TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VÕ THỊ KIM CHI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÍ METYL
DA CAM BẰNG MÀNG CHITOSAN/PEO/Fe2O3

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHÀNH HÓA HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGs. Ts. ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

Năm 2017
i


Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Khoa học Tự nhiên
Bộ môn Hóa học

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

DUYỆT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Cán bộ hướng dẫn: PGS.Ts Đoàn Văn Hồng Thiện
Đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lí metyl da cam bằng màng
chitosan/PEO/Fe(NO3)3”.
Sinh viên thực hiện: Võ Thị Kim Chi

MSSV: B1303899
Lớp: Hóa học 1
Khóa 39

Cán bộ hướng dẫn

Cần Thơ, ngày tháng năm 2017
Sinh viên thực hiện

PGs. Ts. Đoàn Văn Hồng Thiện

Võ Thị Kim Chi

ii


Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Khoa học Tự nhiên

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM

Bộ môn Hóa học

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Đề tài được hoàn thành tại: phòng thí nghiệm công nghệ nano và môi trường
khoa công nghệ – trường đại học cần thơ
Nội dung nhận xét:
Cán bộ hướng dẫn: PGS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

......................................................................................................................
........................................................................................................................
Chủ tịch:
........................................................................................................................
........................................................................................................................
Phản biện 1: ................................................................................................
........................................................................................................................
Phản biện 2: ...............................................................................................
........................................................................................................................
Ủy viên: .........................................................................................................
........................................................................................................................
Thư ký: ........................................................................................................
............................................................................................................................
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Cần Thơ, ngày…. tháng ….. năm 2017

iii


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy
Thiện và quý thầy cô Khoa Công nghệ đã tận tình quan tâm giúp đỡ em
trong khoảng thời gian em làm luận văn ở khoa Công nghệ.
Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn đến quý thầy cô khoa Khoa học Tự
nhiên đã tận tâm dạy dỗ, truyền đạt tất cả những kinh nghiệm và kiến thức
thực tiễn, giúp em trang bị đầy đủ hành trang về kiến thức để bước vào sự
nghiệp trong tương lai.
Đồng thời, em cũng không quên gửi lời cảm ơn đến cha mẹ, là ông

Võ Văn Một và bà Trần Thị Chơn. Cám ơn cha người đã luôn che chở, quan
tâm và ủng hộ con. Cảm ơn mẹ người đã sinh thành, nuôi lớn, dẫn lối cho
con vượt qua những khó khăn gian khổ và những cám dỗ của cuộc sống. Đến
bây giờ, con cũng đã đủ trưởng thành để sẵn sàng bước chân vào đời, va
chạm với cuộc sống. Cám ơn rất nhiều đến hai đấng sinh thành.
Ngoài ra, em xin cám ơn đến anh Lê Đăng Khoa, chị Trần Thị Kim
Thoa, anh Nguyễn Thanh Phụng, Nguyễn Hoàng Tý đã giúp đỡ hỗ trợ em
trong quá trình làm thí nghiệm.

Cần Thơ, ngày tháng năm 2017

Võ Thị Kim Chi

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả
ghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất
cứ luận văn cùng cấp nào khác.

Cần Thơ, ngày tháng năm 2017
Học viên thực hiện

Võ Thị Kim Chi

v


TÓM TĂT

Luận văn được nghiên cứu dựa trên nguồn chitosan thành phẩm được
lấy từ đại học Nha Trang. Đề tài nhằm chế tạo ra được vật liệu có khả năng
xử lí môi trường tốt từ chế phẩm sinh học không gây độc hại cho môi trường.
Đồng thời ứng dụng xúc tác fenton dị thể giúp tăng hiệu suất xử lí của vật
liệu. Lượng bùn được tạo ra có thể tự phân hủy trong môi trường tự nhiên.
Vật liệu được tạo ra từ chitosan kết hợp với PEO và sắt (III) nitrate theo
tỉ lệ 70: 30: 2.5. Sau đó, vật liệu được đem microwave để biến tính, làm mất
gốc nitate có trong vật liệu để tạo ra sắt (III) oxit.Tiến hành khảo sát cấu trúc
của vật liệu nhờ một số đặc tính lý hóa của chúng bằng một số phương pháp
như nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại FT-IR, phương pháp nhiệt trọng
lượng TGA. Bên cạnh đó, vật liệu được đem đi xử lí MO nhằm khảo sát một
số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lí môi trường của vật liệu bao gồm
hàm lượng sắt (III), pH, thời gian, nồng độ MO ban đầu, khối lượng vật liệu
xúc tác, nồng độ H2O2.
Kết quả, hàm lượng sắt tối ưu được xác định tại tỉ lệ 2.5%, pH tốt nhất
tại 5, thời gian để quá trình xử lí đạt trạng thái cân bằng là 120 phút. Bên
cạnh đó, nồng độ MO tối ưu là 30 ppm (mg/L), khối lượng xúc tác là 0.125 g
và nồng độ H2O2 là 0.265 mM. Mặc khác hiệu suất xử lí của quá trình khá
cao trên 96%.

