ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC
NHUỘM RHODAMINE B
CỦA BÃ MÍA CHƯA BIẾN TÍNH & BÃ MÍA BIẾN
TÍNH BẰNG NAOH/H2O2
Sinh viên thực hiện
: Nguyễn Thị Mộng Thúy
Lớp
: 14 CHP
Chuyên ngành
: Cử nhân Hóa Phân tích - Môi trường
Giảng viên hướng dẫn
: TS. Bùi Xuân Vững
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng của bản thân, em
còn nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ thầy cô trong trường và bạn bè
trong lớp.
Trước hết, em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS. Bùi
Xuân Vững, giảng viên Khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nắng.
Thầy đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn chuyên môn cho em trong suốt thời gian
thực hiện nghiên cứu và hoàn chỉnh bài báo cáo của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô trong khoa
Hóa học đã truyền đạt lại cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian còn
ngồi ở ghế nhà trường, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu đề tài.
Đặc biệt em xin bày tỏ tình cảm sâu sắc đến gia đình và người thân, những
người bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ cho em trong quá trình học
tập cũng như thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Do trình độ lý luận cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên bài luận của em
không thể tránh khỏi thiếu sót và hạn chế. Em rất mong nhận được sự quan tâm và
đóng góp từ quý thầy cô để bản luận được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, em xin kính chúc quý thầy cô và Ban giám hiệu nhà trường sức
khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý, truyền đạt lại kiến thức cho thế hệ mai
sau.
Em xin chân thành cảm ơn !
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1................................................................................................................ 3
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm ............................................................................... 3
1.1.1. Khái niệm ...................................................................................................... 3
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm ........................................................................... 3
1.1.3. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm ............................................ 3
1.1.4. Phân loại thuốc nhuộm ................................................................................ 3
1.2. Tổng quan về thuốc nhuộm Rhodamine B ...................................................... 5
1.2.1. Một vài nét về Rhodamine ............................................................................ 5
1.2.2. Thuốc nhuộm Rhodamine B ........................................................................... 6
a. Công thức cấu tạo và tính chất hóa lý ................................................................. 6
1.3. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ và VLHP sử dụng cho phương pháp .. 8
1.3.1. Các khái niệm ............................................................................................... 9
1.3.1.2. Hấp phụ hóa học ...................................................................................... 10
1.3.2. Hấp phụ trong môi trường nước ................................................................ 10
1.3.3. Động học hấp phụ....................................................................................... 11
1.3.4. Cân bằng hấp phụ ........................................................................................ 12
1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ .......................................... 13
1.3.6. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt............................................................... 13
1.3.7. Bã mía dùng để chuẩn bị VLHP ............................................................... 14
1.4. Giới thiệu về phương pháp phân tích đo quang UV-VIS ............................. 16
1.4.1. Cơ sở của phương pháp phân tích đo quang UV-VIS .............................. 16
1.4.2. Những đặc trưng cơ bản của phương pháp phân tích đo quang ............. 17
1.4.3. Các phương pháp phân tích định lượng ................................................... 17
CHƯƠNG 2 .............................................................................................................. 19
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................... 19
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị .............................................................................. 19
2.1.1. Hoá chất ...................................................................................................... 19
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ...................................................................................... 20
2.2. Chuẩn bị VLHP và khảo sát một số đặc trưng của các VLHP.................... 20
2.2.2. Chuẩn bị VLHP từ bã mía chưa qua xử lý và bã mía xử lý bằng
NaOH/H2O2 ........................................................................................................... 20
2.2.3. Một số đặc trưng cấu trúc của các VLHP ................................................. 21
2.3. Dựng đường chuẩn xác đinh nồng độ thuốc nhuộm Rhodamine B ............ 22
2.4. Công thức tính hiệu suất hấp phụ .................................................................. 22
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP chưa qua
xử lý NaOH/H2O2 và VLHP qua xử lý NaOH/H2O2............................................. 23
2.5.1. Ảnh hưởng của pH ..................................................................................... 23
2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian ........................................................................... 23
2.5.3. Ảnh hưởng của khối lượng ........................................................................ 23
