LỜI CẢM ƠN
.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Mạnh Khải, phó chủ nhiệm khoa
Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội và CN. Trần
Văn Sơn, cán bộ khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tình
chỉ bảo và hướng dẫn để tôi có thể thực hiện tốt khóa luận này. Đồng thời tôi cũng
xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường - Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội, đã trang bị cho tôi những kiến thức khoa học
quý báu trong suốt khóa học để tôi thêm vững tin trong quá trình thực hiện khóa
luận và công tác sau này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Quy, Trưởng phòng thí nghiệm
khoa Môi Trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội
và CN. Lê Hương Giang, cán bộ Bộ môn Công nghệ Môi trường đã tạo mọi điều
kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm thí nghiệm tại phòng thí nghiệm Khoa Môi
Trường.
Qua đây, tôi cũng xin cảm ơn chính quyền địa phương xã Ba Sao, huyện
Kim Bảng, tỉnh Hà Nam đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình lấy mẫu.
Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn các anh, chị, bạn bè và gia đình đã động viên
và giúp đỡ tôi trong thời gian qua.

Sinh viên
Trương Văn Thu


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.................................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN..................................................................................4
Hình 2: Quy trình họat hóa than bùn.................................................................21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................25
3.1. Kết quả xác định bước sóng hấp phụ cực đại của thuốc nhuộm RB19.................................25

Hình 3. Hình ảnh quét phổ của thuốc nhuộm RB19..........................................26
3.2. Kết quả chế tạo vật liệu........................................................................................................26
3.2.1. Hiệu suất chế tạo..........................................................................................................26
3.2.2. Đặc điểm của vật liệu....................................................................................................26

a, Mẫu M1 sau biến tính b, Mẫu M2 sau biến tính............................................27
Hình 4. Ảnh chụp mẫu M1 và M2.......................................................................27
3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu của hai mẫu M1 và M2........................................28
3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu quả hấp phụ của vật liệu.............................28

Hình 6. Ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ..................................................28
3.3.2. Động học hấp phụ.........................................................................................................28

Hình 7. Thời gian cân bằng hấp phụ...................................................................29
Hình 11. Đồ thị đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính của M1......................32
Hình 12. Đồ thị đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính của M2......................33
................................................................................................................................. 33
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................35
PHỤ LỤC 1...........................................................................................................38
Bảng 8. Kết quả lập đường chuẩn thuốc nhuộm RB19.....................................38


Bảng 9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ của mẫu M1
................................................................................................................................. 39
Bảng 10. Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ của mẫu
M2........................................................................................................................... 39
Bảng 11. Kết quả phân tích nồng độ chất màu sau khi hấp phụ ở các thời gian
khác nhau đối với mẫu M1...................................................................................39

Bảng 13. Kết quả phân tích nồng độ chất màu sau khi hấp phụ ở các thời gian
khác nhau đối với mẫu M2...................................................................................40
Bảng 14. Giá trị qt ở các thời gian khác nhau đối với mẫu M2........................41
PHỤ LỤC 2...........................................................................................................42

MỞ ĐẦU
Ở Việt Nam, dệt may là một trong những ngành công nghiệp quan trọng
trong nền kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển không ngừng cả về hoạt động
sản xuất và hoạt động thương mại, hàng loạt các nhà máy xí nghiệp dệt may lớn đã


ra đời, tạo công ăn việc làm cho hàng vạn lao động. Hiện Việt Nam đang được xếp
hạng 16/153 nước xuất khẩu dệt may trên thế giới và mục tiêu hướng tới là tiếp tục
đưa Việt Nam lên top 10 nước xuất khẩu dệt may.
Nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là nước thải từ công đoạn nhuộm, nấu có độ ô
nhiễm rất cao, chứa nhiều hợp chất hữu cơ mang màu, có cấu trúc bền, khó phân
hủy sinh học và có độc tính cao. Màu nước thải là yếu tố trực quan mà con người dễ
cảm nhận gây tác động tiêu cực tới tâm lý cộng đồng. Vì vậy khi xử lý nước thải dệt
nhuộm nhất thiết phải chú ý giải quyết vấn đề khử màu cùng với các chỉ tiêu ô
nhiễm khác nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn dòng thải theo QCVN 24: 2009/BTNMT.
Hiện nay có rất nhiều các phương pháp khác nhau để loại bỏ thuốc nhuộm
khỏi nước thải như: Phương pháp hấp phụ vật lý – hóa học, oxi hóa điện hóa, oxi
hóa hóa học, kết tủa tạo bông và phương pháp phân hủy kỵ khí hoặc hiếu khí. Đặt
biệt, phương pháp sử dụng nguồn nguyên liệu như: Than bùn, tro bay, bụi bông, vỏ
trấu, rơm rạ, lõi ngô... đang được quan tâm và sử dụng rộng rãi nhằm góp phần bảo
vệ môi trường và giảm thiểu lượng phế thải. Vì vậy, bản khoá luận tốt nghiệp này
tập trung nghiên cứu đề tài: "Bước đầu nghiên cứu khả năng sử dụng than bùn
để xử lý màu nước thải dệt nhuộm". Với các mục tiêu sau:
- Thử nghiệm điều chế và khảo sát tính chất vật liệu hấp phụ bằng than bùn
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thuốc nhuộm hoạt tính

RB19 của than bùn biến tính đã điều chế được.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Thuốc nhuộm và phân loại thuốc nhuộm [16]
1.1.1. Thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm dùng trong ngành dệt là những hợp chất hữu cơ hấp thụ mạnh
một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào
các vật liệu trong những điều kiện quy định. Ngoài ra các hợp chất có màu còn phải