vi


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Khả năng loại bỏ một số loại thuốc nhuộm bằng chitosan chưa biến
đổi
Bảng 4.1 Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của chitosan .

vii



DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Metyl da cam ở dạng rắn
Hình 2.2 Dung dịch metyl da cam tại các pH khác nhau
Hình 2.3 Nguyên liệu điều chế chitosan
Hình 2.4 Chitosan thành phẩm dạng rắn
Hình 2.5 Chitosan ở dạng dung dịch
Hình 2.6 Một số ứng dụng điển hình của màng chitosan
Hình 2.7 a) PEO dạng rằn
Hình 2.7 b) PEO dạng lỏng
Hình 2.8 Sắt (III) oxit
Hình 3.1 Sơ đồ khối mô tả quá trình tạo màng chitosan/PEO/ Fe2O3
Hình 3.2 Sơ đồ mô tả một số phương pháp xác định cấu trúc vật liệu
Hình 4.1.a Ảnh đo XRD của CTS/PEO/Fe(NO3)3 tại 300W
Hình 4.1.b Ảnh đo XRD của CTS/PEO/Fe(NO3)3 lần lượt tại 150 W, 300W,
450W.
Hình 4.2 Biểu đồ thể hiện khả năng xử lí metyl da cam của màng
CTS/PEO/Fe(NO3)3 với hàm lượng sắt (III) nitrate khác nhau.
Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn kết quả đo FT-IR của CTS/PEO/Fe2O3
Hình 4.4 Ảnh đo TGA của màng CTS/PEO/ Fe(NO3)3
Hình 4.5 Biểu đồ xác định đường chuẩn của dung dịch MO
Hình 4.6 Khả năng xử lí MO tại các khoảng thời gian khác nhau

viii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT

TIẾNG ANH


TIẾNG VIỆT

IR

Infrared spectroscopy

Quang phổ hông ngoại

XRD

X-ray powder diffraction

Nhiễu xạ tia X

TGA

Thermogravimetric analysis

Phân tích nhiệt trọng lượng

UV – VIS

Ultraviolet-Visible

Phổ hồng ngoại

MO

Methyl orange


Metyl da cam

CTS

Chitosan

Chitosan

PEO

Polyethylene oxide
Kim ngạch xuất khẩu

KNXK

ix


MỤC LỤC
DUYỆT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ........................................................ II
LỜI CẢM ƠN................................................................................................. IV
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ V
TÓM TĂT ....................................................................................................... VI
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................... VII
DANH SÁCH HÌNH ................................................................................... VIII
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... IX
MỤC LỤC ....................................................................................................... X
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU .............................................................................. 1
1.


ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................... 1

2.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................... 1

3.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:....................................................................... 2

4.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU: ........................................................................... 2

5.

THỜI GIAN NGHIÊN CỨU: ........................................................................ 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

3

2.1 SƠ LƯỢC VỀ THUỐC NHUỘM ................................................................................ 3
2.2 CHITOSAN, ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ ỨNG DỤNG ............................................. 6
2.3 PEO, ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ ỨNG DỤNG ....................................................... 10
2.4 SẮT (III) OXIT, CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG ........................................ 11
2.5 SƠ LƯỢC VỀ HẤP PHỤ ........................................................................................... 13
2.7 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY. .................................................................. 17


CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM ............................................. 19
3.1.THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT .......................................................... 19
3.1.1. Thiết bị và dụng cụ ........................................................................... 19
3.1.2. Hóa chất ............................................................................................ 19
3.2 THỰC NGHIỆM ........................................................................................ 19
3.2.1Tạo màng chitosan/PEO/Fe2O3 ......................................................... 19
3.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VẬT LIỆU HẤP PHỤ ........... 21
x


3.3.1 Xác định cấu trúc vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
(XRD). ......................................................................................................... 21
3.3.2 Xác định nhóm chức vật liệu bằng sử dụng phổ hồng ngoại FT-IR21
3.3.3 Xác định nhiệt trọng lượng bằng phương pháp TGA ..................... 21
3.4 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN ..................................................................... 22
3.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA MÀNG ............................................ 22
3.5.1 Khả năng xử lí metyl da cam của màng CTS/PEO/Fe2O3 với hàm
lượng sắt (III)khác nhau ........................................................................... 22
3.5.2 Ảnh hưởng của pH ............................................................................ 23
3.5.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ................................................. 23
3.5.4. Nồng độ Co của metyl da cam. ......................................................... 23
3.5.5 Ảnh hưởng của khối lượng xúc tác .................................................. 23
3.5.6 Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 .......................................................... 24
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 25
4.1 KẾT QUẢ ĐO XRD .................................................................................. 25
4.2 KẾT QUẢ ĐO FT-IR ................................................................................. 26
4.3 KẾT QUẢ ĐO TGA .................................................................................. 27
4.4 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN ..................................................................... 28
4.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA MÀNG ............................................ 29
4.5.1 Kết quả về khả năng xử lí metyl da cam của màng

CTS/PEO/Fe2O3 với hàm lượng sắt (III) nitrate khác nhau.................... 29
4.5.2 Ảnh hưởng của pH ............................................................................ 30
4.5.3Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .................................................. 31
4.5.4. Nồng độ Co của metyl da cam. ........................................................ 32
4.5.5. Ảnh hưởng của khối lượng xúc tác ................................................. 33
4.5.6 Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 .......................................................... 34
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................. 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 38
PHỤ LỤC........................................................................................................ 41
BẢNG PHỤ LỤC ........................................................................................... 42

xi


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
1. Đặt vấn đề
Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa muốn phát triển một cách
bền vững không chỉ chuyên tâm phát triển kinh tế mà còn cần phải bảo vệ
môi trường. Đất nước ngày càng phát triển vấn nạn ô nhiễm môi trường ngày
càng trở nên đáng báo động. Vì thế bảo vệ môi trường là trách nhiệm và
nghĩa vụ của mỗi công dân và của toàn xã hội, nó liên quan đến sự tồn vong
của tất cả sinh vật cũng như của toàn nhân loại.
Chiếm khoảng 15% trong tổng KNXK của cả nước vào năm 2015. Dệt
may Việt Nam vẫn duy trì tốc độ tăng trưởng và ngày càng nâng cao năng
lực cạnh tranh trên trường quốc tế. Công nghiệp dệt may mở ra cơ hội việc
làm cho hơn 2.5 triệu người lao động, chiếm 1/5 lượng việc làm mới trên

toàn quốc 1. Bên cạnh những thành tựu to lớn thì vấn nạn môi trường ô
nhiễm từ công nghiệp dệt may cũng không tránh khỏi. Nước thải dệt nhuộm
là những hợp chất hữu cơ và không dễ dàng bị phân hủy trong môi trường tự
nhiên. Lượng chất thải từ thuốc nhuộm chưa qua xử lí ảnh hưởng trực tiếp
tới môi trường sống của các loài sinh vật dưới nước. Không chỉ tác động tới
sinh vật dưới nước mà còn gây tác động xấu tới con người. Được xếp vào
loại chất thải có nguy cơ cao gây ung thư và một số bệnh ngoài da.
Theo cấu tạo hóa học phẩm nhuộm được chia thành một số nhóm như
sau: nhuộm nitro, nhuộm azo, nhuộm antraquinon, nhuộm indigoit, nhuộm
lưu huỳnh, nhuộm arylmetan, nhuộm hoàn nguyên đa vòng. Trong đó metyl
da cam thuộc nhóm phẩm nhuộm azo. Có nhiều phương pháp xử lí metyl da
cam. Trong đó hấp phụ là phương pháp phổ biến nhất. Có nhiều loại chất
hấp phụ khác nhau được sử dụng như than hoạt tính, zeolit, chitin, tro than
và chitosan.... Nhằm mở rộng vật liệu hấp phụ, nghiên cứu đề tài “Tổng hợp
màng chitosan/PEO/sắt (III) oxit hấp phụ metyl da cam”.
Mục tiêu nghiên cứu
• Chế tạo thành công màng chitosan/PEO/Fe2O3
• Xác định khả năng xử lí MO của màng tại một số điều kiện: pH,
thời gian phản ứng, nồng độ ban đầu MO, khối lượng vật liệu, nồng độ
H2 O2 .