2.5.4. Ảnh hưởng của kích thước các loại VLHP ............................................... 23
CHƯƠNG 3.............................................................................................................. 25
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................................. 25
3.1. Một số đặc trưng cấu trúc của các VLHP ..................................................... 25
3.1.1. Kết quả chụp ảnh SEM .............................................................................. 25
3.1.2. Kết quả đo phổ hồng ngoại IR ................................................................... 26
3.2. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm Rhodamine B ........... 28
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP chưa qua xử
lý NaOH/H2O2 và VLHP đã qua xử lý NaOH/H2O2 ............................................. 28
3.3.1. Ảnh hưởng của pH ..................................................................................... 29
3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian ........................................................................... 30
3.4.3. Ảnh hưởng của khối lượng ........................................................................ 32
3.3.4. Ảnh hưởng của kích thước các loại VLHP ............................................... 33
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 35
KIẾN NGHỊ ............................................................................................................. 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 37
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Tên đầy đủ
Tên viết tắt
RhB
Rhodamine B
VLHP
Vật liệu hấp phụ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng ...................................... 14
Bảng 2.1. Thành phần hoá học của bã mía .............................................................. 15
Bảng 2.2. Cách pha dãy dung dịch chuẩn cho thuốc nhuộm RhB ............................ 22
Bảng 3.1. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ RhB ............................. 28
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của các loại VLHP ............... 29
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP ............. 30
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của khối lượng đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP........... 32
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của kích thước các VLHP đến hiệu suất hấp phụ của chúng 33
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo RhB .............................................................................. 6
Hình 1.2. Tinh thể RhB ................................................................................................ 7
Hình 3.1. Ảnh SEM của VLHP chưa qua xử lý NaOH/H2O2 .................................... 25
Hình 3.2. Ảnh SEM của VLHP qua xử lý NaOH/H2O2 . ........................................... 25
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của VLHP chưa qua xử lý NaOH/H2O2 ......................... 26
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của VLHP đã qua xử lý NaOH/H2O2. ............................. 27
Hình 3.5. Đồ thị đường chuẩn của thuốc nhuộm RhB. ............................................. 28
Hình 3.6. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH............................................. 29
Hình 3.7 . Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của VLHP vào thời gian hấp phụ ........ 31
Hình 3.8 . Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào khối lượng của các VLHP ............. 32
Hình 3.9. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng của các VLHP. ....... 34
MỞ ĐẦU
i. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, sự phát triển của nền kinh tế gắn liền với bảo vệ môi
trường đang là chủ đề nhận được sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới, trong đó
có Việt Nam. Hoạt động sản xuất, kinh doanh và sử dụng hóa chất đang phát triển
mạnh. Hầu hết doanh nghiệp sản xuất trong các ngành công nghiệp khai thác, công
nghiệp chế biến thực phẩm và đồ uống, chế biến thuốc lá, sản xuất sản phẩm, may
mặc, da và dệt nhuộm... đều sử dụng hóa chất. Ở nước ta hiện tồn tại một thực trạng
đó là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất đều chỉ xử lý sơ bộ, thậm chí là thải
trực tiếp ra ngoài môi trường. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước
ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Điều này dễ dàng nhận thấy
và con người có thể quan sát được bằng mắt thường vì sự thay đổi mắt sắc của
nguồn nước sẽ theo màu sắc của nước thải.
Dệt nhuộm là ngành công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ, chiếm vai trò
quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này lại tác
động lớn đến môi trường khi thải ra một lượng nước thải đáng kể. Sản xuất của các
làng nghề ở quy mô hộ gia đình với các thiết bị máy móc thô sơ, các thiết bị đã lạc
hậu, cải tiến và nâng cấp theo kiểu chắp vá, không theo một trình tự nào do ghép
nhiều công nghệ khác nhau nên nước thải sau quá trình sản xuất không được xử lý.
Nước thải này chứa phẩm nhuộm có tính tan cao, thường có cường độ màu lớn, màu
sắc khác nhau. Khi xả trực tiếp vào môi trường chúng gây ô nhiễm nguồn nước và
hậu quả tổn hại đến con người, sinh vật cũng như ảnh hưởng xấu đến mỹ quan môi
trường. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước thải rất khó loại bỏ vì chúng ổn định với
ánh sáng, nhiệt và tác nhân oxi hóa; khi đi vào môi trường chúng gây ảnh hưởng lâu
dài. Có nhiều loại phẩm nhuộm có độc tính cao nhưng vẫn được sử dụng trong các
ngành công nghiệp như dệt nhuộm, công nghệ thực phẩm,.. Một trong số đó là
thuốc nhuộm Rhodamine B, nó được sử dụng rộng rãi để tạo màu và nhuộm màu
trong công nghiệp sợi, nhuộm màu trong phòng thí nghiệm để xét nghiệm tế bào,
được sử dụng trong sinh học như chất nhuộm huỳnh quang…và đặc biệt là trong
thực phẩm.