đáp ứng các yêu cầu khác như độ bền màu, không độc hại trong tổng hợp và sử
dụng, áp dụng dễ dàng, có giá thành chấp nhận được…Có 2 loại thuốc nhuộm: thiên
nhiên và tổng hợp, nhưng hiện nay người ta hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng
hợp. Thuốc nhuộm tổng hợp lần đầu tiên được điều chế vào năm 1856 từ những hợp
chất hữu cơ gọi là sản phẩm trung gian.
Thuốc nhuộm bao gồm nhiều loại có cấu trúc hóa học khác nhau và được
phân loại theo hai cách: theo đặc tính áp dụng và theo cấu trúc hóa học.
1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm
1.1.2.1. Phân loại theo đặc tính áp dụng
Dựa vào đặc tính áp dụng người ta phân loại thuốc nhuộm thành các loại sau:
* Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Thuốc nhuộm hoàn nguyên là hợp chất màu không tan trong nước, chứa hai
hay nhiều nhóm xeton. Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc lớp hoá học
antraquinon. Trong danh mục màu còn có một phân nhóm gọi là thuốc nhuộm hoàn
nguyên tan. Đó là muối natri của este axit sunphuric của thuốc nhuộm hoàn nguyên
gốc R=C-O-SO3Na, hoà tan dễ dàng trong nước.
* Thuốc nhuộm lưu hoá
Tất cả các thuốc nhuộm lưu hoá đều chứa nhóm đisunfua đặc trưng. Thuốc
nhuộm lưu hoá D-S-S-D có thể chuyển sang dạng tan (leuco: D-S) nhờ quá trình
khử. Thuốc nhuộm lưu hoá được áp dụng để nhuộm vật liệu cellulose thông qua ba

giai đoạn (khử và hoà tan, hấp phụ vào xơ sợi, oxy hoá trở lại) giống như thuốc
nhuộm hoàn nguyên.
* Thuốc nhuộm trực tiếp
Thuốc nhuộm trực tiếp là thuốc nhuộm anion có khả năng tự nhuộm đối với
xơ sợi cellulose. Trong mỗi màu của thuốc nhuộm trực tíếp có ít nhất 70% cấu trúc
azo không kim loại hoá. Còn tính trong tổng các thuốc nhuộm trực tiếp thì có tới
92% thuộc lớp hoá học azo (phức kim loại và không kim loại).
* Thuốc nhuộm phân tán
Thuốc nhuộm phân tán có ái lực với một hay nhiều loại xơ sợi tổng hợp kỵ
nước, khả năng hoà tan rất thấp trong nước (cho dù ở dạng tinh khiết), nhưng có thể
hoà tan tới một mức độ nào đó trong dung dịch hoá chất hoạt động bề mặt ở nhiệt
độ nhuộm quy định. Tính theo phân bố các lớp hoá học cho thấy 59% thuốc nhuộm


phân tán có cấu trúc azo, 32% là antraquinon và các nhóm amin (NH 2, NHR, NR2,
NR-OH).
* Thuốc nhuộm bazơ
Các thuốc nhuộm bazơ truyền thống trước đây dùng để nhuộm tơ tằm và
bông cầm màu bằng tanin. Còn các thuốc nhuộm bazơ biến tính (phân tử của chúng
thường đặc trưng bởi điện tích dương không định vị - nên được gọi là thuốc nhuộm
cation) dùng nhuộm chủ yếu xơ sợi acrylic. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các
lớp hoá học được phân bố như sau: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%),
acydin (7%), antraquinon (5%), còn lại là các lớp khác như azin, oxazin, xanten…
* Thuốc nhuộm axit
Thuốc nhuộm axit là các thuốc nhuộm anion tan, đặc trưng bởi khả năng tự
nhuộm với xơ sợi protein. Thuốc nhuộm axit đều màu và phức kim loại 1:1 thông
thường để nhuộm len trong dung dịch axit mạnh, còn thuốc phức kim loại 1:2 được
dùng trong môi trường axit yếu. Thuốc nhuộm azo (bao gồm cả azo không kim loại
và azo phức kim loại) chiếm phần lớn nhất, tới 79% trong tổng số các thuốc nhuộm
axit còn lại 10% là antraquinon, 5% là triarylmetan và 6% là các lớp hoá học khác

(xanten, azin, phtaloxianin, nitro...).
* Thuốc nhuộm hoạt tính
Thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản
ứng hoá học với xơ sợi trong những điều kiện áp dụng nhất định, tạo thành liên kết
cộng hoá trị với xơ sợi. Đặc điểm cấu tạo của thuốc nhuộm là có một hay nhiều
nhóm hoạt tính khác nhau. Các nhóm hoạt tính quan trọng nhất là vinylsunfon,
halotriazin và halopirimiđin. Ngoại trừ các nhóm mang màu antraquinon, đioxazin,
fomazan và phtaloxianin có trong các màu xanh – xanh lá cây thì trong tất cả các
màu còn lại có trên 95% thuốc nhuộm azo trong các cấu trúc TNHT.
TNHT ra đời và đưa vào thị trường cách đây hơn 50 năm, là một trong
những thuốc nhuộm phát triển mạnh mẽ trong thời gian qua do chúng có nhiều ưu
điểm như sắc màu tươi sáng, phong phú, có độ bền giặt cao, nhuộm dễ dàng và dễ
đều màu. TNHT là một trong những lớp thuốc nhuộm quan trọng nhất dùng nhuộm
vải sợi bông và thành phần bông trong vải pha. TNHT là duy nhất trong các lớp
thuốc nhuộm có liên kết cộng hoá trị với xơ sợi. Nhờ có sự gắn kết đặc biệt này mà
có thể đạt được độ bền màu giặt và bền màu ướt rất cao.


Tuy nhiên TNHT còn có một nhược điểm là phản ứng giữa thuốc nhuộm và
xơ sợi không thể đạt hiệu suất 100% vì chúng không hấp phụ hoàn toàn lên xơ sợi
mà còn tham gia vào phản ứng thuỷ phân. Cụ thể là TNHT không chỉ có phản ứng
với sợi anion của xơ sợi cellulose (xen -O-) - là phản ứng chủ yếu tạo ra liên kết
cộng hoá trị với xơ sợi, mà còn có phản ứng thuỷ phân với ion Hydroxyl (OH¯)
trong dung dịch nhuộm. Để đạt được độ bền tối ưu, hàng nhuộm được giặt hoàn
toàn để loại bỏ các phần thuốc nhuộm dư thừa, thuốc nhuộm không phản ứng và
thuốc nhuộm bị thuỷ phân. Màu thuốc nhuộm thuỷ phân giống như màu thuốc
nhuộm gốc. Do vậy, chúng gây ra vấn đề màu nước thải và làm ô nhiễm nước thải.
1.1.2.2. Phân loại theo cấu trúc hóa học
Đây là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc
nhuộm được phân thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau. Các họ chính là:

- Thuốc nhuộm azo: Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều nhóm
azo (-N=N-). Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất,
chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu
cơ trong danh mục màu.
- Thuốc nhuộm a-traquinon: Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều
nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:
O