2. Nội dung nghiên cứu
• Chế tạo màng chitosan/PEO/Fe2O3.

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

• Ứng dụng màng xử lí metyl da cam và khảo sát một số điều kiện ảnh
hưởng đến khả năng xử lí.

3. Đối tượng nghiên cứu:
Vật liệu: màng chitosan, PEO, Fe2O3.

4. Phạm vi nghiên cứu:
Phòng thí nghiệm nano và xử lí môi trường – khoa công nghệ.

5. Thời gian nghiên cứu:
Từ ngày 6 tháng 1 đến ngày 30 tháng 4 năm 2017.

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN
2.1 Sơ lược về thuốc nhuộm
2.1.1 Định nghĩa về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu (có nguồn gốc từ thiên
nhiên hay tổng hợp) hấp phụ mạnh một phần quang phổ nhìn thấy và có khả
năng gắn kết vào vật liệu nhuộm trong một số điều kiện xác định. Thuốc

nhuộm có khả năng bền màu cao và không dễ bị phân hủy bởi các điều kiện
tác động khác nhau của môi trường. Đây là một đặc tính quan trọng của
thuốc nhuộm cũng như là một vấn đề nan giải cho nước thải dệt nhuộm. Màu
sắc của thuốc nhuộm được quy định bởi cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm
bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu 3.
2.1.2 Phân loại về thuốc nhuộm.
2.1.2.1 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hóa học
Thuốc nhuộm nitro: Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân
đơn (benzen, naphtalen) ít nhất là một nhóm nitro (-NO2) và một nhóm cho
điện tử (-NH2, -OH).
Thuốc nhuộm azo: là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát
triển rất lâu đời, chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lượng thuốc nhuộm.
Trong phân tử chứa một hoặc nhiều nhóm azo.
Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm
Antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó: gốc mang màu.
Thuốc nhuộm indigoit: loại thuốc nhuộm này trước kia có nguồn gốc từ
thực vật màu xanh sẫm trích từ lá cây chàm. Hiện nay, người ta tổng hợp
được thuốc nhuộm Indigoit có công thức của gốc mang màu như sau:
Trong đó: X,Y là O, Se, NH…
Thuốc nhuộm lưu huỳnh: là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều
nguyên tử lưu huỳnh. Gốc mang màu:
Thuốc nhuộm arylmetan: là những dẫn xuất của mêtan, trong đó
nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống
mang màu.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: trong phân tử có hệ mang màu là
các hợp chất đa tụ giữa antraquinon với các vòng dị thể khác tạo nên mạch
đa vòng 3.

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899


3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

2.1.2.2 Phân loại theo lớp kỹ thuật:
Thuốc nhuộm hoạt tính: là những hợp chất màu mà trong phân tử của
chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết cộng hóa trị
với vật liệu nói chung nhờ vậy nên độ bền màu cao.Các loại thuốc nhuộm
thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là: S-R-T-X
Trong đó:
•
S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan.
•
R: là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo(-N=N),
antraquynon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin.
•
T: là gốc mang nhóm phản ứng.
•
X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng.
Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành
các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư
Thuốc nhuộm axít: thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa
tan trong nước thường dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da.heo cấu tạo
hóa học, đa số loại thuốc nhuộm này thuộc về nhóm azo, một số tạo phức với
kim loại. Công thức tổng quát có thể viết dưới dạng: Ar-SO3Na. Trong đó:
Ar-SO3: là ion mang màu.
Thuốc nhuộm trực tiếp: là loại thuốc nhuộm tự bắt màu, chúng là

