Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải.doc

Viết thuê đề tài giá rẻ trọn gói - KB Zalo/Tele : 0973.287.149
Luanvanmaster.com – Cần Kham Thảo - Kết bạn Zalo/Tele : 0973.287.149
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
HOÀNG TRUNG KIÊN
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24
BẰNG QUÁ TRÌNH ÔZÔN VỚI XÚC TÁC XỈ SẮT THẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Mã số: 8850101
Người hướng dẫn khoa học: TS. Văn Hữu Tập
(Chữ kí của GVHD)
THÁI NGUYÊN –

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
HOÀNG TRUNG KIÊN
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24
BẰNG QUÁ TRÌNH ÔZÔN VỚI XÚC TÁC XỈ SẮT THẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
THÁI NGUYÊN –

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Hoàng Trung Kiên, xin cam đoan luận văn này công trình nghiên cứu
“Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác
xỉ sắt thải ’’ là do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Văn Hữu
Tập, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác. Số liệu và kết quả của
luận văn chưa từng được công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác.
Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được
trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách.
Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.
Tác giả
Hoàng Trung Kiên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.
Văn Hữu Tập (Khoa Tài nguyên & Môi trường – Trường Đại học Khoa học – Đại
học Thái Nguyên) đã định hướng cho tôi hướng nghiên cứu và là người hướng dẫn
khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô trong khoa Tài nguyên & Môi trường đã tạo
điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại trường.
Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn
động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận luận văn này.

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
MỤC LỤC.................................................................................................................. v
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG...............................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. ix
MỞ ĐẦU.................................................................................................................... 1
1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu....................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu......................................................................................... 3
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu............................................................ 3
5. Những đóng góp mới của đề tài......................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................... 4
1.1. Ngành dệt nhuộm và các phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm ....... 4
1.1.1. Chất nhuộm và đặc điểm của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm ........... 4
1.1.2. Xỉ sắt...................................................................................................... 10
1.2. Các phương pháp xử lý chất nhuộm màu hiện nay ...................................... 11
1.2.1. Phương pháp hóa lí ............................................................................... 11
1.2.2. Phương pháp sinh học........................................................................... 12
1.2.3. Phương pháp hóa học............................................................................ 13
1.3. Tình hình nghiên cứu hiện nay ..................................................................... 17
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới........................................................................ 17
1.3.2. Nghiên cứu trong nước.......................................................................... 18
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ......................................................................................................................... 21
2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 21
2.1.1. Chất nhuộm Reactive Red 24................................................................ 21
2.1.2. Xỉ sắt thải............................................................................................... 22
2.2. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 22
2.3. Nội dung nghiên cứu..................................................................................... 22
2.3.1. Các nội dung tiến hành thí nghiệm........................................................ 25
2.3.2. Hóa chất sử dụng ................................................................................... 29

2.3.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm .............................................................. 29
2.3.4. Các phương pháp phân tích ................................................................... 30
2.4. Phương pháp tiếp cận.................................................................................... 33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 35
3.1. Cấu trúc thành phần của xỉ sắt (IS)............................................................... 35
3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý màu của RR24 ................................ 36
3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ sắt đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng
ôzôn, Fenton với xúc tác xỉ sắt. ........................................................................... 43
3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Reactive Red 24 đến hiệu quả xử lý màu và COD của
ôzôn và Fenton với xúc tác xỉ sắt......................................................................... 47
KẾT LUẬN.............................................................................................................. 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 55
PHỤ LỤC................................................................................................................. 60

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AOP
BOD
COD
EDS
EDTA
IS
MB
PAHs
RR24
RB
SEM
UV
XRD
: Quá trình oxy hóa tiên tiến - Advanced Oxydation Processes
: Nhu cầu oxy hóa hóa sinh - Biochemical Oxygen Demand
: Nhu cầu oxy hóa hóa học - Chemical Oxygen Demand.
: Quang phổ tán sắc năng lượng - Energy dispersive spectrometry
: Ethylene diamine tetra axetic
: Xỉ sắt - Iron Slag
: Xanh metyl - Metylene blue
: Hydrocacbon đa vòng thơm - Polycyclic aromatic hydrocarbons
: Reactive Red 24
: Reactive blue
: Kính hiển vi điện tử - Scanning Electron Microscope
: Phổ cực tím - Ultraviolet
: Nhiễu xạ tia X - X-ray diffraction

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng. ............ 7
Bảng 1.2. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa ..................................... 13
Bảng 1.3. Một số phản ứng tạo ra gốc hydroxyl của ôzôn....................................... 14
Bảng 1.4. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng............... 16
Bảng 1.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng.......................... 16
Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong phân tích..................................... 29
Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu... 29
Bảng 3.1. Hằng số tốc độ phản ứng thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý
RR24......................................................................................................................... 43
Bảng 3.2. Hằng số tốc độ phản ứng của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ IS đến hiệu
suất xử lý RR24........................................................................................................ 47
Bảng 3.3. Hằng số tốc độ phản ứng của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ IS đến hiệu
suất xử lý RR24........................................................................................................ 53

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của chất nhuộm hoạt tính............................................................. 8
Hình 1.2. Cấu trúc chất nhuộm thuộc nhóm ethylsulfonyl ........................................ 9
Hình 2.1. Cấu tạo chất nhuộm Reactive Red 24 ...................................................... 22
Hình 2.2. Máy tạo khí ôzôn Next 20P...................................................................... 23
Hình 2.3. Mô hình thí nghiệm ôzôn (a) và Fenton (b)............................................. 24
Hình 2.4. Máy khuấy từ ........................................................................................... 25
Hình 3.1. Ảnh SEM của IS sử dụng làm chất xúc tác cho thí nghiệm..................... 35
Hình 3.2. EDS của xỉ sắt .......................................................................................... 35
Hình 3.3. Ảnh chụp XRD của xỉ sắt......................................................................... 36
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu, COD của Fenton đối với chất
nhuộm RR24 ............................................................................................................ 37
Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu, COD của thí nghiệm O3 và
O3/IS đối với chất nhuộm RR24............................................................................... 38
Hình 3.6. Ảnh hưởng của giá trị pH tới hiệu suất xử lý màu, COD của thí nghiệm
O3/H2O2, O3/H2O2/IS chất nhuộm RR24.................................................................. 39
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng IS tới hiệu suất khử màu và COD của Fenton
44
Hình 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng IS tới hiệu suất khử màu và COD của ôzôn,
Fenton với xúc tác dị thể.......................................................................................... 45
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 để hiệu suất xử lý màu và COD của ôzôn
48
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 tới hiệu suất xử lý màu và COD của Fenton.
49
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu và COD của thí
nghiệm O3/H2O2 ....................................................................................................... 50
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu, COD của thí
nghiệm O3/IS............................................................................................................ 51
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu và COD thí nghiệm
O3/H2O2/IS................................................................................................................ 52

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu
Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt
Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp gây ra.
Điển hình như các chế biến cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ
thực vật, y dược, luyện kim, mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển
mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam. Theo Tổng cục Hải
quan, năm 2017 kim ngạch xuất khẩu hàng dệt, may của Việt Nam đạt 31,7 tỷ USD,
tăng 12,73% so với năm 2016. Trong đó, kim ngạch xuất khẩu hàng may mặc đạt
26,3 tỷ USD, tăng 9,3%; kim ngạch xuất khẩu vải các loại đạt 0,46 tỷ USD, tăng
10%; kim ngạch xuất khẩu xơ sợi các loại đạt 3,51 tỷ USD, tăng 20,21% và xuất
khẩu nguyên phụ liệu đạt 1,7 tỷ USD, tăng 14,3%[9]. Ngành dệt nhuộm thu hút
nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát
triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta nhưng cũng gây
ra nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm khó xử lý. Vì vậy,
các chất nhuộm màu gây ô nhiễm môi trường nước là một thực tế cần có giải pháp
xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết. Các hệ thống xử lý nước thải nhuộm hiện nay chủ
yếu vẫn là công nghệ sinh học. Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống xử lý nước thải của
các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta hoạt động chưa thực sự hiệu quả mà
đang có xu hướng thải ra sông, suối, ao, hồ… Loại nước thải này có độ màu lớn,
hàm lượng COD cao gây hại đối với loài thủy sinh[3].
Có nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng đã triển khai nhằm xử lý các ô nhiễm
chất nhuộm reactive read 261, orange 39, xanh metylen, Reactive blue 182... bằng các
phương pháp hóa lý và sinh học. Tuy nhiên các phương pháp này tiêu tốn nhiều thời
gian mà vẫn chưa xử lý được triệt đồng thơi phát sinh một lượng lớn bùn thải cần phải
xử lý, đòi hỏi vốn đầu tư cao, hiệu quả kinh tế thấp[4]. Các phương pháp xử lý sinh học
thông thường là không hiệu quả trong việc xử lý màu của các chất nhuộm màu có trong
nước thải dêt nhuộm[15]. Vì vậy cần nghiên cứu các phương pháp tiên tiến hiệu quả
hơn: màng sinh học, oxy hóa...trong đó phương pháp oxy hóa với khả năng oxy hóa
không chọn lọc các hợp chất hữu cơ là phù hợp hon cả. Phương pháp