1|Page
Rhodamine B khi vào cơ thể gây ảnh hưởng đến gan, thận hoặc tồn dư trong
người lâu ngày gây độc hại đến cơ thể con người, đặt biệt có thể gây ung thư. Nồng
độ Rhodamine B trong nước quá cao sẽ cản trở sự hấp thụ của oxi vào nước từ
không khí do đó làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của các động - thực vật, gây ra
hiện tượng xáo trộn hoạt động của vi sinh vật và ảnh hưởng đến quá trình làm sạch
của nước.
Hiện nay, nhiều nhà khoa học đã và đang nghiên cứu quá trình xử lý phẩm
màu trong nước và kết quả thu được còn khá khiêm tốn. Đã có nhiều phương pháp
được sử dụng để xử lý ô nhiễm nước, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược
điểm riêng, trong đó hấp phụ là một trong những phương pháp hóa lý phổ biến và
hiệu quả nhất hiện nay để khử màu nhuộm bởi một số ưu điểm mà nó mang lại. Do
khả năng loại bỏ được những chất ô nhiễm có độc tính cao, có màu, mùi khó chịu
mà các phương pháp khác không xử lý được hoặc xử lý không triệt để. Tìm ra một
vật liệu hấp phụ có giá thành thấp, thân thiện với môi trường cũng là xu hướng được
các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm. Và bã mía ( phụ phẩm của ngành
công nghiệp mía đường) đang được đánh giá là tiềm năng để chế tạo các vật liệu
hấp phụ đê xử lý ô nhiễm môi trường.
Xuất phát từ những lí do trên, em tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu
khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Rhodamine B của bã mía chưa biến tính và bã mía
biến tính bằng NaOH/H2O2 ” với chi phí thấp và tính khả thi cao khi áp dụng vào
thực tế.
ii. Mục đích nghiên cứu
Khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu hấp phụ được chuẩn bị từ bã mía
đối với Rhodamine B trong môi trường nước.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các vật liệu hấp phụ
đối với Rhodamine B trong môi trường nước.
2|Page
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm
1.1.1. Khái niệm
Thuốc nhuộm, hay còn gọi là phẩm nhuộm, là tên gọi chung để chỉ các hợp
chất hữu cơ mang màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp). Chúng rất đa dạng về
màu sắc cũng như chủng loại và có khả năng nhuộm màu, tức là bắt màu hay gắn
màu trực tiếp lên chất nền như vải, sợi, giấy …
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm
Gồm 3 phần:
-
Phần thứ nhất: viết cả chữ, chỉ tên phân lớp kĩ thuật của thuốc nhuộm.
-
Phần thứ hai: viết cả chữ, thường là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc
nhuộm.
-
Phần thứ ba : được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của
thuốc nhuộm. Để chỉ cường độ màu người ta dùng 2 chữ cái đi liền với nhau
như BB, RR...hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B,4G [7].
1.1.3. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con
người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại
thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất khó bị phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm
có được là do cấu trúc hóa học của chúng. Nói chung, cấu trúc thuốc nhuộm bao
gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Theo quan điểm của Butlervo và Alektsev
năm 1876 O.Witt thì hợp chất hữu cơ mang màu là do phân tử của chúng có chứa
những nhóm mang màu, đó là những nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị. Nhóm
mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định.
Những nhóm mang màu quan trọng là:
>C=C< (nhóm etylen); >C=N– (nhóm azometyl); –N=N– (nhóm azo); –NO2 (nhóm
nitro); –N=O (nhóm nitrozo); =C=O (nhóm cacbonyl).
Ngoài những nhóm mang màu thì còn có những nhóm trợ màu giúp cho màu
sắc thuốc nhuộm sâu hơn, như: ̶ NH2; ̶ COOH; –SO3H; ̶ OH… [6].
1.1.4. Phân loại thuốc nhuộm
3|Page
Dựa vào nguồn gốc chia làm 2 loại: Thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên và
thuốc nhuộm tổng hợp.
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi
sử dụng. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
-
Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm
antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin.