O

Họ thuốc này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
- Thuốc nhuộm Triaryl metan: Triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong
đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:
Diaryl metan

Triaryl metan


Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
- Thuốc nhuộm phtaloxianin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ
liên hợp khép kín. Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H
trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại, còn các nguyên tử N khác thì
tham gia tạo phức kim loại màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi. Họ thuốc nhuộm
này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc
nhuộm.
1.2. Công nghệ dệt nhuộm và các vấn đề môi trường
1.2.1. Đặc điểm công nghệ [7]


Nguyên liệu đầu

vào

Hồ tinh bột, phụ gia
Hơi nước

Kéo sợi, chải, ghép,
đánh ống

Hồ sợi

Nước thải chứa
hồtinh bột, hóa chất

Dệt vải

Enzim
NaOH
NaOH, hóa chất
Hơi nước
H2SO4
H2O
Chất tẩy giặt
H2O2, NaOCl, hóa

Giũ hồ

Nấu

Xử lý axit, giặt


Tẩy trắng

chất
H2SO4

Giặt

Nước thải chứa hồ tinh
bột bị thủy phân, NaOH
Nước thải

Nước thải

Nước thải

Nước thải

H2O2, chất tẩy giặt
NaOH, hóa chất

Dung dịch nhuộm
H2SO4

Làm bóng

Nhuộm, in hoa

Giặt

Nước thảỉ


Dịch nhuộm thải

Nước thải

H2O2, chất tẩy giặt
Hơi nước
Hồ, hóa chất

Hoàn tất, văng khổ

Sản phẩm

Hình 1. Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm

Nước thải


* Làm sạch nguyên liệu, chải, kéo sợi, đánh ống, mắc sợi
Nguyên liệu trong công nghệ dệt nhuộm chủ yếu là xơ bông, xơ nhân tạo để
sản xuất các loại vải cotton. Nguyên liệu bông thô thường có lẫn các tạp chất tự
nhiên như bụi, đất, cỏ rác… Do đó, nguyên liệu bông thô sẽ được đánh tung, làm
sạch, trộn đều thành các tấm bông phẳng đều. Các sợi bông được chải song song và
tạo thành các sợi thô. Sau đó, dùng các máy sợi kéo sợi thô để giảm kích thước và
tăng độ bền của sợi. Máy quẩn các ống sợi hoặc đánh thành các quả sợi và chuẩn bị
công đoạn hồ sợi dọc.
* Hồ sợi dọc
Hồ sợi bằng hồ tinh bột hoặc tinh bột biến tính để tạo màng hồ bao quanh
sợi, tăng độ bền, độ bóng, độ trơn của sợi để tiến hành dệt vải. Ngoài ra, còn dùng
các loại hồ nhân tạo như polyvinylalcol (PVA), polyacrylat...

* Dệt vải
Kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc để hình thành tấm vải mộc.
* Giũ hồ
Tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương pháp enzim (1%
enzim, muối và các chất ngấm) hoặc axit (dung dịch axit sunfuric 0,5%). Vải sau
khi giũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy.
* Nấu vải
Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi như dầu, mỡ,
sáp… Sau khi nấu, vải có độ mao dẫn và khả năng thấm ướt cao, hấp thụ hoá chất,
thuốc nhuộm tốt, vải mềm mại và đẹp hơn. Vải được nấu trong dung dịch kiềm và
các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2-3 at) và ở nhiệt độ cao (120 - 130 oC). Sau đó, vải
được giặt nhiều lần.
* Làm bóng vải
Mục đích làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước các mao quản
giữa các mạch phân tử, làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước, sợi bóng
hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. Làm bóng vải thông thường bằng dung
dịch kiềm NaOH có nồng độ 280 - 300 g/l, ở nhiệt độ thấp 10-20 oC. Sau đó, vải
được giặt nhiều lần. Đối với vải nhân tạo thì không cần làm bóng.
* Tẩy trắng


Mục đích làm cho vải sạch màu tự nhiên, sạch các vết dầu mỡ, bẩn và chính
là làm cho vải đạt độ trắng đúng yêu cầu.
Vải thường được tẩy bằng dung dịch clo, hypochrorit hoặc peroxit cùng với
các chất phụ trợ khác để tạo môi trường và các chất hoạt động bề mặt.
* Nhuộm, in hoa
Mục đích tạo các màu sắc khác nhau của vải hoặc in các vân hoa một hoặc
nhiều màu. Để nhuộm vải, người ta thường sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm
tổng hợp cùng các hoá chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải. Phần thuốc
nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu yêu cầu… Tỷ lệ màu gắn vào sợi
nằm trong khoảng 50 - 98 %. Quá trình nhuộm xảy ra theo 4 bước: di chuyển các
phần tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi; gắn màu vào bề mặt sợi; khuyếch tán màu vào
trong sợi, quá trình này xảy ra chậm hơn so với quá trình trên; cố định màu vào sợi.
* Văng khố, hoàn tất
Mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử
dụng một số loại hoá chất chống nhàu, chất làm mềm và hoá chất như metylic, axit
axetic, focmaldehit.
1.2.2. Các chất ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm [7]
Bảng 1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm
Công đoạn

Chất ô nhiễm trong nước thải

Đặc tính của nước thải

Hồ sợi, giũ sợi

Tinh bột, glucozơ, carboxy BOD cao
metyl xenlulozơ, polyvinyl
alcol, nhựa, chất béo và sáp

Nấu, tẩy

NaOH, chất sáp và dầu mỡ, Độ kiềm cao, màu tối, BOD
tro, soda, silicat natri và xơ cao
sợi vụn

Tẩy trắng


Hipoclorit, hợp chất chứa clo, Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD
NaOH, AOX, axit…

Làm bóng

NaOH, tạp chất

Nhuộm

Các loại thuốc nhuộm, axit Độ màu rất cao, BOD khá cao,
axetic và các muối kim loại
TS cao

Độ kiềm cao, BOD thấp


In

Chất màu, tinh bột, dầu, đất Độ màu cao, BOD cao và dầu
sét, muối kim loại, axit…
mỡ

Hoàn thiện

Vệt tinh bột, mỡ động vật, Kiềm nhẹ, BOD thấp
muối

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, các chất bẩn
dính vào sợi.

