-Fe2O3 (hematit) là vật liệu nano bất đẳng hướng cấu trúc rỗng được tổng hợp từ Prussian xanh. Prussian xanh là một hợp chất khung hữu cơ - kim loại (MOF) có thể được tổng hợp từ phản ứng của Polyvineypirrolydone (PVP) và kali ferrocyanide (K4Fe(CN)6) trong dung dịch axit HCl. Hematit là một trong những vật liệu được sử dụng trong nhiều trong ứng dụng cảm biến, quang oxy hoá nước, phân tách thuốc, pin mặt trời, ... Độ rộng vùng cấm của hematit là 2,0 đến 2,2 eV giúp nó hữu ích trong các ứng dụng liên quan đến sự hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Nếu có thể đính TiO2 lên trên vật liệu Fe2O3 thì vật liệu thu được có thể có những tính chất hấp dẫn như: diện tích bề mặt xúc tác quang lớn, thu hẹp vùng cấm TiO2, độ bền hoá học cao. Chính vì những triển vọng của vật liệu, tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu xúc tác quang phân hủy Methyl orange bằng xúc tác Fe2O3@TiO2 trong hệ quang Fenton dị thể” để làm đề tài nghiên cứu. 2. Lý do chọn đề tài Phương pháp Fenton đồng thể cho kết quả rất chậm với khử độc trong nước thải dệt nhuộm, sử dụng hệ quang Fenton dị thể là một phương pháp mới khử màu hiệu quả cao. Xúc tác Fe2O3@TiO2 có thể được sử dụng như chất xúc tác dị thể để 3 kích hoạt H2O2 tạo các gốc hydroxyl HO* để phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ như MO thành H2O, CO2 và các muối vô cơ. Hơn nữa đây là phương pháp dễ dàng thực hiện và có chi phí thấp. Trong quá trình xử lý bằng hệ quang Fenton dị thể có thể quang sát được sự biến đổi màu của chất hữu cơ vì đây là quá trình hoá học. Các công trình nghiên cứu sử dụng hệ quang Fenton dị thể ứng dụng trong xúc tác quang phân huỷ hợp chất màu hiện nay hầu như còn ít và chưa có hệ thống. Bên cạnh đó sự tái hoạt hóa của gốc hydroxyl không rõ ràng và một số chất có xu hướng loại bỏ chúng nên quá trình xử lý này phụ thuộc rất nhiều vào thông số và cần được kiểm tra trước khi dùng để xử lý MO trong thuốc nhuộm. Vì vậy tôi nghiên cứu và công bố kết quả nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xúc tác quang phân hủy methyl orange bằng xúc tác Fe2O3@TiO2 trong hệ quang Fenton dị thể làm cơ sở tiền đề để có thể nghiên cứu sâu hơn về các hợp chất màu hữu cơ khác như rhodamin, methylen blue, ... trong công nghiệp dệt nhuộm. Ngoài ra có thể nghiên cứu để ứng dụng vào thực tiễn trên diện rộng tại Việt Nam. 3. Mục tiêu nghiên cứu - Tổng hợp được vật liệu Fe2O3@TiO2 và xác định đặc trưng hoá lý vật liệu Fe2O3@TiO2. - Nghiên cứu, khảo sát khả năng xử lý methyl orange (MO) của vật liệu đã tổng hợp và các yếu tố ảnh hưởng của đến quá trình phân huỷ MO của hệ xúc tác quang Fenton dị thể chứa Fe2O3@TiO2, chất oxy hoá H2O2 và chiếu sáng bằng đèn LED 80 W, từ đó lựa chọn được điều kiện thích hợp cho quá trình xúc tác quang phân huỷ MO. 4. Nội dung nghiên cứu 4.1. Tổng quang các tài liệu nghiên cứu - Phẩm nhuộm azo và methyl orange. - Hiện trạng ô nhiễm nước thải do phẩm màu azo. 4 - Các phương pháp xử lý phẩm nhuộm. - Quá trình Fenton. 4.2. Nghiên cứu tổng hợp, khảo sát tính chất hoá lý của vật liệu, khả năng hấp phụ MO của vật liệu, điều kiện ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ màu của MO bằng hệ quang Fenton dị thể. - Tổng hợp vật liệu Fe2O3@0,75TiO2 theo các nghiên cứu đã có. - Khảo sát khả năng hấp phụ methyl orange (MO) của vật liệu đã tổng hợp. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ MO: hàm lượng vật liệu, nồng độ H2O2, nồng độ MO, pH, tỉ lệ H2O2:CH3OH. 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu trên mạng Internet, tham khảo các công trình nghiên cứu trên thế giới về vật liệu Fe2O3@TiO2; về xúc tác quang hệ Fenton dị thể. - Tổng quan các tài liệu về tính chất, thành phần hoá học, ứng dụng của chất hữu cơ MO, vật liệu nghiên cứu. 5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phương pháp thuỷ luyện tổng hợp vật liệu. - Các phương pháp phổ để xác định đặc trưng hoá lý của vật liệu: IR, Raman, XRD, UV-Vis. - Phương pháp UV-Vis xác định nồng độ của các hợp chất hữu cơ. 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6.1. Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu Fe2O3@TiO2. - Dung dịch methyl orange (MO). 5 6.2. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi không gian: Phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư Phạm Đại học Đà Nẵng. Phạm vi thời gian: Nghiên cứu tiến hành trong 06 tháng. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kết quả của nghiên cứu này cung cấp các số liệu thực nghiệm có ý nghĩa cho thấy tầm quan trọng của hệ quang Fenton dị thể để phân huỷ MO. Đây còn là tiền đề để nghiên cứu sâu hơn về hệ quang Fenton dị thể, về phân huỷ các chất hữu cơ khác (rhodamin, methylen blue, ...) và điều kiện thực nghiệm sau này. 8. Tính mới của đề tài Các nghiên cứu về phân huỷ MO trong nước thải dệt nhuộm có nhiều tuy nhiên đối tượng nghiên cứu phân huỷ MO trong hệ quang Fenton dị thể chứa Fe2O3@TiO2, chất oxy hoá H2O2, chiếu sáng là hướng đi mới và chưa có nhiều nghiên cứu thực hiện. 9. Cấu trúc của đề tài Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Phẩm nhuộm azo và methyl orange 1.1.1. Phẩm nhuộm azo Phẩm nhuộm azo là phẩm nhuộm tổng hợp trong phân tử có chứa một hoặc vài nhóm mang màu azo. Nhóm mang màu được tổng hợp từ phenyl amin và các aryl amin khác nhau. Công thức chung của phẩm nhuộm azo: Ar-N=N-Ar Tùy theo cấu trúc của các gốc aryl (phenyl, naphthyl,…) nối với nhóm azo (N=N-) mà có được các chất màu bền đẹp như đỏ, xanh, tím, vàng, cam, … khác nhau. Ngoài những nhóm mang màu azo thì trong phẩm nhuộm azo còn chứ các nhóm trợ màu như OH- , NH!- , … có tác dụng làm tăng tính bám màu của phẩm vào sợi vải. Để tổng hợp chất màu azo, người ta cho một aryl amin phản ứng với nitric acid, hydrochloric acid ở 0-50°C thành arylamoni halogen, rồi phản ứng tiếp với một aren hoạt động. Bên cạnh hợp chất màu mono azo, còn có thể tổng hợp chất màu diazo, triazo, ... Nhờ nguyên liệu đầu vào phong phú, phương pháp tổng hợp đơn giản, hiệu suất cao nên phẩm nhuộm azo thuộc loại phẩm nhuộm quan trọng nhất (chiếm trên 50% tổng sản lượng các loại phẩm nhuộm). Ưu điểm của phẩm nhuộm này là sử dụng đơn giản, giá thành rẻ. Tuy nhiên, hiện nay phẩm nhuộm azo đã bị cấm sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới vì có khả năng gây ung thư cao. Một số thí nghiệm trên động vật chỉ ra rằng, phẩm nhuộm azo còn gây ảnh hưởng tới gan, bàng quang, ruột và mắt. Trong phẩm nhuộm azo màu da cam có nhóm mang màu là methyl orange. Đây là một loại thuốc nhuộm có thành phần độc hại và khó phân hủy trong môi trường, tuy nhiên thuốc nhuộm lại được sử dụng nhiều nhất trong dệt nhuộm nên dẫn đến một lượng được thải ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn tiếp nhận. 7 1.1.2. Methyl orange (MO) Methyl orange là monoazo, dạng bột màu cam, độc, không tan trong dung môi hữu cơ, khó tan trong nước nguội, nhưng dễ tan trong nước nóng, dễ phân huỷ ở nhiệt độ cao. Nó là hợp chất màu azo do có chứa nhóm mang màu –N=N–, có tính chất lưỡng tính. Methyl orange có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống, chuyển hóa thành các amine thơm bằng vi sinh đường ruột và thậm chí có thể dẫn tới ung thư đường ruột. [9] Hình 1.1: Methyl orange (MO) Khối lượng riêng: 1,28 g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy không xác định, ở khoảng hơn 300℃. Nhiệt độ sôi: 249℃. Độ hoà tan trong nước: 0,5g/100 mL. Tên quốc tế: Natri para – dimethylaminoazobenzensunfonat. CTPT methyl orange: C14H14N3NaO3S; khối lượng phân tử: 327,34 đvC. CPCT của methyl orange: Hình 1.2: Công thức cấu tạo của methyl orange 8 Do công thức cấu tạo của MO có nhóm azo, gần giống với chất dệt nhuộm có nhóm azo nên được chọn làm mẫu giả trong phòng thí nghiệm. Ở môi trường kiềm và trung tính, MO có màu vàng là màu của anion. Hình 1.3: Công thức cấu tạo của methyl orange trong môi trường kiềm và trung tính Bước sóng hấp thụ cực đại tại λmax = 465 nm Trong dung dịch có tính acid yếu, anion kết hợp với proton (H+) chuyển thành cation nên MO chuyển từ màu đỏ (pH < 3) sang cam rồi sang vàng (pH > 4,2) và ngược lại. Hình 1.4: Công thức cấu tạo của methyl orange trong môi trường acid Bước sóng hấp thụ cực đại tại λmax = 505 nm 1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm nước thải do phẩm màu azo Dệt nhuộm là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn ở Việt Nam. Hằng năm, toàn ngành dệt may thải ra môi trường trung bình khoảng 70 triệu m3 nước thải. Trong đó, mới có khoảng 45% tổng số lượng nước thải đã qua xử lý (mặc dù mức độ xử lý vẫn chưa triệt để), số còn lại thải thẳng ra cống thoát nước hoặc mương thoát. Điều này gây ra vấn đề nan giải cho môi trường vì thành phần nước thải dệt nhuộm chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ độc hại như thuốc nhuộm, kim loại, muối, các hợp chất hữu cơ bền, ...