những hợp chất màu tự hòa tan trong nước và có khả năng tự bắt màu với các
vật liệu một cách trực tiếp nhờ các lực hấp thụ trong môi trường trung tính
hoặc kiềm. Hầu hết chúng thuộc nhóm azo, một số ít là dẫn xuất của
dioxazin và ftaloxianin, nhưng dạng tổng quát chung được biểu diễn: ArSO3Na.
Với Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên: là những hợp chất màu hữu cơ không hòa
tan trong nước, tuy có cấu tạo hóa học và màu sắc khác nhau nhưng chúng
có chung một tính chất.Tất cả đều chứa các nhóm ceton trong phân tử và có
dạng tổng quát là:
Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nước
do trong phân tử không chứa nhóm tạo tính tan –SO3Na, -COONa, có kích
thước phân tử nhỏ, khối lượng phân tử không lớn, cấu tạo không phức
tạp.Phân tử chứa các nhóm –NH2, -HR2, -OH, -OR (R có thể là gốc alkyl,
aryl, alkyl hydroxyl) 3.

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

2.1.3 Giới thiệu về metyl da cam
Metyl da cam ( heliantin, là muối natri của n-dimetylamino azobenzen
sulfo axit) là một chất bột tinh thể màu da cam, không tan trong dung môi
hữu cơ, khó tan trong nước nguội, nhưng dễ tan trong nước nóng.
Metyl da cam là một monoazo, được sử dụng phổ biến để làm chất chỉ
thị màu trong phòng thí nghiệm, dệt may và một số ngành công nghiệp khác.

Trong môi trường kiềm dung dịch có màu vàng da cam, trong môi trường
axit dung dịch có màu đỏ da cam và đỏ, khoảng pH chuyển màu của dung
dịch trong khoảng từ: 3,1- 4,4. 3, 4
Công thức phân tử: C14H14N3SNa.

Hình 2.1 Metyl da cam ở dạng rắn

Hình 2.2 Dung dịch metyl da cam tại
các pH khác nhau

Công thức cấu tạo:

Trong môi trường kiềm:

Trong môi trường axit: anion trên kết hợp với ion H+ trong dung dịch
tạo nên hợp chất có màu đỏ.
VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

2.1.4 Tác hại của thuốc nhuộm
Nước thải dệt nhuộm làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, ảnh
hưởng đến quá trình hô hấp của các loài động thực vật thủy sinh. Các chất
H2SO4, NaOCl, Na2SO4, NaCl, Na2S, Na2S2O4, chất tẩy rửa không ion, các
hợp chất vòng thơm, tạo chất dầu xả ra từ khâu giặt sau nhuộm. Các chất

formaldehyde, K2Cr2O7, tạp chất chứa kim loại nặng, NaCl, halogen hữu cơ,
Na2SO4, thuốc nhuộm, Na2S2O4, hơi H2SO4, CH3COOH thải ra từ khâu nấu.
Dầu hỏa, các chất hồ sợi dọc, chất nhũ hóa, chất làm mềm, chất tạo phức,
NO2, thải ra từ khâu hoàn tất. Tất cả các chất ô nhiễm này gây ảnh hưởng
rất lớn đến quá trình phân hủy của các vi sinh vật làm sạch nước.
Ngoài ra, gốc hữu cơ kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức
chất bền, khó phân hủy, gây tác hại nghiệm trọng đến môi trường. Các ion
kim loại còn tham gia vào chuỗi thức ăn, từ đó dây ảnh hưởng cho sức khỏe
con người. Đặc biệt nguy hại hơn nữa là sự có mặt của chất Clo hoạt tính
trong nước thải sẽ kết hợp với các chất hữu cơ vòng thơm tạo thành những
chất gây tiền ung thư. Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong xơ sợi bị
loại bỏ trong các công đoạn xử lý nước, gây tắc nghẽn dòng chảy.
Mặc khác, độ màu của nước thải còn khá lớn hay lượng thuốc nhuộm
dư lại còn khá nhiều, ảnh hưởng đến màu của môi trường nước xung quanh.