oxy hóa nâng cao sử dụng chủ yếu là O3, H2O2...có khả năng oxy hóa mạnh phá vỡ
cấu trúc phân tử hóa học của các chất mang màu tạo ra các chất mới không màu, ít
độc, có khối lượng phân tử nhỏ và cuối cùng là oxy hóa hoàn toàn hoặc tạo thuận
lợi cho quá trình xử lý tiếp theo bằng quá trình sinh học. Trong số các phương pháp
này, các quá trình oxy hóa tiên tiến (AOP) dựa trên sự phân hủy các chất hữu cơ có
hiệu quả cao và phương pháp này giúp phá hủy nhóm sắc tố phân tử của chất
nhuộm và khử màu của chúng và đồng thời làm giảm hàm lượng COD từ nước thải
dệt. Các tác nhân của quá trình này bao gồm UV, UV/H2O2, Fenton và ôzôn. Trong
số các tác nhân này, ôzôn và Fenton là những chất oxy hóa hiệu quả cao trong việc
khử màu và khử COD từ nước thải dệt nhuộm[16]. Tuy nhiên, nếu chỉ có ôzôn và
Fenton thì tốc độ phản ứng của quá trình diễn ra chậm với một số chất hữu cơ khó
phân hủy sinh học. Trong những nghiên cứu gần đây, chất xúc tác đã được sử dụng
để tăng cường quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy từ nước thải dựa trên
quá trình ôzôn hóa xúc tác và quá trình Fenton. Nhiều chất xúc tác kim loại cũng đã
được sử dụng và phân loại là: Chất xúc tác đồng thể, các chất xúc tác dị thể đã được
sử dụng cho quá trình oxy hóa để loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước thải. Một
số vật liệu cũng đã được sử dụng trong phản ứng Fenton dị thể trong xử lý các hợp
chất hữu cơ trong nước thải, như Fe2O3/Al2O3 và Fe2O3, hạt nano từ tính[17].
Xỉ sắt được tạo ra từ các quá trình luyện kim màu và kim loại màu chứa các
kim loại và gốc oxy, trong đó chủ yếu là thành phần của Fe cũng có thể trở thành
một loại chất xúc tác thể dị thể và chi phí thấp cho quá trình ôzôn hóa và Fenton để
xử lý chất nhuộm màu, các hợp chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm. Cho đến
nay, Ở Việt Nam, chưa có công trình nào sử dụng xỉ sắt như một chất xúc tác dị thể
cho quá trình ôzôn và Fenton để xử lý chất nhuộm màu hoạt tính. Do đó, xỉ sắt đã
được sử dụng làm chất xúc tác dị thể cho ôzôn và Fenton trong nghiên cứu này.
Chính vì vậy, tôi chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu
Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tìm các điều kiện thích hợp để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 trong
dung dịch ô nhiễm bằng ôzôn và sự kết hợp giữa ôzôn, Fenton với xúc tác xỉ sắt.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiểu khả năng xử lý màu của chất nhuộm màu dệt nhuộm Reactive Red
24 bằng phương pháp oxy hóa nâng cao trên cơ sở ôzôn.
Xác định được các giá trị tối ưu của các thông số: Thời gian xử lý, ảnh hưởng
tỉ lệ H2O2/O3 và giá trị pH ảnh hưởng đến quá trình ôzôn đến hiệu quả xử lý chất
nhuộm màu Reactive Red 24
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu
Hướng nghiên cứu về sử dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao để xử lý
các chất nhuộm màu trong nước thải dệt nhuộm là vấn đề đang được thế giới quan
tâm. Nghiên cứu này góp phần cung cấp một phương pháp xử lý chất nhuộm màu
Reactive Red 24 mới bằng cách sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh là ôzôn kết hợp với
Fenton và xỉ sắt thải trong quá trình luyện kim được sử dụng như một chất xúc tác.
5. Những đóng góp mới của đề tài
- Kết quả nghiên cứu của đề tài là nội dung báo cáo chính trong báo cáo luận
văn cao học của tác giả
- Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo có hàm lượng khoa học và có độ tin cậy
cao, từ đó làm nền tảng cho việc nghiên cứu phát triển cao hơn theo hướng này để
xây dựng các công nghệ xử lý hiện đại đạt hiệu quả và thân thiện với môi trường.
- Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo cho học tập, nghiên cứu và giảng dạy.
- Tính mới của kết quả đề tài: Đề tài này sử dụng xỉ sắt thải như tác nhân xúc
tác mới, chi phí thấp cho ôzôn và Fenton để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red
24. Đồng thời, đánh giá được mức độ hiệu quả xử lý chất nhuộm màu Reactive Red
24 từ việc sử dụng ôzôn xúc tác xỉ sắt và Fenton, tại các điều kiện thí nghiệm và
môi trường khác nhau.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Ngành dệt nhuộm và các phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm
Trong những năm gần đây, ngành dệt nhuộm – may mặc được sự quan tâm
của nhà nước và đầu tư của nước ngoài, một số nhà máy lớn đã đầu tư trang bị kỹ
thuật, công nghiệp hiện đại. Nhiều loại máy móc, thiết bị hiện đại đã được đầu tư
chiều sâu, như các máy văng sấy Monforts, máy nhuộm liên tục Monforts; các máy
in lưới quay Stork, máy in lưới phẳng Buser; các máy nhuộm “khí động lực”
(AirThies). Tuy vậy ngành công nghiệp dệt nhuộm vẫn đang là nguồn gây ô nhiễm
môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như chất. Đối với các làng nghề hầu hết
công nghệ cũ kĩ, thủ công, vì vậy, các thành phần thải của quá trình sản xuất dệt
nhuộm đang gây ô nhiễm môi trường. Trong thành phần của nước thải quá trình dệt
nhuộm có các hợp chất hữu cơ được tạo ra từ các chất thải công nghiệp khác nhau,
như dược phẩm, hormone và hóa chất được sử dụng trong các công đoạn nhuộm
màu, tẩy trắng: Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, thuốc tẩy trắng, phenol,
hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs), các hợp chất hữu cơ và hetercyclic [18]. Việc
xử lý chất thải chứa chất ô nhiễm hữu cơ, mang màu sắc từ các ngành dệt gây ra là
một trong những vấn đề cấp thiết và là vấn đề đáng quan tâm hiện nay. Màu sắc khó
phân hủy của chất nhuộm gây ra các vấn đề nghiêm trọng đối với tài nguyên nước,
bao gồm sự phá hủy tính chất thẩm mỹ của nước và giảm sự thâm nhập ánh sáng
qua bề mặt nước và hoạt động quang hợp của các sinh vật dưới nước [16].
1.1.1. Chất nhuộm và đặc điểm của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm
Chất nhuộm màu có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Đặc điểm nổi
bật của các loại chất nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những
điều kiện tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với chất nhuộm lại
vừa là vấn đề với xử lý của chất nhuộm màu trong quá trình dệt nhuộm. Màu sắc của
chất nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: Cấu trúc chất nhuộm bao gồm
nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi
liên hợp với hệ điện tử π linh động như >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-...
Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như –SO3H, -COOH, -OH,
NH2..., đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển

năng lượng của hệ điện tử. Phân loại theo cấu trúc hóa học: Đây là cách phân tử loại
dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó chất nhuộm được phân thành 20-30
họ chất nhuộm khác nhau. Các họ chính là:
Chất nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), đây là họ chất
nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các
chất nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index.
Chất nhuộm antraquinon: Trong phân tử chất nhuộm chứa một hay nhiều
nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó. Họ chất nhuộm này chiếm đến 15% số
lượng chất nhuộm tổng hợp.
Chất 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:
Họ chất nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng chất nhuộm. Chất
nhuộm taloxyanin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp
khép kín. Họ chất nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng
2% tổng số lượng chất nhuộm.
Phân loại theo đặc tính áp dụng: Đây là cách phân loại các loại chất nhuộm
thương mại đã được thống nhất trên toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điển về chất
nhuộm (Color Index (CI)), trong đó mỗi chất nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa
học, đặc điểm về màu sắc và phạm vi sử dụng. Theo đặc tính áp dụng, người ta
quan tâm nhiều nhất đến chất nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo, đó là các chất
nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp. Sau đó là các chất nhuộm cho
xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm như: chất nhuộm phân tán, chất nhuộm bazơ (cation),
chất nhuộm axit. Chất nhuộm hoàn nguyên khoảng 80% chất nhuộm hoàn nguyên
thuộc nhóm antraquinon, bao gồm:
Chất nhuộm hoàn nguyên không tan: Là hợp chất màu hữu cơ không tan trong
nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát R=C=O. Trong quá trình
nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong nước nhưng tan trong
kiềm tạo thành layco bazơ. Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch
kiềm thì nó lại trở về dạng layco axit và bị oxy không khí oxy hóa về dạng ban đầu.

Chất nhuộm hoàn nguyên tan: Là muối este sunfonat của hợp chất layco axit
của chất nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy phân trong
môi trường axit và bị oxy hóa về dạng không tan ban đầu.
Chất nhuộm lưu hóa: Chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm
mang màu chất nhuộm có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình khử.
Giống như chất nhuộm hoàn nguyên, chất nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật
liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: Hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxy hóa trở lại.chất
nhuộm phân tán: Đây là loại chất nhuộm hòa tan rất ít trong nước. Xét về mặt hóa
học có đến 59% chất nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc
antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác[11].
Chất nhuộm bazơ – cation: Các chất nhuộm bazơ là các muối clorua, oxalat
hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Các
chất nhuộm bazơ biến tính - phân tử được đặc trưng bởi một điện tích dương không
định vị - gọi là chất nhuộm cation dùng để nhuộm xơ acrylic. Trong các màu chất
nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bố: Azo (43%), metin (17%), triazylmetan
(11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) và 17% các loại khác[11].Chất nhuộm axit:
Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh, xét về cấu tạo hóa học có 79% chất nhuộm
axit azo, 10% là antraquinon, 5% triarylmetan và 6% các loại khác.
Chất nhuộm trực tiếp: Chất nhuộm trực tiếp hay còn gọi là chất nhuộm tự bắt
màu là những hợp chất hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật
liệu như: Xơ xenlulô, giấy, tơ tằm, da và xơ polyamit một cách trực tiếp nhờ các lực
hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Hầu hết chất nhuộm trực tiếp thuộc
về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của đioxazin và ftaloxyanin.