-
Phân loại theo đặc tính áp dụng là cách phân loại thuốc nhuộm thương mại
đã được thống nhất trên toàn cầu. Theo đặc tính áp dụng người ta quan tâm
nhiều nhất đền thuốc nhuộm sử dụng cho tơ sợi xenlulo, đó là các loại thuốc
nhuộm gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc
nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc
nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [7].
Ở đây, em chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ hơn về
loại thuốc nhuộm sử dụng trong đề tài của mình.
- Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (–N=N–), phân tử thuốc
nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (điazo, triazo, polyazo).
• Nếu nhóm trợ màu mang tính bazơ có các nhóm đẩy electron mạnh
như : –NH2; –NR2…gọi là thuốc nhuộm azo-bazơ.
• Nếu nhóm trợ màu có tính axit do các nhóm thế –OH; –COOH; –
SO3H gọi là thuốc nhuộm azo-axit.
Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất chiếm
khoảng 60 ÷ 70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp. Phần lớn thuốc nhuộm được
sử dụng là thuốc nhuộm azo. Đây là phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng do sự hiện
diện của một hoặc một vài nhóm azo (–N=N–) tạo hệ liên hợp với cấu trúc nhân
thơm. Ưu điểm của thuốc nhuộm azo là sử dụng đơn giản và giá rẻ. Tuy nhiên hiện
nay phẩm nhuộm azo bị cấm sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới vì chúng gây
hại cho sức khỏe và môi trường.
-
Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm
tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một
số vật liệu như các sợi xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một cách trực tiếp nhờ
các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm.
4|Page
Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp đều có nhóm azo (92%), một số ít là dẫn xuất
dioazin và flatoxianim, tất cả được sản xuất dưới dạng muối natri của axit sunforic
hoặc cacbonyl hữu cơ, một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni và
kali nên được viết dưới dạng tổng quát là:
Ar–SO3–Na (Ar: gốc hữu cơ mang màu thuốc nhuộm)
Khi hoà tan vào nước thuốc nhuộm phân ly như sau:
Ar–SO3–Na → Ar-SO3- + Na+
Ar–SO3-: là ion mang màu có điện tích âm.
Thuốc nhuộm trực tiếp chỉ có hiệu suất bắt màu cao 90% khi nhuộm màu
nhạt ở nồng độ thấp, còn đối với những màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải ra
tương đối lớn. Do có khả năng tự bắt màu, đơn giản trong sử dụng và rẻ tiền nên
thuốc nhuộm trực tiếp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như
ngành dệt vải, sợi bông, hàng dệt kim từ bông, một số sản phẩm dệt từ polyamit
trong ngành thuộc da cũng sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp.
-
Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh, chúng tan trong
nước phân ly thành ion:
Ar–SO3–Na → Ar–SO3- + Na+
Ar–SO3- : là ion mang màu có điện tích âm.
Ar–SO3- tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu.
Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu tơ sợi protein (len, tơ tằm,
polyamit) trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit
azo, 10% là antraquion, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác.
-
Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dùng để nhuộm tơ tằm,
bông. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ; chúng dễ tan
trong nước cho cation mang màu. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp hoá
học được phân bố: azo (43%), metin (17%), tryazylmetan (11%), arycydin (7%),
antriquinon (5%) và các loại khác [7].
1.2. Tổng quan về thuốc nhuộm Rhodamine B
1.2.1. Một vài nét về Rhodamine
5|Page
Rhodamine là một trong những thuốc nhuộm, được sử dụng chủ yếu để
nhuộm len, lụa và làm laser công suất màu. Ngoài ra, Rhodamine còn được dùng để
nhuộm tế bào trong công nghệ sinh học.
Nhìn chung, các thuốc nhuộm Rhodamine khá độc, tan nhiều trong nước,
methanol, ethanol. Các thuốc nhuộm Rhodamine có màu sắc tươi sáng, hấp dẫn nên
người ta còn dùng để nhuộm màu thực phẩm, nhuộm vải sợi… điều này không đảm
bảo an toàn cho người tiêu dùng.
Họ Rhodamine có rất nhiều chất:
Rhodamine 123
Tetramethyl Rhodamine
Rhodamine Red
NHS_Rhodamine
Rhodamine B
Rhodamine 6G.