2.2 Chitosan, đặc điểm cấu tạo và ứng dụng
2.2.1 Đặc điểm cấu tạo
Chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin hay chitosan là dạng có
mức acetyl hóa thấp của chitin. Khi chitin được xử lí vói chất kiềm đặc ở
khoảng 120 oC trong khoảng thời gian từ 1 đến 3 giờ. Chitin là một chất tự
nhiên được tìm thấy trong vỏ của các loài giáp xác, động vật không xương
sống và nấm (Sciutto and Colombo, 1995). Đơn phân chủ yếu của chitosan là
D-glucosamin hay 2-amino-2-deoxy-β-D-Glucose 5.Chitin là loại polime
tự nhiên phổ biến đứng thứ hai sau xenlulose, chitin được tìm thấy trong lớp
biểu bì hoặc trong lớp vỏ của một số loài giáp xác như tôm, cua hay một số
loài côn trùng như châu chấu, cào cào hoặc trong tế bào của một số loại nấm
như enoki (flammulina velutipess), shiitake và vi khuẩn 7.

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899


6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

Hình 2.3 Nguyên liệu điều chế chitosan

Hình 2.4 Chitosan thành phẩm dạng rắn

Hình 2.5 Chitosan ở dạng dung dịch

• Chitosan được sản xuất chủ yếu từ nguồn vỏ tôm hoặc vỏ của một số
loại giáp xác như cua. Về phần nấm enoki và nấm shiitake (nấm hương) do
hàm lượng chitin trong vỏ khá thấp, mặc khác do vấn đề lương thực, thực
phẩm nên hầu như 2 loại nấm trên không được ứng dụng rộng rãi để sản xuất
chitosan.
• Chitosan không độc, có tính kiềm nhẹ. Ở trạng thái tự nhiên chitosan
là chất rắn xốp nhẹ, có cấu trúc hình vảy, màu vàng hơi nhạt hoặc màu trắng,
không mùi không vị, có thể nghiền thành bột mịn ở nhiều trạng thái khác
nhau 6. Chitosan không tan trong nước, không tan trong dung dịch kiềm
hay dung dịch axit đặc nhưng có khả năng tan trong axit yếu (ở pH=6).
• Nhiệt độ nóng chảy 309 oC – 3110 oC

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

7



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

• Với cấu trúc đa điện tích dương, chitosan trở thành dạng proton mang
điện tích dương trong môi trường pH thấp, giúp nó dễ dàng hòa tan. Mặt
khác, khi pH tăng trên 6, các đơn vị glucosamine của chitosan bị khử proton
làm cho polyme bị mất điện tích dương và trở nên không tan 9.
• Công thức phân tử: (C6H11O4N)n
• Phân tử lượng: Mchitosan=(161,07)n 12
• Hàm lượng chitin trong vỏ tôm khoảng từ 14 - 35%. Tùy theo loại
giáp xác mà n sẽ có các giá trị khác nhau.

Hình 2.6 Cấu trúc phân tử của chitosan
2.2.2 Ứng dụng
Chitosan có nhiều ứng dụng trong một số lĩnh vực như xử lí nước thải, y
sinh, công nghiệp thục phẩm và dược phẩm. Sau đây là một số ứng dụng của
chitosan.

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

Trong dược phẩm


Trong công nghiệp

CHITOSAN

Trong thực phẩm

Trong y sinh

Hình 2.6 Một số ứng dụng điển hình của màng chitosan
❖ Trong thực phẩm: Do khả năng có thể ức chế một số loại vi
khuẩn như vi khuẩn E. Coli. Nên chitosan được sử dụng như một màng bọc
thực phẩm trong vấn đề bảo quản trái cây và một số loại rau củ như đào, dưa
chuột, đậu, bưởi,… Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền
ương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói và đang được
sản xuất thử.
❖ Trong y sinh và dược phẩm màng chitosan được sử dụng để
chữa trị các vết thương bị bỏng và làm da nhân tạo chuẩn bị cho sự tái tạo
của một lớp da mới. Măc khác, nó còn được sử dụng làm chỉ phẩu thuật,
kính áp tròng, màng thẩm tách máu và mạch máu nhân tạo. Ngoài ra,
chitosan còn được sử dụng trong các sản phẩm thẫm mỹ chăm sóc tóc và da,
sữa chữa, tái tạo sụn.
❖ Trong công nghệ xử lí nước thải phân tử của chitosan có chứa
các nhóm chức với các nguyên tử oxi và nitơ còn cặp electron chưa sử dụng.
Chúng có khả năng tạo phức với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại
chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+… giúp tách các kim loại nặng
ra khỏi môi trường nước một cách dễ dàng hơn. Trong công nghệ xử lí nước
thải, nó được dùng để hấp thụ các ion kim loại nặng, thuốc trừ sâu, phenol,
protein, chất hữu cơ độc hại, hấp phụ màu của nước thải phẩm nhuộm, dệt
VÕ THỊ KIM CHI – B1303899