Bảng 1.1. Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng. Tên
nhóm
1 2 3 4
Benzo ánh Sirius bền Benzo cuprol Benzamin
Chlorazol Durazol,fixazol Durazol cupro Chlorazol
Columbia Solamin Cupracon Naftogen
Direct Helion Diazo
Lurantin
Sirius supra Benzo cuper Benzo para
Remastral Dianin
Solamin –fau Zambenzi
pontamine Pomtamin fast Pontamin cup
Khả năng tự bắt màu của chất nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố dưới
đây: Phân tử chất nhuộm luôn ở trạng thái chưa bão hoà hoá trị và có khả năng thực
hiện các liên kết Van der Waals và liên kết hydro với vật liệu. Phân tử chất nhuộm
có cấu tạo mạch thẳng. Phân tử chất nhuộm phải có cấu tạo phẳng.
Theo cấu tạo hoá học chất nhuộm trực tiếp được chia thành các nhóm sau
đây: Nhóm nhuộm trực tiếp azo, chất nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của đioxazin và
chất nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của ftaloxyanin.
Tính chất của chất nhuộm trực tiếp:
Nhiệt độ nhuộm và độ hấp phụ tối ưu: Chỉ tiêu này được xác định theo mức độ hấp
phụ tối đa của vải bông trong các dung dịch chất nhuộm có nồng độ khác nhau để
nhận được màu có nồng độ trung bình. Nhiệt độ nhuộm tối ưu của chất nhuộm trực
tiếp trong khoảng từ 750
C đến 950
C tuỳ thuộc vào mỗi màu và mỗi loại vật liệu. Độ
hấp phụ tối ưu được xác định khi nhuộm sợi bông đã làm bóng ở nhiệt độ tối ưu với
dung tỉ bằng 40 khi có mặt 15% muối ăn[10].
Độ bền màu và sự biến sắc: chất nhuộm trực tiếp có ưu điểm là có đủ gam màu từ vàng
đến đen, màu tương đối tươi, song nhiều chất nhuộm trực tiếp kém bền màu với giặt và
ánh sáng. Để nâng cao độ bền màu cho vật liệu nhuộm bằng chất nhuộm trực

tiếp người ta dùng các chế phẩm cầm màu sử dụng phổ biến trong ngành dệt gồm
có: Muối copratin II, muối copratin TS, Sapamin, Sapamin A, Sapamin CH,
Sapamin BCH, Sapamin MS, Sapamin KW.
Phạm vi sử dụng: Do có khả năng tự bắt màu, công nghệ nhuộm đơn giản và
rẻ nên chất nhuộm trực tiếp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Để
nhuộm trong ngành dệt (vải, sợi, bông, hàng dệt kim từ bông, lụa visco, lụa tơ tằm,
sợi polyamit, sợi đay), để nhuộm giấy, nhuộm các sản phẩm từ tre nứa, mành trúc,
để nhuộm da và chế mực viết.
Chất nhuộm màu hoạt tính
Chất nhuộm hoạt tính là chất nhuộm mà có khả năng phản ứng hóa học với
một xơ sợi để tạo thành liên kết cộng hóa trị (covalent bond) giữa chất nhuộm và xơ
sợi. Liên kết hóa trị này được hình thành giữa các phân tử chất nhuộm và nhóm -OH
(hydroxyl) của sợi cellulose hay giữa các phân tử chất nhuộm và các nhóm –NH2
(amin) của sợi polyamide hoặc len.
Hình 1.1. Cấu trúc của chất nhuộm hoạt tính
Chất nhuộm hoạt tính được tổng hợp thành công lần đầu tiên từ những năm
1950, đạt được bởi Rattee và Ste phens thuộc công ty Imperial Chemical Industries .
Tổng hợp thành công trên cơ sở liên kết được các nhóm chlorotriazines như là chất
nền và các nhóm mang màu.
Trichlorotriazines là chất nhuộm hoạt tính tiêu biểu bao gồm một nhóm
mang màu, với một nhóm chức amin được gắn vào vòng triazin, thay thế cho một
nguyên tử clorua:
(NCCl) 3 + nhuộm-NH2 → N3C3Cl2 (NHdye) + HCl
Các dichlorotriazine có thể phản ứng liên kết với các sợi cellulose bằng cách thay
thế một trong hai nhóm clorua:

N3C3Cl2 (NHdye) + HO-cellulose → N3C3Cl (NHdye) (O-cellulose) + HCl Quá
trình gắn màu được thực hiện trong bể nhuộm có môi trường kiềm . Chất nhuộm
hoạt tính sau đó ra được tổng hợp với nhiều đặc điểm ưu thế hơn
về mặt thương mại và kỹ thuật là thêm vào phân tử các nhóm vinylsulfonyl. Cũng
giống như nhóm chlorotriazines, nhóm chức này liên kết thuận lợi hơn với nhóm
hydroxyl của cellulose. Các phiên bản phổ biến nhất của công nghệ này là Remazol.
Các chất nhuộm đầu tiên thuộc nhóm ethylsulfonyl.
Hình 1.2. Cấu trúc chất nhuộm thuộc nhóm ethylsulfonyl
Một số loại chất nhuộm hoạt tính:
- Chất nhuộm nhóm clotriazin: Nhóm này thường là gốc màu azo, antraquinon
và gốc phtaloxyamin. Cầu nối giữa gốc S-R và T-X thường là nhóm –NH–, chỉ khi
dùng phtaloxyanin làm gốc mang màu thì mới dùng cầu nối là nhóm –SO2- hoặc
nhóm –NH-(CH2)2-NH- và một vài nhóm khác.
- Chất nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của primiđin: Những chất nhuộm thuộc
nhóm này thường là dẫn xuất của đi- và triclopirimiđin.
- Chất nhuộm hoạt tính vinysunfon: chất nhuộm hoạt tính vinysunfon thực hiện
Phản ứng kết hợp với xơ sợi. Nhóm phản ứng của chất nhuộm là este của axit sunfuric
và hyđroxyletylsunfon có dạng tổng quát như sau: S-R-SO2-CH2-CH2-O-SO3Na.
Dạng này chưa hoạt động, sau khi hấp phụ vào xơ, trong môi trường kiềm yếu, chất
nhuộm sẽ chuyển về dạng vinylsunfon, làm cho độ phân cực của nguyên tử cacbon
tăng lên nó trở nên hoạt động. Dạng hoạt động mới tạo thành sẽ tham gia vào phản
ứng kết hợp với các nhóm định chức của xơ ở dạng đã ion hoá để tạo thành liên kết
ete giữa chất nhuộm và xơ.

- Chất nhuộm hoạt tính có nhóm phản ứng là 2,3 – đicloquinoxalin: Nhóm
chất nhuộm này có khả năng phản ứng tương tự như chất nhuộm điclotriazin, ái lực
của chất nhuộm với xơ tương tự như chất nhuộm triazin.
- Chất nhuộm hoạt tính chức vòng etylenimin: Loại chất nhuộm này có cấu
tạo hoá học gần giống chất nhuộm remazol. Trong quá trình nhuộm trong phân tử
chất nhuộm xuất hiện vòng etylenimin kém bền, dễ tham gia phản ứng với nhóm
chức của xơ.
- Chất nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của 2-clobenthiazol: Nhóm phản ứng của
chất nhuộm loại này là 2-clobenthiazol có công thức chung như sau:
N
Cl
S
Trong mạch dị vòng này, ngoài nguyên tử cacbon và nitơ còn có nguyên tử
lưu huỳnh.
1.1.2. Xỉ sắt.
Xỉ sắt là chất thải được sinh ra trong quá trình luyện thép từ các tạp chất khi
đưa vào lò luyện như: Các chất lẫn trong nguyên, nhiên vật liệu (đất, cát...) của
quặng sắt; nguyên liệu kim loại bị oxi hóa tạo thành các oxít; tường lò bị ăn mòn
trong điều kiện nhiệt độ cao và tro của nhiên liệu đốt lò. Thành phần hóa học của xỉ
thép bao gồm nhiều loại oxít khác nhau như: CaO, MgO, MnO, FeO, Nio, SiO2,
P2O5. Ngoài ra còn có các hợp chất khác như: CaS, FeS, CaS2... Như vậy, thành
phần của xỉ thép phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào, các chất được sử dụng trong
quá trình luyện thép và công nghệ luyện thép.
Hiện nay ở nước ta, có hơn 30 nhà máy luyện thép đang hoạt động và nhiều nhà
máy khác đang trong giai đoạn xây dựng hoặc lập dự án. Sản lượng thép ở Việt Nam
năm 2017 khoảng 21,062 triệu tấn/năm [7]. Lượng xỉ thải ra từ các nhà máy thông
thường chiếm từ 11% - 12% khối lượng phôi đầu vào [30]. Như vậy, mỗi năm,