1.2.2. Thuốc nhuộm Rhodamine B
a. Công thức cấu tạo và tính chất hóa lý
Công thức phân tử: C28H31N2O3Cl.
Khối lượng phân tử: 479,02 g/mol (Rhodamine B, 1996).
Công thức cấu tạo của RhB :
Hình 1.1. Công thức cấu tạo RhB
[9-(2-carboxyphenyl)-6-diethylamino-3-xanthenylidene]-diethylammonium
chloride.
Tên gọi khác của Rhodamine B : R.60, Tetraethyl Rhodamine; D & C Red
No.19 ; Rhodamine B chloride; C.I. Basic Violet 10; C.I. 45170 [15].
6|Page
Tính chất lý học của RhB:
- RhB là những tinh thể màu tối, có ánh xanh, ở dạng bột có màu tím đỏ.
Hình 1.2. Tinh thể RhB
Điểm nóng chảy: 2100C, 4830K, 4100F; nhiệt độ nóng chảy khoảng 2100C đến
2110C.
RhB là một thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại, tan tốt trong methanol, ethanol,
nước.
Độ tan trong 100ml dung môi:
+ Dung môi H2O
: 0,78g (200C).
+ Dung môi ethanol: 1,47g.
RhB khi tan trong nước có màu tím đến hồng tùy thuộc vào nồng độ và hấp
thụ mạnh ở 2 bước sóng 517 nm và 552 nm.
b. Ảnh hưởng của thuốc nhuộm Rhodamine B
Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính.
-
Ngứa mắt, chảy nước mắt quá nhiều, chảy nước mũi, đau họng khi
tiếp xúc với khí dung dịch RhB
-
Ho, khó thở, ngứa cổ hoặc cảm giác nóng rát ở ngực.
-
Triệu chứng nhức đầu, dị ứng hoặc làm mẩn ngứa da, mắt… khi tiếp
xúc với RhB
-
Qua đường tiêu hóa gây nôn mửa, có hại cho gan và thận. Mức nhẹ
có thể gây nôn mửa, hoặc ngộ độc.Nếu tích tụ dần trong cơ thể gây
nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như có
thể gây ung thư [8].
7|Page
Khi RhB đi vào cơ thể nó có thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có
phần độc hại hơn loại thường, gây ung thư và phát triển khối u tuyến giáp, gan, sản
xuất tế bào bạch huyết, khối u dạ dày. Tại đây RhB và các dẫn xuất của nó tác động
mạnh mẽ đến quá trính sinh hóa của tế bào ung thư gan vì gan là cơ quan đầu tiên
lọc chất này [14].
Ngoài ra, nước thải chứa RhB còn có màu hồng, khi thải ra môi trường làm
biến đổi màu sắc tự nhiên của chúng, gây mất mỹ quan. Đời sống của sinh vật dưới
nước cũng bị ảnh hưởng nặng nề.
c. Ứng dụng của Rhodamine B trong đời sống
RhB đang được thử nghiệm để sử dụng như một chỉ thị sinh học trong vacxin
bệnh dại cho động vật hoang dã như gấu trúc, để xác định động vật hoang dã đã có
thuốc phòng ngừa bằng cách cho Rhodamine B vào râu và răng của động vật.
RhB thường được sử dụng như một thuốc nhuộm tracer trong nước để xác định tốc độ
và hướng của dòng chảy vận chuyển. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công
nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, đến tế bào dòng chảy, quang phổ huỳnh
quang [15].
Ngoài ra RhB còn được sử dụng để tạo màu và nhuộm màu trong công
nghiệp sợi, nhuộm màu trong phòng thí nghiệm để xét nghiệm tế bào do tính bền
màu. RhB được sử dụng trong sinh học như là một thuốc nhuộm huỳnh quang. Tận
dụng đặc tính phát quang của RhB, người ta dùng chúng để giúp kiểm soát lượng
thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây ớt, cây lấy dầu.
Tại Việt Nam, kết quả kiểm tra của Viện Kiểm nghiệm thực phẩm Quốc gia
năm 2012 có trên 50% mẫu hạt dưa, ớt bột, ruốc từ các tỉnh gửi về chứa phẩm màu
công nghiệp dương tính với RhB.
Nhận ra tính chất độc hại của thuốc nhuộm RhB đối với con người, chúng
em tiến hành nghiên cứu xử lý RhB trong môi trường nước bằng phương pháp hấp
phụ sử dụng VLHP chuẩn bị từ bã mía.