9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

may hoặc bằng cách tạo keo tụ hay tạo phức không tan với chúng, bắt giữ
thu hồi các kim loại quý, chất thải phóng xạ (uranium, cadimium).
→ Đó chính là các ứng dụng rộng rãi và có giá trị kinh tế nhất của
chitosan.
Bên cạnh đó, chitosan còn có khả năng điều hòa giúp bùn mau phân
hủy sinh học, hạn chế kinh phí để xử lí bùn bằng phương pháp li tâm tách
bùn và nước 8, 9.

2.3 PEO, đặc điểm cấu tạo và ứng dụng
2.3.1 Đặc điểm cấu tạo
Polyethylene oxide (PEO) là một polime tổng hợp, có tính độc thấp, có
công thức phân tử là (-CH2CH2O-)n. Ngoài ra, PEO còn được gọi là PEG
(Polyethylene glycol ) hoặc POE (polyoxyethylene).
PEO là một chất lỏng trong suốt, màu trắng, có mùi đặc trưng, dễ tan
trong nước do tạo được liên kết hidro liên phân tử với nước, tan trong
metanol, benzen, dichloromethane, không tan trong diethyl oxit, hexane. Khả
năng bay hơi của PEO rất thấp, có tính hút ẩm tương đối, ổn định ở nhiệt độ
phòng, nhiệt độ sôi thấp 82.5oC.

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

10



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

Hình 2.7 a) PEO dạng rằn

Hình 2.7 b) PEO dạng lỏng

2.3.2 Ứng dụng
Trong công nghiệp, PEO là một loại dung môi được sử dụng khá rộng
rãi và phổ biến. Là ứng dụng quan trọng trong sản xuất một số chất tẩy rữa,
được sử dụng cả trong gia đình và trong công nghiệp, giúp hòa tan hoàn toàn
các thành phần khó tan trong chất tẩy rữa. Bên cạnh đó, nó còn được dùng
làm chất ổn định bề mặt, chất kết dính các chất rắn dùng trong một số thiết bị
điện tử như máy tính bảng hoặc trong men và gốm sứ. Mặt khác, nó được
dùng như một dung môi trong pha sơn, pha mực, bôi trơn đầu in. Ngoài ra,
trong một số nghành công nghiệp, PEO dùng làm viên bao nén trong dược
phẩm, làm phim ảnh trong sản xuất phim.
❖ Trong y tế, PEO được sử dụng như một chất có tác dụng như
một chất nhuận trường, được bổ sung cho bệnh nhân trước khi phẫu thuật
ruột hoăc nội soi, dùng làm tá dược, là một thành phần trong thuốc nhỏ mắt,
kem dưỡng da, kem đánh răng, kem làm ẩm.
❖ Trong sinh học, PEO được sử dụng như một chất tủa phân lập
DNA plasmit và kết tinh protein, với tính mềm dẻo linh hoạt được sử dụng
như các loại sợi đàn hồi, đệm xốp.

2.4 Sắt (III) oxit, cấu trúc và một số ứng dụng
2.4.1 Cấu trúc
Sắt (III) oxit là một loại oxit của sắt, là một dạng oxit sắt phổ biến nhất

trong tự nhiên. Fe2O3 là một chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước,
nóng chảy ở 15650 oC và thăng hoa ở 20000 oC. Không chỉ tan trong axit sắt
(III) oxit còn tan trong cả môi trường bazơ, nó là một oxit lưỡng tính.
Công thức phân tử: Fe2O3