lượng xỉ thải ra từ các nhà máy luyện thép trên cả nước sẽ lên đến 1 - 1,5 triệu tấn.
Lượng xỉ này tương ứng với thể tích khoảng 300.000 - 500.000m3
. Tuy nhiên, ở
Việt Nam, xỉ thép đang được xem là chất thải công nghiệp thuần túy và nó phải
được xử lý như một dạng chất thải. Điều này sẽ gây ra các ảnh hưởng tiêu cực khác
nhau, bao gồm việc chiếm đất và tốn chi phí cho việc chôn cất xỉ thép, đồng thời tác
động xấu đến môi trường đất xung quanh khu vực xử lý xỉ thép [25].
1.2. Các phương pháp xử lý chất nhuộm màu hiện nay
1.2.1. Phương pháp hóa lí
Các phương pháp hóa lí được sử dụng phổ biến để xử lý màu của chất nhuộm
màu dệt nhuộm bao gồm: Màng lọc, trao đổi ion, hấp phụ với cacbon, chiếu xạ và đông
- keo tụ. Các phương pháp này đã được áp dụng thành công để thu hồi các phân tử có
khối lượng lớn và chất nhuộm không hòa tan (ví dụ: Chất nhuộm phân tán), hóa chất
phụ trợ (polyvinyl alcohol) và nước [19][20]. Tuy nhiên, không loại bỏ được các phân
tử có khối lượng thấp và chất nhuộm hòa tan, nhưng đạt được hiệu quả bằng cách lọc
nano và thẩm thấu ngược [21][22]. Liên quan đến trao đổi ion, Mock và Hamodua [23]
báo cáo rằng một hệ thống trao đổi ion sẽ làm giảm màu trong một mẫu nước thải khi
được pha loãng. Tuy nhiên, bởi vì các chất màu nhanh chóng làm mất khả năng hấp
phụ và khó khăn trong phục hồi vật liệu hấp phụ nên công nghệ này dường như không
hiệu quả [38] Robinson và cộng sự cũng ghi nhận rằng trao đổi ion không thể được sử
dụng để xử lý chất nhuộm chủ yếu là do chi phí bất lợi và thiếu hiệu quả đặc biệt với
chất nhuộm phân tán."Quá trình đông keo tụ là một phương pháp linh hoạt được sử
dụng hoặc một mình hoặc kết hợp với xử lý sinh học để loại bỏ chất rắn lơ lửng và hữu
cơ cũng như loại bỏ màu trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm [25]. Các hợp chất
được sử dụng rộng rãi cho quá trình đông keo tụ như nhôm, sulphate màu, sulphatevà
clorua sắt [26]. Hấp phụ là một trong các phương pháp hiệu quả và vật liệu hấp phụ
chính được sử dụng trong loại bỏ chất nhuộm là than hoạt tính. Than hoạt tính thường
được sử dụng để loại bỏ chất nhuộm tổng hợp. Nhược điểm chính của hấp phụ bằng
than hoạt tính là phương pháp tái sinh chi phí cao. Hơn nữa, màu của nước thải từ chất
nhuộm mới hiện nay là rất khó xử lý bằng các kỹ thuật vật lý như hấp phụ và hóa chất
đông tụ, đặc biệt là đối với các chất nhuộm hòa tan

cao [27]. Mặt khác, các phương pháp như đông - keo tụ và hấp phụ cacbon chỉ có
thể chuyển các chất gây ô nhiễm sang một trong những giai đoạn xử lý khác để lại
vấn đề màu sắc trong nước thải dệt nhuộm cơ bản chưa được giải quyết. Do đó,
nhiều ý kiến đã yêu cầu phát triển kỹ thuật xử lý nước phải dẫn đến hoàn tất việc
phá hủy các phân tử chất nhuộm [28].
1.2.2. Phương pháp sinh học
Cơ sở của phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các hợp
chất hữu cơ trong nước thải. Phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao trong xử lý nước
thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH, nhiệt độ, chủng vi sinh thích
hợp và không chứa các chất độc làm ức chế vi sinh. Xử lý sinh học hiếu khí không đạt
hiệu quả trong việc làm giảm màu sắc gây ra bởi các chất màu hữu cơ. Chất nhuộm nói
chung tồn tại khả năng chống phân hủy sinh học và tạo môi trường không thuận lợi cho
sự thích nghi của các vi sinh vật. Môi trường thích nghi cho vi sinh vật là một vấn đề
với nước thải dệt nhuộm do sự thay đổi sản phẩm liên tục và hoạt động nhuộm hàng
loạt. "Tùy thuộc vào quá trình nhuộm, hóa chất như: Kim loại, muối, chất hoạt động bề
mặt, chất trợ, sunfua và formaldehyde có thể được thêm vào để cải thiện sự hấp phụ
chất nhuộm vào các xơ sợi”[29]. Những hóa chất này có chứa độc tố tự nhiên và làm
giảm hiệu quả xử lý sinh học trong việc loại bỏ màu nước thải dệt nhuộm. Việc xử lý
và xử lý an toàn chất thải hữu cơ độc hại được chấp nhận với môi trường và với chi phí
hợp lý. Quá trình sinh học không cho kết quả mong muốn, đặc biệt là áp dụng cho việc
xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm, bởi vì nhiều chất hữu cơ được sản xuất bởi các
hóa chất có tính chất ức chế, độc hại, có khả năng chịu xử lý sinh học. Do đó xử lý sinh
học trong việc loại bỏ các chất nhuộm từ sản xuất dệt nhuộm đòi hỏi sự tham gia của
các phương pháp hóa lý khác [30]. "Các phương pháp vật lý và hóa học có hiệu quả
hơn để loại bỏ màu, nhưng sử dụng nhiều năng lượng và hóa chất hơn so với quá trình
sinh học” [31]. Vì vậy, xu hướng trong những năm gần đây là việc sử dụng các công
nghệ thay thế, đặc biệt là quá trình oxy hóa tiên tiến cho việc loại bỏ các màu chất
nhuộm không phân huỷ sinh học hữu cơ [32]

1.2.3. Phương pháp hóa học
Trong xử lý nước thải dệt nhuộm, các phương pháp xử lý hóa học được cho
là hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp khác trong việc phá vỡ, cấu trúc
thẳng và không bão hòa của các phân tử chất nhuộm [33]. Khả năng oxy hóa của
các tác nhân oxy hóa được thể hiện qua thế oxy hóa và được sắp xếp theo thứ tự
trong bảng dưới đây:
Bảng 1.2. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa
Tác nhân oxy hóa Thế oxy hóa (V)
Iod 0,54
Brom 1,09
Clo 1,36
Hypoiodic acid 1,45
Hypocloric axit 1,49
Chlorine dioxyde 1,57
Hydrobromic axit 1,59
Permanganat 1,68
Hydrogen peroxyt 1,78
ôzôn 2,07
Gốc hydroxyl 2,80
“Nguồn: Zhou, H. and Smith, D.H., 2001”
Clo (Cl2): Clo là chất oxy hoá hoá học tốt được sử dụng để khử Fe2+
trong
nước ngầm hoặc nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý. Vì clo là chất oxy hoá
tương đối mạnh, rẻ tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý
nước và nước thải cho đến ngày nay. Tuy được đánh giá cao về hiệu quả xử lý màu
nhưng khi sử dụng ở nồng độ cao để khử màu sẽ để lại dư lượng clo lớn trong nước
thải. Nó có thể khử màu nhanh chất nhuộm axit và chất nhuộm hoạt tính. Với chất
nhuộm phân tán và chất nhuộm trực tiếp thì ngay ở nồng độ clo cao cũng không thu
được hiệu quả đáng kể. Nhìn chung, clo không được ưa thích trong xử lý màu nước
thải vì sinh ra các hợp chất cơ clo gây ung thư và độc hại với môi trường.

Kali permanganat (KMnO4): Kali permanganat là chất oxy hoá được sử
dụng rộng rãi trong xử lý nước. Đó là chất oxy hoá mạnh hơn clo, có thể làm việc
trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền. Nhược điểm đáng kể của Kali pecmanganat
khi sử dụng trong xử lý nước là tạo ra mangan dioxyt trong quá trình oxy hoá, chất
này kết tủa và do vậy phải tách ra bằng cách lọc hoặc lắng, làm phát sinh thêm chi
phí.
Hydrogen peroxyt (H2O2): Hydrogen peroxyt là chất oxy hoá mạnh hơn clo
và Kalipermanganat, được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải để phân huỷ các
chất hữu cơ và khử màu nước thải. Ưu điểm của hydrogen peroxyt là không sinh ra
chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử dụng. Tuy vậy, khả năng oxy hoá của
hydrogen peroxyt không đủ mạnh để khoáng hoá hoàn toàn chất ô nhiễm hữu cơ
như yêu cầu đòi hỏi.
Ôzôn (O3): ôzôn là một dạng thù hình của oxy, trong phân tử ôzôn chứa ba
nguyên tử oxy thay vì hai nguyên tử oxy như khí oxy thông thường. Trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ôzôn là một chất khí có màu xanh nhạt. Ôzôn hóa
lỏng màu xanh thẫm ở -112°C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193°C. Ôzôn có
tính oxy hóa mạnh rất mạnh và mạnh hơn rất nhiều lần so với ôxy, do nó không bền,
dễ dàng bị phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử. Ôzôn đóng vai trò rất
quan trọng trong các phản ứng oxy hóa nâng cao. Trong các phản ứng oxy hóa nâng
cao, ôzôn có thể kết hợp với H2O2, ánh sáng tử ngoại (ánh sáng năng lượng cao)
hoặc cả hai để tạo nên các gốc hydroxyl (*HO) hoạt động.
Bảng 1.3. Một số phản ứng tạo ra gốc hydroxyl của ôzôn
H2O2và O3 H2O2+ 2O3 -------> 2*HO + 3O2 Còn gọi là Peroxon
O3 và năng lượng O3 + H2O------> 2*HO
Quá trình UV/O3
photon UV (om= 253,7 nm)
H2O2/O3 và năng H2O2+O3 + H2O ----------> 4*HO + O2
UV/H2O2+ O3
lượng photon UV (om= 253,7 nm)

Một trong những ứng dụng của ôzôn trong vai trò là phản ứng oxy hóa nâng
cao có thể kể đến là xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước thải.
Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trước hết là hợp chất hữu cơ và những chất
tồn tại dai dẳng và khó bị phân hủy bởi các chủng vi sinh vật hiện diện trong nước. Các
hợp chất hữu cơ này có thể là các axit humic, axit fulvit, mỡ, da động vật,… Ôzôn là
chất oxy hoá mạnh nhất trong số các chất oxy hoá thông dụng kể trên, được sử dụng để
khử trùng, phân huỷ các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải ngành giấy hoặc dệt
nhuộm [35], khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh hoạt. Ưu điểm của
ôzôn là tự phân huỷ, không để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm trong nước sau khi
phản ứng [36]. Ôzôn có thể oxy hóa chất nhuộm trong nước thải mà không sinh ra các
hợp chất hữu cơ thứ cấp độc hại. pH < 5, ôzôn tồn tại ở dạng O3 và oxy hóa chọn lọc
nối đôi trong chất nhuộm. pH > 8, ôzôn phân hủy tạo gốc tự do *OH phản ứng không
chọn lọc với các chất hữu cơ [27]. Ôzôn có hiệu quả nhất trong loại bỏ chất nhuộm hoạt
tính.Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là ở giá thành cao và thời gian tồn tại
của ôzôn ngắn, chi phí cho thiết bị tạo ôzôn cao.
Các quá trình oxy hóa nâng cao
Quá trình oxy hóa nâng cao được đặc trưng bởi sản xuất của các gốc *OH
được tạo ra ngay trong quá trình xư lý gốc hydroxyl (*HO) là một tác nhân oxy hóa
maṇh nhất trong số các tác nhân oxy hóa được biết tới từ trước đến nay, có khả năng
phản ứng nhanh mạnh, có thể phân hủy được hầu hết các hợp chất hữu cơ [37]. Thế
oxy hóa của gốc hydroxyl *HO là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa
thường găp.
Thế oxy hóa của tác nhân càng lớn thì khả năng oxy hóa của tác nhân đó càng
cao.
Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện. Mặt khác, các gốc này không
tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngay
trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưng
liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng.