- Các hóa chất dùng trong quá trình công nghệ: hồ tinh bột, tinh bột biến tính,
dextrin, alginat, các loại axit, xút, NaOCl, H 2O2, soda, sunfit..., các loại thuốc
nhuộm, các chất phụ trợ, chất màu, chất cầm màu, hóa chất tẩy, giặt. Lượng hóa
chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại màu là rất khác nhau và phần dư thừa
đi vào nước thải tương ứng.
1.3. Thực trạng sử dụng thuốc nhuộm toàn ngành dệt Việt Nam [14]
Thuốc nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu, rất đa dạng về thành phần
cấu tạo và màu sắc. Thuốc nhuộm có khả năng gắn màu trực tiếp lên các vật liệu
khác. Hiện nay có rất nhiều loại thuốc nhuộm xuất hiện trên thị trường và được sử
dụng vào rất nhiều mục đích khác nhau.
Theo báo cáo tổng kết của Tổng Công ty Dệt may Việt Nam, khối lượng
thuốc nhuộm được sử dụng trong ngành được thống kê theo bảng 2.
Bảng2. Thực trạng sử dụng thuốc nhuộm toàn ngành dệt Việt Nam
Lượng dùng (kg)
STT

Tên thuốc
nhuộm

Năm 1996

Năm 2000

Năm 2010
(ước tính)

1

Hoàn nguyên


42.500

145.350

285.300

2

Hoàn nguyên
tan

3

Phân tán

4

Lưu hóa

Khả
năng
bám giữ
(%)

Khả
năng
thất
thoát
(%)


80 – 95

20 – 5

-

-

-

-

451.800

1.545.100

3.033.300

85 – 95

15 – 5

102.400

350.200

687.500

60 – 70


40 – 30

2.900


5

Hoạt tính

259.500

887.500

1816.500

50 – 80

20 – 50

6

Trực tiếp

13.400

45.800

89.900

70 – 95


30 – 5

7

Azo

11.700

40.000

58.500

90 – 95

10 – 5

8

Pigment

80.300

274.600

539.100

-

-


9

Lơ cho cotton

20.500

70.100

137.600

-

-

10

Lơ cho PE

36.900

126.200

24.700

-

-

11


Indigo

3.720

7.440

89.280

-

-

12

Các loại khác

30.000

102.600

201.400

-

-

1.055.620

3.594.89

0

6.963.08
0

Tổng cộng

1.4. Hấp phụ và một số nghiên cứu xử lý màu bằng phương pháp hấp phụ
1.4.1. Hấp phụ [3]
Hấp phụ là quá trình tích tụ một chất trên bề mặt một chất rắn hoặc một chất
lỏng khác. Quá trình hấp phụ xảy ra tại bề mặt phân cách giữa hai pha (lỏng - rắn,
lỏng - khí, lỏng - lỏng, khí - rắn). Chất có bề mặt mà trên đó xảy ra quá trình hấp
phụ được gọi là chất hấp phụ, chất được tích lũy trên bề mặt chất rắn hoặc lỏng
được gọi là chất bị hấp phụ.
Hiện tượng hấp phụ xảy ra được là do lực tương tác giữa chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Có hai dạng hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
+ Hấp phụ vật lý: lực tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ yếu, không có sự thay đổi cấu trúc điện tử của các phân tử chất hấp phụ và chất
bị hấp phụ, năng lượng tỏa ra thấp.
+ Hấp phụ hóa học: lực liên kết giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ mạnh, tạo ra được các liên kết hóa học, làm thay đổi cấu trúc điện tử của các
thành phần tham gia trong hệ hấp phụ, năng lượng sinh ra lớn.
Trong rất nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai loại hấp phụ trên.
1.4.2. Một số nghiên cứu xử lý màu bằng phương pháp hấp phụ
1.4.2.1. Sử dụng chistosan để hấp phụ màu trong nước
Theo Gurusamy và cộng sự [19] nghiên cứu khảo sát khả năng hấp phụ
thuốc nhuộm hoạt tính màu đen bằng vật liệu chitosan. Chistosan là một hợp chất


sinh hóa, vô hại với con người và nó có khả năng hấp phụ chất màu. Chistosan được

làm khô ở 700C trong 8h, rồi sau đó rây ra các kích thước khác hạt khác nhau
(0,177; 0,384; 1,651 mm). Những hạt sau khi rây được làm khô hơn nữa trong 1
ngày trong tủ sấy. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả hấp phụ tối ưu ở pH = 6,7
và kích thước hạt càng nhỏ thì hiệu quả hấp phụ càng tăng. Quá trình hấp phụ là
phù hợp với cả hai mô hình đường đẳng nhiệt và dung tích hấp phụ đơn lớp lên tới
119,04 mg/g đối với mọi kích thước hạt.
1.4.2.2. Tận dụng mùn cưa để chế tạo vật liệu hấp phụ màu [18]
Chế tạo vật liệu: mùn cưa được thu gom từ các xưởng sản xuất đồ gỗ được
làm sạch sơ bộ, rửa sạch bằng nước cất hai lần, rồi phơi khô. Tiếp đến, mùn cưa
được ngâm trong H2O2 trong 24 giờ, sau đó đem sấy khô ở 110 0C trong 1 giờ. Cuối
cùng vật liệu được rây ở các kích thước hạt theo yêu cầu. Mùn cưa sau khi được xử
lý dùng để loại bỏ thuốc nhuộm azo và congored. Kết quả nghiên cứu cho thấy thời
gian đạt cân bằng hấp phụ là 20 phút đối với thuốc nhuộm azo, 60 phút đối với
thuốc nhuộm congored. pH tối ưu mà tại đó cho hiệu quả hấp phụ tốt nhất là 6,5 cho
cả hai loại thuốc nhuộm. Khả năng xử lý COD khá tốt, xử lý được tới 89,9% và
73,5% COD (với lượng COD ban đầu là 900mg/l).
1.4.2.3. Chất hấp phụ được chế tạo từ vỏ quả sầu riêng để hấp phụ màu trong
nước
Vỏ sầu riêng được thu gom, rồi rửa sạch bằng nước chất hai lần để loại bỏ
đất cát. Vật liệu sạch được cắt nhỏ tới kích thước 1 và 2cm, rồi sấy khô ở nhiệt độ
600C trong 8 giờ. Vỏ sầu riêng sau khi sấy khô lại được nghiền nhỏ tới kích thước
351 – 589 µm, rồi tiến hành ngâm trong dung dịch HCl 3% trong 4h. Sau ngâm,
đem lọc thu lấy vật liệu, rồi rửa bằng nước cất đến pH trung tính. Cuối cùng, vật
liệu được sấy khô ở 800C trong 24 giờ. Kết quả nghiên cứu cho thấy pH hấp phụ tối
ưu ở môi trường axit và hiệu quả hấp phụ cao nhất tại pH = 2. Tốc độ hấp phụ tăng
dần theo thời gian và đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ trong khoảng 5 – 6 giờ.
Hiệu quả hấp phụ cũng tăng khi nồng độ ban đầu thuốc nhuộm tăng (tăng từ 27,31 –
56,57mg/l ứng với nồng độ thuốc nhuộm 50 – 500mg/l). Tại các điều kiện tối ưu
(pH = 2 và nhiệt độ 300C) thì dung lượng hấp phụ đơn lớp tối đa là 63,29mg/l. [20]
1.4.2.4. Sử dụng vỏ cây cọ để chế tạo vật liệu hấp phụ màu trong nước [24]