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

Hình 2.8 Sắt (III) oxit
Nó có 4 dạng alpha (α), beta (β), gamma (γ) và epsilon (δ).
• α- Fe2O3 là tinh thể lục phương, tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng
khoáng vật hematite.
• β- Fe2O3 siêu bền với nhiệt và được chuyển đổi thành hematite ở nhiệt
độ khoảng 500 °C.
• γ- Fe2O3 không bền với nhiệt và được chuyển thành haematite ở nhiệt
độ cao hơn. Nó tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật maghemite.
• ε- Fe2O3 có hình dạng trực thoi với tám tế bào đơn vị. ε- Fe2O3 thì
được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel hoặc đun nóng dung dịch kali
ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đó nung kết tủa ở
400 °C 15, 16.
2.4.2 Ứng dụng
❖ Trong công nghiệp sơn: Fe2O3 được ứng dụng rộng rãi để tạo
màu sử dụng trong ngành sản xuất sơn, phụ gia và trong sản xuất kính màu.
Bên cạnh đó, Fe2O3 còn được sử dụng làm chất xúc tác cho một số phản ứng

hóa học hay quá trình ôxi hoá các hydrocacbon polyaromatic, xúc tác tốt
trong quá trình đốt nhiên liệu, than hoá lỏng và pha hơi trong quá trình oxi
hoá của axit benzoic. Mặt khác, Fe2O3 cũng là nguyên liệu đầu vào để sản
xuất ferrite.
❖ Trong công nghiệp chế tạo: với đặc tính khá cứng nên sắt (III)
oxit được ứng dụng để làm tác nhân mài mòn và đánh bóng. Hematite khi
được nung nóng nhẹ được dùng làm để đánh bóng vàng và bạc, trong khi đó
hematite nung ở nhiệt độ cao hơn thì lại được dùng để đánh bóng những vật
bằng đồng và thép. Nó được sử dụng như một lớp phủ có mật độ cao cho
đường ống dẫn dầu bằng bê tông dưới đáy biển để mang dầu và khí đốt từ
VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

12


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

khơi vào bờ. Lớp phủ này nhằm ổn định các đường ống dẫn dầu dưới đáy
biển và bảo vệ đường ống chống lại những tác hại vật lý ở những vùng nước
nông.
❖ Trong công nghệ và truyền thông: Fe2O3 được sử dụng trong
công nghệ sản xuất gốm sứ, nam châm vĩnh cửu, trong kỹ thuật lưu trữ
phương tiện truyền thông. Do tính điện từ và khả năng quang học nên các
hạt nano oxit sắt có tầm quan trọng trong việc sản xuất một số thiết bị điện
và thiết bị quang học 15, 16.

2.5 Sơ lược về hấp phụ
2.5.1 Khái niệm về hấp phụ

Hấp phụ: là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn khí, rắn - lỏng, khí - lỏng, lỏng - lỏng).
Trong đó:
•
Chất hấp phụ: là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút
các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó.
•
Chất bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung
trên bề mặt chất hấp phụ.
•
Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ.
2.5.2 Một số phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Tùy theo bản chất lực tương tác
giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân biệt
thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học 2.
❖
Hấp phụ vật lý: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi
lực Vander Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao
gồm cả ba loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), liên kết này yếu dễ bị
phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao và không có tính
chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch tức là có
cân bằng động giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ. Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp
phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất
hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp
phụ và bị hấp phụ 2.
❖
Hấp phụ hóa học: Hấp phụ hóa học được gây ra bởi các liên
kết hóa học (liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí…). Trong hấp
phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi
rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học.Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ

VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Phó GS. Ts ĐOÀN VĂN HỒNG THIỆN

Hiệu suất (%)

hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol. Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp
phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không
rõ rệt. Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và
hấp phụ hóa học.
Cân bằng hấp phụ: Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các
phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể
di chuyển ngược pha mang. Theo thời gian lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên
bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang
càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) bằng
tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân
bằng.

O
Thời gian (phút)
Hình 2.9 Giản đồ về trạng thái cân bằng hấp phụ của một chất.
Dung lượng hấp phụ cân bằng: Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối
lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái
cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước. Dung lượng hấp
phụ được tính theo công thức:

(1)
q

(C0  Ccb ).V
m

Trong đó :
• q: dung lượng hấp phụ (mg/g)
• V: thể tích dung dịch (lít)
• m: khối lượng chất hấp phụ (g )
VÕ THỊ KIM CHI – B1303899

14