Phân loại: Theo cơ quan bảo vê ̣môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính
của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà
có thể phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm:
- Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng
Bảng 1.4. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng.
Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình
H2O2và Fe2+
H2O2+Fe2+
Fe3+
+OH-
+*HO Fenton
H2O2và O3 H2O2+ 2O3 2*HO + 3O2 Peroxon
O3 và các chất xúc tác 3O3+H2O 2*HO+4O2 Catazon
H2O và NL điêṇ hóa H2O *HO + *H Oxy hóa điêṇ hóa
H2O và NL siêu âm H2O* HO+*H (20-40 kHz) Siêu âm
H2O và năng lượng cao H2O*HO +*H ( 1-10 Mev)
Bức xa ṇăng
lượng cao
Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình
không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng.
- Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng: Các quá trình oxy
hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ năng lượng bức xạ tia cực
tím UV, bao gồm các quá trình.
Bảng 1.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng.
Tác nhân phản
Phản ứng đặc trưng Tên quá trình
ứng
H2O2và năng lượng
H2O2 2*HO ( = 220 nm) UV/H2O2
photon UV
O3 và năng lượng
O3 + H2O 2*HO( = 253,7 nm) UV/O3
photon UV
H2O2/O3 và năng H2O2+O3 + H2O 4*HO + O2(
UV/H2O2 + O3
lượng photon UV = 253,7 nm)
H2O2/Fe3+
và năng Fe3+
+H2O *HO +Fe2+
+ H+
Quang Fenton
lượng photon UV Fe2+
+ H2O2 Fe3+
+ OH-
+*HO
TiO2 và năng lượng TiO2e-
+ h+
(> 387,5 nm)
photon UV h+
+ H2O *HO + H+

h+
+ OH-
*HO + H
1.3. Tình hình nghiên cứu hiện nay
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới
Công nghệ xử lý bằng ôzôn đã được biết đến từ lâu, trong các lĩnh vực y tế,
xử lý nước cấp, nước thải, xử lý bảo quản thực phẩm cũng như dùng để cải thiện
điều kiện trong sinh hoạt hàng ngày. Việc sử dụng khí ôzôn vào xử lý nước thải trên
thế giới đã được áp dụng rộng rãi [15], [27], [32] và đạt được nhiều kết quả cao:
Nhóm tác giả Maria Stoyanova và cộng sự, khoa hóa lý thuộc đại học Stoyanka
Christosko, Plovdiv 4000, Bulgaria đã nghiên cứu xử lý chất nhuộm methylen xanh
trong nước thải bằng phương pháp hấp phụ, methylen xanh là một đại diện của lớp chất
nhuộm kháng phân hủy sinh học - có thể được khử màu thành công và phân hủy bằng
cách sử dụng các chất xúc tác ôxít niken và coban ở nhiệt độ phòng [38]. Kết quả thí
nghiệm cho thấy khả năng khử màu tốt nhất là với xúc tác là oxyt co ban. Nhiệt độ có
tác động tương đối nhỏ đối với khả năng mất màu của xanh methylen. Các kết quả thu
được cho thấy các chất xúc tác được nghiên cứu thích hợp cho việc xử lý màu của chất
nhuộm xanh methytlene trong nước thải. Tiến hành thí nghiệm xử lý chất nhuộm xanh
methylen trong nước thải bằng phương pháp ôzôn với xúc tác là hỗn hợp kim loại Fe-
Mn, Al-Mn, Al-Mg đã được nhóm tác giả Xuân Liu, Yongjiang Hou, Jieguo, Yaquan
Wang, Qian Zuo và Chunyu Wang, thuộc khoa Khoa học và kỹ thuật Môi trường, Đại
học Khoa học và Công nghệ Hà Bắc, được công bố trên tạp chí Shi Jiazhuang 050018,
P. R. Trung Quốc Chemical Engineering, Đại học Thiên Tân. Kết quả nghiên cứu đã
cho thấy bằng cách sử dụng phương pháp đồng kết tủa, các hỗn hợp oxyt kim loại Fe-
Mn, Al-Mn, Al-Mg đã được chuẩn bị. Sử dụng nhiễu xạ tia X (XRD), các xúc tác tổng
hợp được quan sát là Mn3O4 và Fe2O3. Với sự gia tăng nhiệt độ nung, Mn3O4 dần được
chuyển thành Mn2O3. Kết quả thí nghiệm cho thấy, chất xúc tác tốt nhất là oxyt kim
loại hỗn hợp Fe-Mn với nhiệt độ nung là 650o
C Trong điều kiện thí nghiệm này, khi
lượng ôzôn là 1,92 mg/phút, và lượng chất xúc tác là 0,5g, tỷ lệ loại bỏ của xanh
methylen (MB) là tốt nhất [39]. Tốc độ khử màu có thể đạt tới 100%. So với hiệu quả
của ôzôn hóa một mình, tổng tỷ lệ loại bỏ

cacbon hữu cơ tăng từ 29,19% lên đến 65,78% sau khi thêm chất xúc tác. Nghiên
cứu xử lý chất nhuộm màu xanh methylen bằng tác nhân ôzôn phụ thuộc vào giá trị
pH [40][41]. Nghiên cứu đã được sử dụng như mô hình hợp chất. Nghiên cứu động
học và mô tả định lượng dựa vào phản ứng oxy hóa, tức là oxy hóa ôzôn phân tử và
oxy hóa gốc hydroxyl (*HO), đã được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của pH đến
khả năng làm mất màu của chất chỉ thị. Phản ứng *HO cho quá trình khử màu xanh
metylen tăng khi giá trị pH tăng và và hiệu suất của quá trình gần như hoàn toàn khi
pH đạt tới 11 [39][42], kết quả này được thể hiện rõ nhất bằng cách so sánh khả
năng hấp thụ màu tại các giá trị pH khác nhau. Than hoạt tính được chọn là vật liệu
để nghiên cứu ảnh hưởng pH dựa trên tỷ lệ ôzôn/carbon. Oxy hóa dung dịch xanh
Metylen và *HO cho thấy rằng hiệu suất của than hoạt tính trong quá trình ôzôn hóa
phụ thuộc nhiều vào giá trị của pH. Do đó, tại các môi trường than hoạt tính bắt đầu
hoạt động như một chất xúc tác của ôzôn góp phần thúc đẩy quá trình oxy hóa gốc
*HO, trong đó sự hình thành của gốc HO2-
được cho là gốc thúc đẩy chính của quá
trình[40].
Sau khi hòa tan vào dung dịch nước, một phần của ôzôn các phân tử được coi
là phân hủy thông qua một loạt các phản ứng dây chuyền, thành quá trình oxy hóa
cao gốc hydroxyl *HO=2.80V) [40][36], cho phép xảy ra quá trình oxy hóa nâng
cao được gọi là AOP. Việc loại bỏ carbon hữu cơ hòa tan trong dung dịch là một
vấn đề quan trọng đối với AOP nhưng khó có thể được, muốn loại bỏ được cacbon
hữu cơ cần phải sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh là ôzôn,trong các dung dịch có
nồng độ chất hữu cơ cao gốc hydroxyl tạo ra không đáng kể do khả năng hòa tan
của ôzôn. Sự kết hợp của ôzônvới than hoạt tính đã được nghiên cứu nhằm mục
đích tăng cường hiệu quả của quá trình oxy hóa dựa trên ôzôn, các cơ chế của quá
trình ôzôn hóa hoặc ôzôn hóa có sự hỗ trợ của than hoạt tính trong quá trình phản
ứng là chưa cao vì nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng, chẳng hạn như vật
liệu làm than hoạt tính và bản chất của hợp chất hữu cơ được oxy hóa [29].
1.3.2. Nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, việc dùng khí ôzôn trong xử lý môi trường đã và đang được áp
dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và khử trùng. Phương pháp này