Đây là một nghiên cứu ở Malaysia về việc xử lý vỏ cây cọ bằng HCl và sử
dụng nó làm vật liệu hấp phụ màu trong nước thải. Báo cáo cho thấy được sự thay


đổi về mặt diện tích bề mặt của vật liệu ban đầu sau khi được xử lý bằng HCl và
dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại đạt được 303,03mg/g. Vật liệu sau khi thu
gom được rửa sạch để loại bỏ hết cát bám trên nó rồi sấy khô ở nhiệt độ 105 0C. Vỏ
cây được nghiền nhỏ ở kích thước 1 và 2 mm, đưa vào lò nung ở 700 0C trong 2h để
than hóa. Than thu được trộn vơi dung dịch KOH theo tỷ lệ 1:1 (v/m), hỗn hợp
được sấy khô ở 1050C. Hỗn hợp khô được hoạt tính bằng cách nung trong lò nung ở
8500C trong 2 giờ. Cuối cùng, hỗn hợp sau nung được để nguội đến nhiệt độ phòng
(300C) rồi rửa bằng dung dịch HCl 0,1M đến pH = 7.
1.4.2.5. Tận dụng bụi bông để chế tạo vật liệu hấp phụ màu
Theo Nguyễn Thị Hà [4] nghiên cứu xử lý và tận dụng bụi bông để chế tạo
cacbon hoạt hóa ứng dụng trong xử lý màu/COD của nước thải dệt nhuộm. Kết quả
nghiên cứu cho thấy phương pháp xử lý hoạt hóa bụi bông bằng đốt với axit
sunfuric đậm đặc là phù hợp và cho hiệu suất xử lý khá cao (70% khối lượng của
vật liệu thải thô). Kích thước hạt phù hợp là 0,25mm, pH tối ưu từ 7 – 8, tỉ lệ chất
hữu cơ trên vật liệu là 15mg/g, thời gian hấp phụ là 15 phút đối với hệ tĩnh và tốc
độ dòng 0,6l/h ở hệ động.
1.5. Than bùn
1.5.1. Giới thiệu chung [6]
Than bùn được tạo thành từ xác các loài thực vật khác nhau. Xác thực vật
được tích tụ lại, được đất vùi lấp và chịu tác động của điều kiện ngập nước trong
nhiều năm. Với điều kiện phân huỷ yếm khí các xác thực vật được chuyển thành
than bùn.
Than bùn Việt Nam khá phong phú, chúng phân bố ở hầu hết các tỉnh và
thành phố trong cả nước nhưng tập trung chủ yếu ở Đồng bằng Nam Bộ. Than bùn
ở đây chiếm 83,69% tổng trữ lượng cả nước. Ngoài ra, than bùn còn phân bố ở
Đồng bằng Bắc Bộ và trong các thung lũng vùng núi thấp.

Trữ lượng than bùn Việt Nam mới khảo sát thống kê được 176 điểm khoáng
và mỏ. Trong đó số mỏ được tìm kiếm thăm dò là 78 mỏ, với tổng trữ lượng tính
được là 230.707.200 tấn. Có 98 mỏ mới chỉ được khảo sát sơ bộ, với tài nguyên dự
báo là 49.349.700 tấn. Các mỏ than bùn có trữ lượng dưới 10.000 tấn không được
thống kê.
Các mỏ than bùn ở Việt Nam được tích tụ trong các trầm tích Đệ tứ và đều
có tuổi Halôxen muộn. Có nhiều cách phân chia các kiểu thành tạo than bùn, nhưng
tựu trung có 6 kiểu thành tạo chính:


- Kiểu đầm lầy trước núi (kiểu 1a)
- Kiểu đầm lầy ven sông cổ (kiểu 1c)
- Kiểu đầm lầy dòng sông cổ (kiểu 1c)
- Kiểu đầm lầy ven biển ngọt hóa (kiểu 2a)
- Kiểu đầm lầy nước lợ (kiểu 2b): Đặc tính cơ bản của trầm tích này là thành
phần sulfit nhiều. Các tích tụ than thường có dạng đẳng thước, chiều dày mỏng,
thàn bùn có độ tro từ trung bình đến cao, hàm lượng lưu huỳnh cao. Mỏ thường có
quy mô nhỏ đến trung bình.
- Kiểu đầm lầy ngập mặn (kiểu 2c): Các mỏ thuộc nguồn gốc này có đặc
điểm phân bố hẹp, kéo dài ven theo bờ biển hiện đại. Các lớp than có chiều dày
tương đối lớn (5m – 6m) nhưng độ phân hủy kém, lẫn nhiều sét nên chất lượng xấu.
1.5.2. Thành phần hóa học của than bùn [6]
Than bùn có thành phần chính là lignin, cellulose và axit humic. Thành phần
của than bùn từ các nguồn khác nhau có thể khác nhau tùy thuộc vào tuổi tác, bản
chất của thảm thực vật nguyên bản của nó, khí hậu khu vực, độ chua của nước và
mức độ biến đổi.