1.3. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ và VLHP sử dụng cho phương pháp
Đã có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý ô nhiễm nước như: phương
pháp cơ học, phương pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lý, phương pháp hấp
phụ và phương pháp hóa học, Mỗi phương pháp đều có những ưu – nhược điểm
8|Page
riêng. Trong đó hấp phụ là một trong những phương pháp hóa lý phổ biến và hiệu
quả nhất hiện nay được sử dụng để khử màu thuốc nhuộm bởi một số ưu điểm như :
loại bỏ được những chất ô nhiễm có độc tính cao, có màu, có mùi khó chịu mà các
phương pháp khác không xử lý được hoặc xử lý nhưng không triệt để. Hơn nữa,
phương pháp hấp phụ còn có ưu điểm là quy trình xử ý không đòi hỏi thiết bị phức
tạp, chi phí xử lý thấp, vật liệu hấp phụ được chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên
và các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp có sẵn, dễ tìm và quá trình xử lý không
đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại [1],[5].
1.3.1. Các khái niệm
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí-rắn, lỏng-rắn,
khí-lỏng, lỏng-lỏng). Trong đó:
-
Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ; chất được
tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
-
Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh.
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt
hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học [1],[5].
Ngược với sự hấp phụ là quá tình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các
phân tử bị hấp phụ gọi là quá trình giải hấp.
a Hấp phụ vật lý
Định nghĩa: 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 và dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật
lý có tính thuận nghịch cao.
Đặc điểm:
-
Phân tử bị hấp phụ không chỉ tương tác với một nguyên tử mà với nhiều
nguyên tử trên bề mặt. Do vậy, phân tử hấp phụ có thể hình thành một
hoặc nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ.
-
Hấp phụ vật lý 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. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học của bề mặt,
9|Page
không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ
[1].
1.3.1.2. Hấp phụ hóa học
Định nghĩa: 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.
Đặc điểm:
-
Chất bị hấp phụ chỉ hình thành một lớp đơn phân tử hấp phụ, giữa chúng
hình thành hợp chất bề mặt. Hấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa
học giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, do đó mang tính đặc thù
rõ rệt.
-
Hấp phụ hóa học có tính chọn lọc và đây không phải là một quá trình
thuận nghịch [1].
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. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy
ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ
hóa học tăng lên.
1.3.2. Hấp phụ trong môi trường nước
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp
hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ
và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá
trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ.
Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó.
Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố:
- Độ tan của chất bị hấp phụ trong nước.
- Tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ.
- Mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước.
10 | P a g e
So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có
tốc độ chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước
và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan
chậm.
Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ
(các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH
khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ
[1],[5].
Đặc tính của hợp chất hữu cơ trong môi trường nước :
- Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp
phụ trên VLHP đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu
cơ có độ tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự
đoán khả năng hấp phụ chúng trên VLHP.
- Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hoà, ít bị
phân cực. Do đó quá trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ
chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ thuộc vào:
pH của dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ [6].
1.3.3. Động học hấp phụ
Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất
hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế
tiếp nhau:
♦ Các chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn
khuếch tán trong dung dịch.
♦ Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp
phụ chứa các hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán màng.
♦ Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp
phụ - Giai đoạn khuếch tán vào trong mao quản.
♦ Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai
đoạn hấp phụ thực sự.
11 | P a g e
Quá trình hấp phụ có thể được coi là một phản ứng nối tiếp, trong đó mỗi
phản ứng nhỏ là một giai đoạn của quá trình. Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm nhất
đóng vai trò quyết định đến tốc độ của cả quá trình.Trong tất cả các giai đoạn đó,
giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá
trình hấp phụ. Do đó các giai đoạn này đóng vai trò quyết định đến toàn bộ quá
trình động học hấp phụ. Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào các giai đoạn này và sẽ
thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình đạt trạng thái cân bằng [5].
1.3.4. Cân bằng hấp phụ
Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phân tử chất bị hấp phụ
khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang.
Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc
độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp
phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng [1].
Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một
hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ :
q = f(T,P hoặc C)
(1.1)
Ở nhiệt độ không đổi (T= const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q vào P
hoặc C được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ.[5]
q = f(P) hoặc q = f(C)
(1.2)
Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
T: Nhiệt độ
p: Áp suất
C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)
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:
(1.3)
Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ (mg/g)
12 | P a g e
- Xem thêm -