đã được áp dụng khá thành công với một số loại nước thải như bệnh viện, dệt
nhuộm. Qua các nghiên cứu trước đây cho thấy khả năng ứng dụng phương pháp
này với các các loại nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy là rất khả quan:
Nhóm tác giả Đào Minh Trung và cộng sự (2015) thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới
& Bảo vệ môi trường, Tp.Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu và xử lý của chất
nhuộm màu dệt nhuộm bằng hỗn hợp phèn nhôm và phèn sắt. Trong nghiên cứu của
mình nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm với của chất nhuộm màu dệt nhuộm với các
thông số chính ban đầu: pH = 10; COD = 480 (mg/l); độ màu = 1200 (Pt – Co). Các
nghiên cứu được thực hiện với các loại dung dịch phèn riêng biệt ( phèn Fe(III), phèn
AL(III), PAC) và hỗn hợp dung dịch phèn Fe(III), phèn nhôm sunfat tính theo tỷ lệ mol
Fe:Al. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hỗn hợp phèn có tỷ lệ mol Fe:Al = 1:2 đạt hiệu
quả xử lý tốt nhất (hiệu suất hơn 90%, theo độ giảm COD và lượng dung dịch hỗn hợp
phèn sử dụng là 11ml dung dịch phèn/lít của chất nhuộm màu dệt nhuộm) [2]. Phân
hủy chất nhuộm Reactive blue 182 bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng tro bay biến
tính/H2O2 cũng được nghiên cứu của nhóm tác giả Đào Sỹ Đức (2013), Vũ Thế Ninh,
Viện khoa học vật liệu. Đây có thể xem là một trong những giải pháp dành cho xử lý
nước thải công nghiệp trong lĩnh vực dệt nhuộm kết quả nghiên cứu cho thấy. Quá trình
Fenton dị thể với xúc tác tro bay biến tính bằng muối sắt (III) clorua được sử dụng để
phân hủy phẩm màu ReactiveBlue 182 (RB 182). Một số tính chất cơ bản của tro bay
thô và tro bay biến tính được xác định thông qua các kỹ thuật SEM, EDX, và XRD.
Ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng như hàm lượng xúc tác, pH và nồng độ hydro
peoxyt tới hiệu quả xử lý đã được nghiên cứu và thảo luận; đồng thời hằng số tốc độ
phân hủy RB 182 cũng được xác định. Các kết quả thực nghiệm cho thấy, kỹ thuật
Fenton dị thể với tro bay biến tính phù hợp để loại bỏ chất nhuộm RB 182. Ở các điều
kiện tối ưu bao gồm hàm lượng xúc tác, nồng độ hydro peoxyt, pH , quá trình loại bỏ
RB 182 được chỉ ra là tuân theo động học bậc nhất, với hiệu suất xử lý đạt xấp xỉ 90%
sau 90 phút [1]. H2O2 ảnh hưởng nhiều đến khả năng xử lý của quá trình quang xúc tác
trong việc xử lý chất nhuộm MB, làm tăng hoạt tính của hệ xúc tác hiệu suất ở điều
kiện tối ưu là 80% còn ở điều kiện không có thêm H2O2 hiệu suất chỉ đạt 44% thể tích
của H2O2 tối ưu để xử lý 250ml

dung dịch MB là 1ml [5]. Sử dụng phương pháp ôzôn hóa để xử lý nước thải dệt
nhuộm tại làng nghề Vạn Phúc đã được tác giả Vũ Thị Bích Ngọc thực hiện nghiên
cứu năm 2016. Kết quả đã chỉ ra rằng, quá trình ôzôn hóa và Peroxon đều có khả
năng oxy hóa, phá vỡ cấu trúc của các hợp chất mang màu để xử lý màu của dung
dịch phẩm Direct red 23 với hiệu quả cao. Nghiên cứu đã so sánh và xác định được
quá trình Peroxon cho hiệu quả xử lý màu cao hơn. Sau thời gian xử lý 80 phút, quá
trình Peroxon cho hiệu suất xử lý màu đạt 99,48 %, quá trình ôzôn hóa cho hiệu suất
xử lý màu đạt 97,62 %. Để dễ ứng dụng vào thực tế, chọn pH 9 cho quá trình ôzôn
hóa nhằm xử lý nước thải sau công đoạn nhuộm từ làng nghề Vạn Phúc. Lựa chọn
cấp ôzôn vào dung dịch qua hệ Injector - ống dòng thay cho sục ôzôn trực tiếp vào
dung dịch nước thải chất nhuộm đã tận dụng và hạn chế lượng khí ôzôn dư thoát ra
ngoài, đồng thời, làm giảm thời gian phản ứng, nâng cao hiệu quả của quá trình
ôzôn hóa (thời gian phản ứng giảm từ 10 giờ xuống 8 giờ, mà hiệu quả xử lý màu
tăng từ 95,03 % lên đến 98,05 %)[14]. Khả năng xử lý làm giảm các thành phần hữu
cơ trong nước rỉ rác tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo bằng sinh
học bằng phương pháp ôzôn kết hợp với UV tại pH = 7,5 và thời gian sục khí ôzôn
là 100 phút thì hiệu suất xử lý COD và mầu nước rỉ rác đạt COD 26%, độ mầu 64%
và O3/UV COD 35%, độ mầu 82%[5]. Có thể sử dụng ôzôn và perôzôn để xử lý
nước rỉ rác để quá trình oxi hóa các chất hữu cơ bằng ôzôn và perôzôn có hiệu quả
cần thực hiện ở điều kiện thích hợp sau: pH 8 – 9; hàm lượng H2O2 (hệ Perôzôn) là
2.000 mg/l. Để nâng cao hiệu quả xử lý cần kết hợp giữa ôzôn và perôzôn với vật
liệu xúc tác là quặng mangan[13]. Nước thải dệt nhuộm sau xử lý Peroxone (hệ
O3/H2O2) loại được màu gần như tuyệt đối (>99%), điều đó khẳng định ưu thế của
quá trình Peroxone về hiệu quả xử lý màu của Chất nhuộm . Xử lý bằng hệ
Peroxone (hệ O3/H2O2) có hiệu quả trong khoảng nồng độ H2O2 từ 250 - 500 mg/L.
Xử lý độ màu đạt 90 - 99%, xử lý COD đạt 39 - 80%. Khi tăng nồng độ H2O2 đầu
vào từ 250 mg/L lên 500 mg/L thì hiệu quả xử lý tăng. Tuy nhiên, không nên tăng
nồng độ H2O2 quá cao vì sẽ ức chế việc sinh ra các gốc tự do *OH [8].

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Chất nhuộm Reactive Red 24
*Chất nhuộm màu Reactive Red 24
Dung dịch chất nhuộm màu Reactive Red 24 sử dụng cho thí nghiệm tự pha
bằng nước cất tại phòng thí nghiệm.
Cấu trúc chất nhuộm màu hoạt tính Reactive Red 24: Công thức căn bản của
chất nhuộm Reactive Red 24 có thể viết vắn tắt:
R-B-X
Trong đó:
R: Là nhóm mang màu (ChromopHoricgroup): Quyết định màu của chất
nhuộm (color producing part). Nhóm này là nhóm Azo(-N=N-)
B = Là nhóm cầu nối (Brid ginggroup)
Kết nối nhóm mang màu với nhóm phản ứng của chất nhuộm (
reactivegroup), có thể là nhóm – NH hoặc nhóm -NR .
X= Nhóm phản ứng của chất nhuộm (Reactivegroup).
Là nhóm dặc trưng chủ yếu của chất nhuộm Reactive Red 24 tạo liên kết
cộng hóa trị với xơ sợi. Có thể là: -Cl; -Br; -SH; -OCH;…
Phân tử chất nhuộm Reactive Red 24 bao gồm một nguyên tử hoặc nhóm
nguyên tử gọi là nhóm mang màu. Sự hiện diện nó tạo ra màu sắc của chất nhuộm.
Một nhóm thế có khả năng phản ứng với xơ cellulose. Chất nhuộm có độ bền giặt
tốt nhất nhờ liên kết giữa chất nhuộm và cellulose là liên kết cộng hóa trị xảy ra
trong quá nhuộm. Chất nhuộm thường được sử dụng để nhuộm cellulose như cotton
hoặc lanh, chất nhuộm cũng có thể được áp dụng trên len và nylon; trong trường
hợp này chúng được áp dụng trong điều kiện axit yếu. Chất nhuộm Reactive Red 24
có mức độ tận trích thấp so với các loại chất nhuộm khác bởi vì các nhóm chức
năng trong chất nhuộm cũng đồng thời phản ứng với nước, xẫy ra do quá trình thủy
phân. Phần chất nhuộm bị thủy phân này không có liên kết với cellulose và phải bị
giặt bỏ mới giải quyết được vấn đề độ bền màu.

Chất nhuộm hoạt tính Reactive Red 24 có công thức phân tử :
C26H17CIN7Na3O10S3.
Hình 2.1. Cấu tạo chất nhuộm Reactive Red 24
2.1.2. Xỉ sắt thải
Xỉ sắt thải được sử dung trong nghiên cứu được lấy từ xỉ thải trong quá trình
luyện sắt tại công ty THNH một thành viên Kim loại màu Thái Nguyên tại Sông
Công, thành phố Thái Nguyên. Xỉ sau khi mang về phòng thí nghiệm được sấy ở
nhiệt độ 105o
C trong 48 giờ, sau đó nghiền nhỏ và sàng lấy các hạt có kích thước
nhỏ hơn 0,25mm và lưu giữ để sử dụng.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Thời gian : Từ 1/9/2018 đến tháng 2/2019
Giới hạn nội dung nghiên cứu :
Đề tài đề cập đến khả năng xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng
ôzôn và Fenton trên cơ sở xúc tác xỉ sắt thải từ quá trình luyện kim.
Quy mô thực hiện: phòng thí nghiệm.
Các thông số đánh giá: COD và độ màu.
2.3. Nội dung nghiên cứu
Tiến hành xây dựng các nội dung thí nghiệm trên mẫu Reactive Red 24 tự
pha tại phòng thí nghiệm.
Mô hình thí nghiệm được biểu diễn như hình sau:
* Mô hình thí nghiệm ôzôn:
Hệ thiết bị thí nghiệm được thiết kế và lắp đặt để tiến hành thực nghiệm nghiên
cứu xử lý chất nhuộm màu RR24 bằng ôzôn, Fenton sử dụng IS là xúc tác dị thể.