Bảng 3. Thống kê chất lượng than bùn theo các kiểu tạo thành

STT


Chỉ tiêu phân tích
(trung bình)

Đơn
vị
tính

Kiểu nguồn gốc

1

Độ ẩm phân tích
Wpt

%

7,83

2

Độ tro khô Ak

%

51,58 56,39 23,91 10,05 42,82 61,41

1a

1b


1c

2a

2b

2c

10,19 10,11 12,67

6,95

8,87


3

Nhiệt lượng khô
Qk

4

Chất bốc khô Vk

5

Kcal/
kg


2750

2039

3909

%

44,43

33,5

56,64 55,91 42,57 29,30

Lưu huỳnh chung
Sch

%

0,17

1,07

3,15

0,31

4,11

2,93


6

Nitơ (tổng số)

%

0,25

0,66

0,98

0,87

0,57

0,50

7

Phốtpho (tổng số)

%

0,17

0,07

0,10


0,07

0,08

0,01

8

Kali (tổng số)

%

0,28

0,48

0,27

0,73

0,35

0,89

9

Mùn hữu cơ

%


32,30 38,10 49,50 27,50

39,9

10

Axit humic

%

13,50 25,50 29,70 13,30 16,20

11

Độ thủy phân

%

-

4581

2788

24,90 28,30 38,60 31,80

2075

7,30

-

(theo nguồn Bùi Hoàng Kỷ[5])
1.5.3. Một số ứng dụng của than bùn
1.5.3.1. Sản xuất than hoạt tính để xử lý nước
Theo Trần Kim Phượng và cộng sự [9] đã nghiên cứu sản xuất than hoạt tính
từ các mẫu than bùn thu thập ở Mỹ Đức (Hà Nội), Hải Lăng (Quảng Trị), và U
Minh Hạ (Cà Mau). Chất lượng than hoạt tính từ than bùn Quảng Trị (thực hiện tại
Trung tâm Công nghệ xử lý môi trường) cho thấy tổng thể tích lỗ xốp 0,9cm 3/g,
diện tích bề mặt riêng 900m 2/g, khả năng tẩy màu (xanh metylen) là 95%. Than
hoạt tính từ than bùn Hà Nội có diện tích bề mặt riêng BET 155,55m 2/g. Than hoạt
tính từ than bùn U Minh Hạ có diện tích bề mặt riêng BET từ 333,73 đến
630,41m2/g
Than hoạt tính từ than bùn có hệ lỗ trung rất phát triển, đạt trên 0,1 cm 3/g.
Chỉ tiêu này rất thích hợp khi sử dụng để xử lý nước, tẩy màu, lọc màu, lọc các hợp
chất hữu cơ và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, lọc các ion kim loại nặng, tách các
đồng vị phóng xạ, sát trùng diệt khuẩn trong công nghệ xử lý nước sinh hoạt.
Than bùn Việt Nam, đặc biệt là than bùn U Minh Hạ, với khả năng kỹ thuật - công
nghệ trong nước, hoàn toàn có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất than hoạt tính
dùng trong công nghệ xử lý nước và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác. Giá thành
sản xuất than hoạt tính từ than bùn tương đối thấp, thị trường có thể chấp nhận
được, nhất là đối với thị trường nông thôn.


1.5.3.2. Sử dụng làm chất đốt [6]
Trước đây, than bùn ở nước ta chủ yếu được sử dụng làm chất đốt sinh hoạt.
Theo tiêu chuẩn của Liên Xô (cũ), than bùn làm chất đốt phải có độ ẩm làm việc
không quá 53% đối với than bùn phay, không quá 48% đối với than bùn cục. Độ tro
khô phải nhỏ hơn 23%, một số nơi cho phép tối đa đến 35%.
Than bùn có đặc điểm xốp, nhẹ, dễ nghiền, dễ đóng bánh nhưng nhiệt lượng

thấp, chóng tàn, nhiều tro, lắm khói, đặc biệt là khói độc lưu huỳnh. Do đó việc sử
dụng than bùn làm chất đốt phải gia công đóng bánh cùng với các loại than khác.
Thông thường đóng bánh theo tỷ lệ 50 – 60% than bùn, 20 – 30% than cám Quảng
Ninh cùng với các chất phụ gia khác như: sét, xơ dừa, vôi bột để khử lưu huỳnh.
1.5.3.3. Sử dụng làm phân bón [6]
Trong than bùn ngoài đạm còn chứa nhiều chất hữu cơ có tác dụng cung cấp
nguồn dinh dưỡng cho cây trồng và cải tạo đất. Nhìn chung, than bùn của nước ta
có chứa từ 40% - 60% chất hữu cơ, lượng đạm trung bình từ 0,5 – 1% nhưng phần
lớn là dưới dạng hữu cơ, cây trồng khó đồng hóa trực tiếp được. Lượng đạm dễ tiêu
(NH3) (NO3) ít, lượng lân (P2O5) và kali (K2O) còn ít. Do vậy, khi dùng than bùn
làm phân bón phải hoạt hóa N, P, K khó tiêu, ủ lẫn với các phân hữu vơ hoặc vô cơ
khác như phân chuồng, apatit, ure, kali clorua..
Than bùn có thể bón trực tiếp cho cây trồng vừa chống mưa rửa lũ vừa giữ
ẩm cho cây, lót chuồng trại gia súc có tác dụng hút ẩm, tẩy uế, sát trùng và sau đó
làm phân bón, hoặc làm nguyên liệu chính để sản xuất phân biomic, phân NPK
humic và đặc biệt là sản xuất phân vi sinh.
1.5.3.4. Sử dụng để sản xuất hóa phẩm [6]
Từ than bùn người ta có thể chiết suất axit humic, điều chế các muối kim loại
gốc humat như: natrihumat, kalihumat, amonihumat … và các phức của chúng. Các
loại muối này có tác dụng kích thích tăng trưởng cây trồng và vật nuôi. Cho nên,
ngoài việc tưới, phun, hồ rễ cây, ngâm tẩm hạt cây trồng, nó còn được đưa vào sản
xuất men hocmon. Người ta tính rằng: 1 tấn than bùn có thể sản xuất được 120
-180kg men thức ăn gia súc có chứa 40% protein. Mỗi tấn men có thể thay thế cho
3,5 - 4 tấn ngỗ cốc.
Axit humic thu được từ than bùn còn có được sử dụng trong công nghiệp chế
tạo keo bảo vệ kim loại, trong công nghiệp gốm sứ và silicat.


Ngoài các hướng sử dụng nêu trên, than bùn còn được dùng để chưng cất hắc
ín, chế tạo bộ giấy, chết tạo vải, sản xuất các tấm lợp panen trong xây dựng nhà

(thường dùng than bùn có độ phân hủy thấp từ 5 – 12%) , sản xuất các tấm cách
điện. Ngoài ra than bùn còn được sử dụng làm phụ gia dung dịch khoan cho các lỗ
khoan sâu trong thăm dò địa chất.