- Thông số kỹ thuật máy phát ôzôn:
+ Loại máy: Next 20P, sản xuất bởi công ty cổ phần ôzôn quốc tế, Việt Nam
+ Công suất ôzôn theo thiết kế là: 5g/h
+ Áp lực khí ôzôn: 0,0025 Mpa
+ Lưu lượng khí: 70 l/phút
+ Nhiệt độ môi trường < 40o
C
+ Điện hao: AC 220V–50HZ-240W
+ Kích thước: 570x580x250mm
Hình 2.2. Máy tạo khí ôzôn Next 20P
- Bình phản ứng: Bình phản ứng được làm bằng thủy có dung tích 1,2 l (h =
450 mm, ф = 60 mm).
Xỉ sắt được thêm vào bình phản ứng chứa 500 ml dung dich RR24 với nồng độ
đã chuẩn bị ở các điều kiện khác nhau về pH và liều lượng IS. Ôzôn được sinh ra từ
máy phát ôzôn (Next 20P, Việt Nam) từ nguồn cấp khí oxy tinh khiết (hình 2.3 a).
Ôzôn được sản xuất từ bình oxy nguyên chất được điều chỉnh bằng lưu lượng kế với
tốc độ 10 ml/phút và được cung cấp từ đáy bình phản ứng thông qua bộ khuếch tán.
Bình phản ứng chứa 500 ml dung dịch RR24 và xỉ sắt (IS) được phân phối đồng đều

trong toàn bộ dung dịch bằng máy khuếch tán thủy tinh xốp. Tổng thời gian ôzôn
hóa là 40 phút.
Hình 2.3. Mô hình thí nghiệm ôzôn (a) và Fenton (b)
* Hệ thí nghiệm Fenton:
- Thông số kỹ thuật máy khuấy:
+ Thể tích khuấy tối đa: 10 lít
+ Công suất động cơ: 15W
+ Chiều dài thanh khuấy tối đa: 80mm
+ Khoảng tốc độ: 100-1500 rpm
+ Điều khiển tốc độ: thang chia 1-10
+ Kích thước máy: 215x105x330 mm
+ Điện áp 230/120/100 V

Hình 2.4. Máy khuấy từ
- Bình phản ứng: Tất cả các thí nghiệm được thực hiện trong cốc thủy tinh 1000 ml
(h = 140 mm, ф = 110 mm)
Tất cả các thí nghiệm đều tiến hành với 500 ml dung dịch RR24 ở các nồng
độ khác nhau trong khoảng từ 50 đến 500 mg/l. pH được điều chỉnh theo giá trị xác
định bằng dụng H2SO4 0,1 M hoặc NaOH 0,1 M sau đó bổ sung chất xúc tác. Xỉ sắt
được sử dụng cho quá trình Fenton dị thể. Và H2O2 30% được bắt đầu bằng cách
thêm lượng dung dịch H2O2 được xác định trước vào cốc phản ứng (Hình 2.3b). Các
cốc phản ứng sau đó được đặt trong một máy khuấy và được khuấy với tốc độ 120
vòng/phút ở nhiệt độ phòng (25 ± 2o
C). Tổng hời gian cho quá trình 60-90 phút.
2.3.1. Các nội dung tiến hành thí nghiệm
a. Thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24
bằng ôzôn và Fenton với xúc tác xỉ sắt
Mục tiêu: Tìm giá trị pH tối ưu cho quá trình xử lý chất nhuộm màu RR24
*. Hệ ôzôn (O3 và O3/IS). Thay đổi giá trị pH = 3, 7, 11. Cố định hàm lượng
xỉ sắt (IS) 1 g/l và nồng độ RR24: 200 mg/l
Trình tự thí nghiệm:
Các thí nghiệm được thực hiện với hệ O3 và O3/IS
1. Pha dung dịch chất nhuộm màu RR24 với nồng độ 200 mg/l bằng nước cất
2 lần với đủ lượng sử dụng cho cả đợt thí nghiệm
2. Tiến hành điều chỉnh pH của dung dịch RR24 trong các bình phản ứng đạt
giá trị pH tương ứng là 3, 7, 11 bằng dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N.

3. Thêm lượng xỉ sắt (IS) vào mỗi bình với khối lượng đạt 1 g/l đối với các
bình dung dịch cho thí nghiệm hệ O3/IS
4. Tiến hành sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào 6
bình phản ứng.
5. Mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc trong thời gian 5 phút, các thí nghiệm tiếp theo
được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến 40 phút.
6. Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng lọc
để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịch theo thang
màu Pt-Co
*. Fenton: ( H2O2/IS). Thay đổi giá trị pH = 3, 7, 11. Cố định hàm lượng xỉ
sắt (IS) 1 g/l và H2O2 ( 100 mg/l )
Các bước 1, 2, 5, 6 làm tương tự thí nghiệm hệ ôzôn
3. Thêm vào mỗi bình với lượng xỉ sắt (IS) đạt 1 g/l và H2O2 đạt 100 mg/l.
4. Sử dụng máy khuấy từ khuấy đều dung dịch trong suốt quá trình thí nghiệm
*. Hệ thí nghiệm: O3/H2O2, O3/H2O2/IS. Thay đổi giá trị pH cố định hàm
lượng xỉ sắt là 1 g/l và H2O2 là 100 mg/l và nồng độ của RR24 là 200 mg/l
Các bước 1, 2, 5, 6 làm tương tự thí nghiệm hệ ôzôn
4. Thêm dung dịch H2O2 để đạt nồng độ 100 mg/l vào các bình dung dịch
RR24. Riêng với hệ thí nghiệm O3/H2O2/IS thì bổ sung thêm xỉ sắt với khối lượng
đạt 1 g/l.
b. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng IS đến hiệu quả xử lý RR24
bằng ôzôn và Fenton với xúc tác IS
Mục tiêu: Tìm giá trị IS tối ưu cho quá trình xử lý chất nhuộm màu RR24
*. Thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác (O3/IS). Cố định nồng độ: RR24 và giá trị pH
tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm lượng lượng IS lần lượt là 0,5;
1; 1,5; 2 g/l

1. Pha dung dịch chất nhuộm màu RR24 với nồng độ 200mg/l bằng nước cất
2 lần với lượng thể tích đủ sử dụng cho các thí nghiệm cùng đợt thí nghiệm
2. Điều chỉnh pH cho dung dịch RR24 về giá trị tối ưu đã xác định được ở
nội dung a bằng dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N.
3. Chia dung dịch vào các bình phản ứng khác nhau có cùng thể tích mỗi
bình 500 ml dung dịch RR24 đã chỉnh pH
4. Cân xỉ sắt cho lần lượt vào 4 bình với khối lượng tương ứng 0,5; 1; 1,5; 2
g/l
5. Tiến hành sục khí ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp 10 l/phút đồng thời vào
4 bình phản ứng.
7. Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng để
lọc để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịc theo thang
màu Pt-Co
*. Thí nghiệm hệ Fenton (H2O2/IS). Cố định nồng độ RR24 và dung dịch
H2O2 là 100 mg/l và giá trị pH tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm
lượng lượng IS lần lượt là 0,5; 1; 1,5; 2 g/l.
Các bước 1, 2, 3, 4, 6, 7 làm tương tự như thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác
*. Thí nghiệm hệ O3/H2O2/IS: Cố định nồng độ RR24 là 200 mg/l, lượng
H2O2 là 100 mg/l và giá trị pH tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm
lượng IS lần lượt là: 0,5; 1; 1,5; 2 g/l
Các bước 1, 2, 3, 4, 7 làm tương tự như các bước 1, 2, 3, 4, 7 ở thí nghiệm hệ
ôzôn xúc tác (O3/IS) phần b
5. Cho vào 4 bình dung dịch H2O2 một lượng là 100 mg/l
6. Sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào 4 bình dung
dịch RR24

c. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu quả xử lý Reactive
Red 24 bằng ôzôn và Fenton với xúc tác IS
Mục tiêu: Tìm ra nồng độ tối ưu cho quá trình xử lý RR24
*. Thí nghiệm hệ ôzôn: (O3, O3/IS). Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l).
Cố định hàm lượng IS (với hàm lượng IS tối ưu đã xác định ở nội dung b) và giá trị
pH tối ưu (đã xác định ở nội dung a)
1. Pha dung dịch RR24 với nồng độ tương ứng là 100, 200, 300, 400. 500
mg/l.
2. Tiến hành điều chỉnh pH tối ưu đã xác định ở nội dung a lần lượt cho tất cả
các bình chưa dung dịch RR24 đã pha ở bước 1 bằng dung dịch H2SO4 1N và
NaOH 1N.
3. Cho lượng (IS) tối ưu đã xác định ở nội dung b vào tất cả 5 bình dung dịch
RR24 với 5 dải nồng độ đã pha đối với các bình phản ứng trong hệ O3/IS
4. Tiến hành sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào
các bình phản ứng hệ O3 và O3/IS.
6. Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng lọc
để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịch theo thang
màu Pt-Co
*. Thí nghiệm hệ Fenton (H2O2/IS). Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l).
Cố định hàm lượng H2O2 là 100 mg/l, xỉ sắt (IS) là 1,5g/l (đã xác định được ở nội
dung 2) và giá trị pH=3 (đã xác định ở nội dung 1)
Các bước 1, 2, 3, 5 và 6 làm tương tự như ở thí nghiệm hệ ôzôn ở phần c
4. Sử dụng máy khuấy từ khuấy đều dung dịch trong suốt quá trình thí nghiệm. *.
Thí nghiệm hệ: O3/H2O2, O3/H2O2/IS: Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l). Cố
định hàm lượng H2O2 là 100 mg/l, xỉ sắt (IS) (với hàm lượng tối ưu đã xác
định ở nội dung b) và giá trị pH tối ưu (đã xác định ở nội dung a)

Các bước 1, 2, 3, 5, 6, 7 làm tương tự như các bước 1, 2, 3, 5, 6 ở thí nghiệm
hệ ôzôn phần c
4. Thêm dung dịch H2O2 để đạt nồng độ 100 mg/l vào các bình chứa dung dịch
RR24
d. Xác định thành phần cấu trúc của xỉ sắt
Đặc điểm của xỉ sắt thải được đánh giá thông qua các thông số phân tích
SEM, EDS và RRD.
2.3.2. Hóa chất sử dụng
Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong phân tích
STT Hóa chất Mục đích sử dụng
1
Các dung dịch đệm pH=4.01; 6,86 và
Hiệu chỉnh máy pH
9,18
2 Kali indigo trisulfonat Xác định hàm lượng ôzôn
3 Natri dihidrophotphat (NaH2PO4) Xác định hàm lượng ôzôn
4 Nước cất 2 lần Pha chất nhuộm màu, phân tích
5 Kalihidroxyt (KI) Phân tích H2O2, phân tích BOD
6 Natri hidroxyt (NaOH) Điều chỉnh pH
7 Axits sunfuric (H2SO4) Điều chỉnh pH
8 Fenton (H2O2) Xúc tác
9 Kali dicromat (K2Cr2O7) Xác định COD
10 Muối Mohr Xác định COD
11 Thủy ngân (II) sunfat ( HgSO4) Xác định COD
12 Bạc sunfat ( Ag2SO4) Xác định COD
13 Kaki hidropHotphat Xác định COD
14 Chất nhuộm Reactive Red 24
Pha dung dịch chất nhuộm màu
để làm thí nghiệm
2.3.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu
STT Thiết bị, dụng cụ Mục đích sử dụng
Máy phát ôzôn NEXT 20P công suất 5 Cung cấp ôzôn cho các hệ thí
1 g/h nghiệm
2 Tủ sấy Sấy hóa chất dụng cụ

3 Cân phân tích pha hóa chất
4 Bếp phá mẫu COD Chuẩn bị mẫu, xác đinh COD
5 Máy đo pH Xác định pH
Máy UV-VIS 2900 Hitachi
Xác định bước sóng đặc trưng, dải
6 màu của các chất nhuộm
7 Máy khuấy Thực nghiệm
8 Cốc 100 ml Đo pH
9 Cuvet thạch anh Xác dịnh độ màu
10 ống đong 500ml, buret, pipet Phân tích
11 Bình tam giác Xác định COD
2.3.4. Các phương pháp phân tích
2.3.4.1. Xác định giá trị pH
pH là đại lượng dùng để đánh giá nồng độ H+
và OH-
có trong dung dịch.
Giá trị pH được xác định bởi máy đo pH để bàn HI 2212 của Hanna. Sau khi tiến
hành hiệu chỉnh điện cực pH bằng các dung dịch chuẩn 4,01 ; 6,86 và 9,18. Tiến
hành xác định giá trị pH bằng cách nhúng điện cực pH vào dung dịch mẫu đợi giá
trị pH trên màn hình hiển thị ổn định.
2.3.4.2. Xác định hiệu quả xử lý màu
Nghiên cứu này hàm lượng chất nhuộm màu được xác định bằng phương
pháp chắc quang ở bước sóng hấp thụ đặc trưng trên thiết bị UV-VIS Hitachi 2900
(của Nhật Bản), tại bước sóng 465 nm
2.3.4.3. Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)
Trong quá trình ôxi hóa các hợp chất hữu cơ tìm thấy trong mẫu nước,
dicromat kali bị khử, tạo ra Cr3+
. Khối lượng của Cr3+
được xác định sau khi tiến
trình ôxi hóa đã hoàn toàn, và nó được sử dụng như là phép đo hàm lượng hữu cơ
của mẫu nước:
Chất hữu cơ + Cr2O7
2-
+ 8 H+
CO2 + 2 Cr3+
+ 5 H2O
Để mọi chất hữu cơ bị oxy hóa hết thì một lượng kali dicromat (hay bất kỳ
tác nhân ôxi hóa nào) phải tồn tại trong dung dịch. Khi quá trình ôxi hóa đã kết
thúc, khối lượng kali dicromat dư thừa được xác định bằng cách chuẩn độ bởi dung
dịch muối sắt (II) amoni sunfat hexahidrat ([NH4]2.Fe.[SO4]2.6H2O), hay còn gọi là
muối Mohr, cho đến khi mọi tác nhân ôxi hóa dư thừa bị khử hết thành Cr3+
theo
phương trình phản ứng:

6Fe2+
+ Cr2O7
2-
+ 14H+
6Fe3+
+ 2 Cr3+
+ 7 H2O
Ngoài ra, Bạc sunfat được dùng để quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ đạt
hiệu quả cao. Thủy ngân sunfat loại trừ ảnh hưởng của ion Cl-
(do các ion này gây
cản trở trong quá trình phản ứng):
Cr2O7
2-
+ 6 Cl-
+ 14 H+

2 Cr3+
+3 Cl2 + 7 H2O).
Tiến hành
1. Dùng pipet hút 2ml dung dịch mẫu vào ống phá mẫu COD,
2. Cho thêm 1ml dung dịch Kali dicromat và 3ml dung dịch bạc sunfat đậy
nắp và lắc đều, đưa vào bếp phá mẫu COD với thời gian là 2h nhiệt độ làm
150 o
C.
3. Sau khi công phá xong tiến hành làm lạnh mẫu xuống nhiệt độ phòng.
4. Chuyển toàn bộ mẫu sang bình tam giác 50 ml, thêm 1-2 giọt chỉ thị ferion.
5. Tiến hành chuẩn độ lượng đicromat dư bằng muối mothr.
Cách tính kết quả
Nhu cầu oxy hoá học COD, tính bằng miligam oxy trên lit, được tính
theo công thức:
8000 x C x (V2 − V1)
=
Vo
Trong đó: C là nồng độ của sắt (II) amoniunfat như đã được tính trong 5.1.4,
mol/l;
V0: Thể tích của phần mẫu thử trước khi pha loãng (nếu có), ml;
V1: Thể tích của sắt (II) amoni sunfat sử dụng chuẩn độ mẫu trắng, ml;
V2: Thể tích của sắt (II) amoni sunfat sử dụng khi chuẩn độ mẫu thử, ml;
8000: Khối lượng mol của ½ O2, mg/l.
2.3.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng ôzôn
Nguyên tắc:
Ôzôn trong dòng khí được bơm hút vào trong dung dịch KI 2%,ôzôn sẽ phản
ứng làm giảm nồng độ KI trong dung dịch. Hỗn hợp phản ứng dung dịch sẽ được
mang đi chuẩn độ lượng dư KI bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,1M.
Cơ chế phản ứng:

O3+2KI+H2O→I2+2KOH+O2
3O3+KI→ KIO3 + 3O2
KIO3 + 5KI + 3H2SO4 → 3K2SO4 + 3I2 + 3H2O
I2 + 2Na2S2O3 → Na2S4O6 + 2NaI
Cách tiến hành:
1. Ôzôn trong dòng khí sẽ được sục qua 2 bình hấp thụ chứa dung dịch KI
2% trong thời gian 5 phút.
2. Mẫu dung dịch sau phản ứng được điều chỉnh pH= 1-2 bằng dung dịch
H2SO4, chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3 0.1M
3. Chuẩn độ đến màu vàng nhạt, thêm 2 – 3ml chỉ thị hồ tinh bột 1% và tiếp
tục chuẩn cho đến khi dung dịch mất màu.
Tính toán kết quả:
Trong đó:
V1: Thể tích Na2S2O3 dùng để chuẩn độ (ml)
V2: Thể tích mẫu dung dịch phản ứng (V2 = 100ml)
0,1: Nồng độ Na2S2O3 dùng để chuẩn độ (M)
f: hệ số. f = 0.994
24: Đương lượng gam ôzôn (g/mol)
t: Thời gian phản ứng (t = 5 phút)
60: Quy đổi ra giờ.
2.3.4.5. Xác định hàm lượng H2O2
Chuẩn độ dung dịch H2O2 bằng dung dịch
KMnO4 Nguyên tắc
Phản ứng chuẩn độ trong môi trường acid mạnh:
2MnO4
-
+ 5 H2O2 + 16 H+
→ 2 Mn2+
+ 5 O2 + 8 H2O
E 0 O2/H2O2 = 0,682 V
Đặc điểm :

- Phản ứng chậm nên cần pha loảng dung dịch chuẩn độ và lắc mạnh erlen khi
chuẩn độ, đặc biệt ở giai đoạn đầu khi dung dịch chưa có hoặc có rất ít Mn2+
(Mn2+
có tính xúc tác dương cho chuẩn độ).
- Cần môi trường acid mạnh (dùng H2SO4 loãng) và chuẩn độ thật chậm để
hạn chế việc tạo thành MnO2 (là chất xúc tác của quá trình phân hủy H2O2).
- Nên làm lạnh dung dịch trước khi chuẩn độ để hạn chế hiện tượng H2O2 bị
phân hủy tạo O2.
- Định điểm cuối dựa vào sự xuất hiện của màu hồng (bền 2 phút) do dùng
thừa KMnO4.
Hóa chất
- Dung dịch chuẩn KMnO4 0,05N. Dung dịch H2SO4 (1:5).
Cách tiến hành
1. Buret: Dung dịch KMnO4 - Erlen: Hút V(ml) dung dịch mẫu H2O2, cho
thêm khoảng 50ml nước, thêm tiếp 5 ml dung dịch H2SO4, làm lạnh dung
dịch tới nhiệt độ phòng
2. Chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4, màu của dung dịch tại điểm cuối:
không màu chuyển hồng nhạt bền 2 phút.
Kết quả tính nồng độ mol, nồng độ thể tích và nồng độ khối lượng của dung dịch
mẫu H2O2.
(V1 − Vo) x C x 34
=
Trong đó:
V2
C: nồng độ dung dịch kali pemanganat
V1, V0: thể tích dung dịch kali pemanganat tiêu tôn để chuẩn mẫu
thực và mẫu trắng.
2.4. Phương pháp tiếp cận
Phương pháp thu thập thông tin thứ cấp
Đây là phương pháp thu thập thông tin có liên quan đến đề tài thông qua sách,
báo chí, thông tin đại chúng, qua các cuộc hội thảo chuyên đề của các cơ quan, tổ
chức lớn hợp tác và được sự đầu tư của nước ngoài, các quy định của môi trường
cho vấn đề đang nghiên cứu.

Mục đích của phương pháp:
Hệ thống tài liệu, số liệu sẵn có về dây truyền xử lý chất nhuộm màu dệt
nhuộm, thành phần các chất có gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, tìm hiểu các
công nghệ xử lý đang được áp dụng trong nước và thế giới.
Phương pháp so sánh số liệu
So sánh hiệu suất xử lý COD và độ màu của dung dịch Reactive Red 24 trước và
sau khi xử lý.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải.doc

Similar to Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải.doc