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Chất hấp phụ: Than bùn lấy tại mỏ than bùn Ba Sao, xã Ba Sao, huyện Kim
Bảng, tỉnh Hà Nam. Mỏ được khảo sát năm 1967 và có những đặc điểm cấu trúc,
tính chất hóa lý đặc trưng cho cả hai mỏ. Thung lũng than bùn Ba Sao dài 2km,
rộng 1-2 km, nằm trên địa hình cacxtơ, bề mặt lồi lõm, chỗ dày nhất là 1,5m, chỗ
mỏng nhất chỉ đạt 0,05m. Than bùn chỉ tập trung ở vùng trũng ngập nước. Mặt cắt
điển hình qua các công trình khai đào gồm 3 lớp từ dưới lên:
Sét màu xám, xám đen lẫn nhiều thực vật hóa than, đôi chỗ lẫn cát,
không dẻo mịn.
•

Sét xám trắng, đôi chỗ lẫn ít cát và tạp chất sét mịn dẻo khá tốt, chiều
dày 0,2-1,4m.
•


Lớp than bùn màu xám đen, xám nâu, độ dày không ổn định (0,051,5m) lẫn nhiều thực vật chưa được phân hủy hoàn toàn, bở, xốp nhẹ. Do ảnh
hưởng của nước nên than bùn có nhiều chỗ sền sệt giống bùn nhão.
•

Mỏ than bùn Ba Sao được phân bố trên hai khu vực:
Khu tây nam Tam Trúc (Ba Sao): Than bùn tập trung thành những ổ
thấu kính nhỏ, phân bố không đều và có trữ lượng khoảng 172,058 m3.
•


Khu Đông Nam Tam Trúc (Ba Sao): Theo cột địa tầng chung thì lớp
than bùn thối nằm dưới lớp đất sét dày 1,5-3,5m, chiều dày lớp than bùn khoảng 112m. [24]
•

-

Chất bị hấp phụ:

Từ số liệu bảng 2 ta thấy thuốc nhuộm hoạt tính được sử dụng phổ biến ở
Việt Nam chiếm khoảng 26% tổng lượng thuốc nhuộm sử dụng. Hơn thế khả năng
bám giữ của loại này lại không cao do đó lượng thuốc nhuộm đi vào dòng thải rất
lớn. Vì vậy, khóa luận hướng đến xử lý màu gây ta bởi thuốc nhuộm hoạt tính
RB19, một loại thuốc nhuộm hoạt tính màu xanh chứa nhóm mang màu
Antraquinon và nhóm hoạt tính Vinylsunfon trong phân tử. Dung dịch thuốc nhuộm
RB19 tự pha chế ở nồng độ gốc 1000mg/l. Khi tiến hành thí nghiệm dung dịch
thuốc nhuộm gốc được pha chế tới các nồng độ cần dùng. Sau đó đem đi quét phổ
để xác đinh bước sóng hấp phụ cực đại.

2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Biến tính than bùn
Mẫu M1: Mẫu than bùn thô lấy về xử lý sơ bộ rồi đem sấy khô trong tủ sấy ở
nhiệt độ 900C trong khoảng 24 giờ. Sau đó than được đem nghiền và rây ở kích
thước hạt 0,25mm.
Mẫu M2: Được biến tính theo sơ đồ sau:


Than bùn thô
Xử lý sơ bộ
Ngâm trong H2SO4 28%,
để qua đêm

Rửa bớt axit bằng nước
cất hai lần
Nung yếm khí ở 4000C
trong 1h
Than bùn biến tính
Hình 2: Quy trình họat hóa than bùn
Mẫu than bùn thô lấy về đem ngâm trong dung dịch axit H 2SO4 28% qua
đêm ở nhiệt độ phòng [1, 22]. Sau đó than được đem nung trong lò nung
CARBOLITE: CWF 1200 – Anh ở 4000C khoảng 1giờ trong điều kiện không có
không khí. Than được nung yếm khí bằng cách cho than vào một ống tuýp sắt dài
khoảng 30 cm, có đường kính 40mm và lấy giấy bạc bịt hai đầu của ống tuýp sắt lại.
Cuối cùng, than bùn sau khi nung đem nghiền và rây ở kích thước hạt 0,25mm.
2.2.2. Khảo sát đặc điểm của vật liệu
Mẫu than bùn sau khi biến tính M1 và M2 được đem chụp SEM nhằm xác
định hình dạng, kích thước và độ đồng đều của vật liệu. Mẫu được chụp SEM bằng
máy S4800 HITACHI với độ phóng đại 3000, 6000 lần tại Viện Vệ sinh dịch tễ
Trung ương số 1 - Yecxanh, Hai Bà Trưng, Hà Nội.
2.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ màu của vật liệu
2.2.3.1. Ảnh hưởng pH đến hiệu quả hấp phụ
Để có được các pH khác nhau từ 2 - 11, các thể tích axit (HNO 3 0,02M) hoặc kiềm
(NaOH 0,02M) từ 0 đến 15ml được thêm vào các bình tam giác thể tích 100 ml có


chứa 1g mẫu vật liệu và 10ml dung dịch thuốc nhuộm ở nồng độ 50mg/l. Để đảm
bảo cường độ ion trong các mẫu thí nghiệm tương đương nhau, một lượng dung
dịch muối NaNO3 0,02M được thêm vào sao cho thể tích của hệ đạt 50ml. Tiếp
theo, mẫu được đem lắc ở tốc độ 200 vòng/phút trong khoảng thời gian 3 giờ bằng
máy lắc IKSR KS 260 Basic. Sau đó đem lọc bỏ phần rắn, lấy phần dung dịch còn
lại đem đo quang ở λ = 590nm bằng máy đo quang JASCO – 530 – Nhật. Tiến hành
thí nghiệm với hai loại vật liệu M1, M2.

2.2.3.2. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ
Mục đích của thí nghiệm nhằm xác định được thời gian đạt cân bằng hấp phụ
tcb và ảnh hưởng của nồng độ màu tới hiệu quả hấp phụ. Thời gian cân bằng là một
thông số rất quan trọng trong thiết kế hệ thống xử lý nước thải vì nó quyết định tới
thời gian lưu nước và thể tích của bể phản ứng.
Tiến hành thí nghiệm như sau: chuẩn bị 11 mẫu, mỗi mẫu gồm 1g than +
20ml dung dịch màu ở nồng độ xác định và điều chỉnh dung dịch về khoảng pH = 2.
Sau đó đem lắc ở tốc độ 200 vòng/phút trong các khoảng thời gian từ 10 – 180 phút.
Sau mỗi khoảng thời gian đã định lấy một mẫu ra lọc bỏ phần chất rắn, lấy phần
dung dịch thu được rồi đem đo quang ở λ = 590nm. Tiến hành thí nghiệm với hai
loại mẫu M1, M2 và với 4 nồng độ màu (50, 100, 150, 200 mg/l).
2.2.3.3. Động học hấp phụ
Quá trình hấp phụ chất màu từ pha lỏng sang pha rắn có thể xem như một
phản ứng thuận nghịch giữa hai pha. Khảo sát động học hấp phụ là rất quan trọng
bởi nó kiểm soát hiệu quả của quá trình hấp phụ. Các mô hình động học hấp phụ
được sử dụng để nghiên cứu cơ chế hấp phụ chất màu lên bề mặt vật liệu là rất
nhiều, tuy nhiên trong khóa luận này đã sử dụng mô hình động học Lagergren, bởi
Lagergren là mô hình động học được sử dụng phổ biến nhất để mô tả quá trình hấp
phụ lỏng – rắn.
Phương trình bậc nhất biểu kiến của Lagergren dạng tổng quá được mô tả
như sau: [11]
log(qe – qt) = log qe -

K1
×t
2,303

Trong đó :
qe, qt lần lượt là lượng chất màu hấp phụ lên một đơn vị khối lượng than tại
cân bằng và tại thời điểm t (mg/g).



K1 – là hằng số Lagergren (hằng số đặc trưng cho tốc độ hấp phụ) (phút-1)
Ở đây qe và qt (mg/g) là dung lượng hấp phụ ở thời điểm cân bằng và thời
điểm t nào đó.
qe và qt được tính theo công thức sau:
qt =

(C0 − Ct) × V
m

qe =

(C0 − Ce) × V
m

Trong đó:
C0, Ce, Ct - là nồng độ dung dịch màu ban đầu, tại cân bằng và tại thời điểm
t (mg/l)
V – Thể tích dung dịch (lít)
m – Khối lượng vật liệu (g)
Tiến hành thí nghiệm như sau: chuẩn bị 4 mẫu, mỗi mẫu gồm 1g than + 20ml
dung dịch màu ở nồng độ xác định và điều chỉnh dung dịch về khoảng pH = 2. Sau
đó đem lắc ở tốc độ 200 vòng/phút trong khoảng thời gian cân bằng hấp phụ. Sau
đó lấy mẫu ra lọc bỏ phân chất rắn, lấy phần dung dịch thu được rồi đem đo quang
ở λ = 590nm. Tiến hành thí nghiệm với hai loại mẫu M1, M2 và với 4 nồng độ màu
(50, 100, 150, 200 mg/l).
2.2.3.4. Khảo sát đường đẳng nhiệt hấp phụ
Hai mô hình được dùng để khảo sát là mô hình đường đẳng nhiệt Langmuir
và Freundlich.

∗ Đường đẳng nhiệt Langmuir: [3]
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
q = qmax ×

b.C
1 + b.C

Trong đó :
q: Tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng
qmax: Tải trọng hấp phụ cực đại


b: Hằng số
Khi tích số b.C << 1 thì q = qmax.b.C: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính
Khi tích số b.C >> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hòa
Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có
thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành phương
trình đường thẳng:
1
C
×C + 1
= q
q max
q
max
Tại thời điểm cân bằng đã xác định được ở phần động học hấp phụ ta tính
được các giá trị C và q ứng với mỗi nồng độ ban đầu khác nhau. Từ đó vẽ đồ thị sự
phụ thuộc của C/q vào C. Từ dạng đồ thị tìm được ta tính được các giá trị q max và b.
∗ Đường đẳng nhiệt Freundlich: [3]
Đây là phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ

hóa học hay vật lý. Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ:
q = Kf.C1/n
Trong đó:
Kf: Hằng số hấp phụ Freundlich
1/n: Hằng số đặc trưng cho tương tác hấp phụ của hệ
Giá trị Kf = q khi C = 1đơn vị, nói cách khác Kf chính là dung lượng hấp phụ
khi C = 1, giá trị Kf lớn đồng nghĩa với hệ có khả năng hấp phụ cao. Giá trị n lớn
(1/n nhỏ) thể hiện lực tương tác hấp phụ mạnh, dạng hấp phụ thiên về cơ chế hấp
phụ hóa học với tính chất không thuận nghịch, khi đó q nhanh chóng đạt giá trị lớn
ở vùng C thấp và tăng chậm khi C tiếp tục tăng.
Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ta
sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình Freundlich thành
phương trình đường thẳng có dạng sau:
lnq = lnKf +

1
lnC
n

Sau đó vẽ đồ thị sự phụ thuộc của lnq vào lnC, từ dạng đồ thị tìm được ta
tính được các giá trị Kf và n.
2.2.4. Phương pháp phân tích nồng độ chất màu
Pha loãng dung dịch gốc tới nồng độ 40mg/l, từ dung dịch pha loãng lấy lần
lươt các thể tích 0.5;1; 2; 4; 6; 8; 10ml cho vào các bình định mức 50ml rồi dùng


nước cất hai lần để định mức tới 50ml. Khi đó ta thu đượ4c dãy dung dịch chất màu
có nồng độ lần lượt là 0.5; 1; 2; 4; 6; 8; 10mg/l, sau đó đem đo quang ở bước sóng λ
= 590nm bằng máy đo quang JASCO – 530 – Nhật. Từ kết quả thu được ta lập được
phương trình đường chuẩn.

Các mẫu khảo sát sau các khoảng thời gian lắc định trước, sau đó đem lọc bỏ
phần rắn, lấy phần dung dịch đem đo quang ở bước sóng λ = 590nm bằng máy đo
quang JASCO – 530 – Nhật. Nồng độ màu được tính toán thông qua phương trình
đường chuẩn.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả xác định bước sóng hấp phụ cực đại của thuốc nhuộm RB19
Sau khi quét phổ thuốc nhuộm RB19 để xác định bước sóng hấp phụ cực đại
ta thu được kết quả sau: