Nghiên cứu khảo sát khả năng chống tắc nghẽn của màng lọc thẩm thấu ngược (ro) Được phủ lớp vật liệu polyvinyl alcohol (pva) và tio2

Với những lợi thế trên sẽ tạo ra được loại màng có những đặc tính kháng tắc nghẽn cao, hiệu quả phân tách muối tốt, thông lượng nước cao và ôn định dẫn tới hạ giá thành màng đóng góp giá

BO MON: QUA TRINH & THIET BI

THAM THAU NGUQC (RO) DUQC PHU

LOP VAT LIEU POLYVINYL ALCOHOL

(PVA) VA TiO,

GVHD: T.S Mai Thanh Phong

& T.S Nguyễn Thế Vĩnh SVTH: Trần Văn Lam MSSV: 60701223

ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

KHOA: KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ

Họ & tên: TRAN VAN LAM MSSV: 60701223

I Đầu đề luận án “NGHIÊN CỨU KHAO SAT KHA NANG CHONG TAC NGHEN CUA MANG LOC THAM THAU NGUQC RO DUQC PHU LOP VAT LIEU POLYVINYL ALCOHOL (PVA) VA TiO, ”

2 Nhiém vu (yéu cau về nội dung và số liệu ban đầu):

- Ché tao mang loc thâm thấu ngược RO có phủ/trộn vật liệu T1Ó›, PVA, PVA-T1Oa

- Khảo sát các đặc tính màng (như: thông lượng, độ loại muối, trở lực )và biểu hiện tắc nghẽn của màng có phủ(trộn vật liệu T1O›, PVA, PVA-T1O¿

3 Ngày giao nhiệm vụ Luận văn: 15/09/2011

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/12/2011

5 Họ và tên người hướng dẫn: Phân hướng dẫn :

T.S MAI THANH PHONG

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn

Ngày 15 tháng 09 năm 2011

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)

T.5 MAI THANH PHONG

SVTH: Trần Văn Lam

LOI CAM ON

Để hoàn thành được Luận Văn này, trước tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới

T.S Mai Thanh Phong và T.S Nguyễn Thé Vinh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt

quá trình thực hiện Luận văn

Xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô, anh chị cùng các bạn trong phòng thí nghiệm khoa Môi Trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong quá trình thí nghiệm Đồng thời xin gửi lời cám ơn tới các thành viên trong nhóm màng RO: anh Trần Lê Hải và Lại Vũ Tài đã cộng tác, giúp đỡ và cùng giải quyết mọi khó khăn trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Và cũng xin được gửi lới cám ơn chân thành với các thầy cô trong khoa KẾT Hóa Học nói chung và bộ môn Quá Trình & Thiết Bị nói riêng đã cung cấp những kiến thức cần thiết dé em

có thê thực hiện tốt dé tài Luận văn Cám ơn tắt cả các bạn trong lớp HC07MB đã luôn giúp đỡ

về mặt tỉnh thân cũng như vật chất để tôi có thể hoàn thành Luận văn

Và cuối cùng, xin gửi lời biết ơn đến gia đình, người thân đã luôn đứng bên ủng hộ và động

viên Đó là nguôn động lực lớn lao, là chỗ dựa tính thân vững chãi cho tôi trong suôt cả cuộc đời,

il

TÓM TÁT LUẬN VĂN

Màng RO polyamide (PA) được biến tính bằng cách phủ lên bề mặt màng một lớp mỏng PVA, PVA-TI1O; hoặc trộn các hạt T1Ô› trong quá trình tạo màng PA Nhờ tính ưa nước của các vật liệu biến tính màng sẻ nâng cao tính chất chống tắc nghẽn cho bề mặt màng Kết quá thí nghiệm

loại màng PA có trộn T1O; cho thấy sự hiện diện của T1O› trong lớp màng PA làm cho thông

lượng thắm của nước tăng lên nhờ các hạt TiO; có tính siêu thắm ướt và hút các phân tử nước vào trong màng Tuy nhiên độ loại muỗi của loại màng này bị giám xuống đáng ké do độ xốp của màng tăng Khi chạy tắc nghẽn với nước muối biển kết hop alginate thi cho thay tính chống tắc nghẽn của loại màng này không thực sự rõ ràng (tuy tốt hơn màng thương mại) Màng có hàm lượng 0.01% TiO; trong TMC cho thông lượng khá cao (20.9L/m”.h) và độ loại muối chấp

nhận được (99.1%)

Đôi với thí nghiệm chê tạo màng PA phủ lớp PVA, quá trình nồi mạng PVA trên bê mặt màng

PA được đem đi nung ở 100°C cùng tác nhân nói mạng là acid malic Tir két quả thí nghiệm cho thấy, thông lượng bị giảm khi phủ lớp màng PVA và thông lượng giám mạnh khi nồng độ dung dịch phủ PVA tăng lên Tuy nhiên, khi tăng nồng độ PVA thì khá năng chống tắc nghẽn cũng

tăng theo rõ rệt Màng có nòng độ 0.1% PVA có đặc tính kết hợp giữa thông lượng và tính kháng

tắc nghẽn tốt nhất Do đó, dung dịch 0.01% PVA được sử dụng dé phan tan TiO va phủ lên

màng PA trong nghiên cứu phủ lớp PVA-TiO; lên bề mặt màng PA

Kết quá thí nghiệm loại màng phủ lớp PVA-TiO; cho thấy: với hàm lượng TiO; tính trén 1g

PVA trong dung dịch phủ nhỏ hơn 10% (từ 1-7%) thì hầu như T¡O; bị giam trong lớp màng PVA làm giảm thê tích tự do và độ linh động của PVA cho nên các màng này có thông lượng thấp hơn

mang phủ PVA 0.1% Khi hàm lượng TiO; đạt 10% thì mạng PVA không giữ hết TïO; trong cấu

trúc mạng cho nên TiO; xuất hiện trên bề mặt màng làm tăng cường nhóm hydroxy], tăng tính ưa

nước của bề mặt mảng, cải thiện tính chất chống tắc nghẽn Khi một lượng khá lớn T1O¿ tồn tại

trên bề mặt màng chúng sẻ kết hợp và vón lại thành kích thước lớn làm tăng khuyết tật màng cho nên làm tăng thông lượng thấm của nước

1H

CHUONG 1; ĐẶT VẤN DE ooo ccccccccccccccecccsesesesesesessesesensesesenterereateatereseateresenttesentrerestererees 1

1.1 Tinh cap thiét (diiÝỶẢ 1 1.2 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 5 521 12212 1 1 11211111111121112122222 ra 3

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn c1 S119 1H 101111111 1111121111116 61H ky 4 1.4 Nội dung nghiên cứu - 2:2 1 21 2122212121 HH HH nà HH Hàn HH ng gia 4

CHUGONG 2: TÔNG QUAN u02 01 012121 12H22 H211 re 5 2.1 Định nghĩa, phân loại màng và quá trình màng - 5 (01210 11 11211 1 2111011411811 1111 ch 5

2.1.1 Dinh nghia mang lo .aa Ô 5 2.1.2 Quá trình vận hành màng c0 1221221111111 1111111111111 0111111181181 11 1111111 t4 5

2.1.3 Giới thiệu về công nghệ màng trong xử lý nước : ccìhhhhhree 6 2.2 Tổng qua về màng thâm thấu ngược RÔ : cà nhe 7 2.2.1 Khái niệm về quá trình thâm thấu ngược : -:- :- :22:22152212232211231231211212122,xe 7 2.2.3 Câu tao mang loc RO composite (Thin Film Composite - TFC): 16 2.2.4 Các yeu tô ảnh hưởng tới năng suất quá trình màng RÔ : ¿- 52: 2222 222222222 18 2.3 Tổng quan về vấn dé tắc nghẽn THẲN., à cành 19 2.4 Các phương pháp đánh giá sự tắc nghẽn của màng : c chen 25 2.5 Các công trình nghiên cứu đã công bô liên quan (L0 111121 11141111 11 Hye, 26

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU -525¿52:222222222226 30

3.1 Hóa chất và dụng cụ thí LỢI CUOIẾ MMMMMMMMMMMMMđđCđ111 30 3.1.1 Vật liệu và hóa chất : ¿5:52 2211212211112 11121212211212111111221221211 r2 30

4.2.2 Tinh ưu nước của mảng phủ PVA : uc nh HH HH HH HH 0x1 50

4.2.3 Khá năng chống tắc nghẽn của màng PA sau khi phủ PVA(TFC_PVA): 51 4.3 Màng TEC phú PVA- TÔ cành nh HH H22 t HH1 t2 HH tớ th 53 4.3.1 Các thông số và tính chất đánh giá màng PV A-TiO2 à: 22222221 21251212222 2e 53 4.3.2 Khả năng chống tắc nghẽn của màng PV A~TÌO¿ s: 52 2 1222121251251211211222222e2 54

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5: 25: 222122212221112211122110211121102111021121 121111112101 57

5.1.1 Về mảng PA col EEE nh nh HH nh HH HH TH Chu 57

5.1.2 Về màng PA phủ PVA - 6 2122121211 11121 11 12111211 1212112 a 37 5.1.3 Về màng PA phủ PVA ¿- : 2: 2111 sessetsstistististiitsisiisiisrisissstssiesesieseseesesen 37 5.2 Các kết quá đạt được của đề tài luận VaR cece ccc cceeeeecsecretscertitssnaresteritiererieneseed 58

TAI LIEU THAM KHẢO án tt HH HH nà Hinh HH1 T21 HH H11 re 59

DANH MUC HINH VE

Hình 1.1: Tắc nghẽn màng, rửa màng bằng hóa chất thường xuyên làm giảm tuổi thọ màng

Hình 1.2: Phân bố trữ lượng nước trên trái đất [1]Igor Shiklomanov, UNESCO, Paris, 1999]

Hình 1.3: Chi phí của quá trình lọc thâm thấu ngược

Hinh 2.1: Màng đôi xứng và không doi ximg[3]

Hình 2.2: Khả năng lọc của các loại màng khác nhau trong xử lý nước

Hình 2.3: Các kiểu chế độ cháy trong công nghệ mang

Hình 2.4: Cơ chế của quá trình thấm thấu xuôi và thâm thấu ngược

Hình 2.5: Mô tả sự vận chuyên dung môi qua màng xốp và màng chặt [3] 9 Hinh 2.6: Thé hoa học, áp suất và hoạt hoá dung môi qua màng theo mô hình khuếch tán[3] I1 Hình 2.7: Dữ liệu về sự loại bỏ muối và dòng nước đi qua khi cho thâm thấu một dung địch

muối (3.5 % NaCl)qua mot mang tham thau nguoc chat lượng cao [3] 12

Hình 2.9: Thay đôi nông độ trong mặt cắt ngang vuông góc với màng[2] 15

Hình 2.12: Công thức cấu tạo cua polyamide trén co s6 TMC — MPD 17 Hinh 2.13: Mang loc RO dang cuon (flat-sheet spiral) trên cơ sở polyamide 18 Hinh 2.14: Mét sé chất gây tắc nghẽn màng 20 Hình 2.15: Phân loại theo nguyên nhân gây tắc nghẽn màng 20 Hình 2.16: Tắc nghẽn thuận nghịch và bất thuận nghịch 22 Hình 2.17: Ba loại cơ chế tắc nghẽn 23 Hình 2.18: Cơ chế tích tụ chất hữa cơ tự nhiên lên bề mặt màng 24 Hình 2.19: Sự kết tụ của vi sinh vật lên trên bề mặt màng 24 Hình 2.20: Phức chất cua Ca va alginate 27 Hình 3.1: Công thức cấu tạo Pollysulfne [27] 30 Hình 3.2: Sự kết nỗi mạng giữa PVA và borax trong môi trường kiềm [15] 32 Hình 3.3: Phán ứng nối mạng giữa PVA và GA [23] 33 Hình 3.4: Cấu trúc TiO2 dang Rutil va Anatas 33

Hình 3.5: Cơ chế oxi hóa các hợp chất hữu cơ của TiO; [25] 34

Hình 3.6: Tính kháng khuẩn của màng chứa TiO; khi được chiếu tia UV 35

Hình 3.8: Hình chụp hệ thống thí nghiệm 37

Hình 3.10: Quy trinh tong hop mang TFC/TFN 39

SVTH: Trần Văn Lam

Hình 3.12: Quy trình chạy tắc nghẽn 43 Hình 4.1: Đỗ thị xác định trở lực màng trắng thông qua hệ số góc quan hệ tuyến tính của áp suất

Hình 4.2: Đồ thị về hằng số thấm của nước, của muối và trở lực màng 45 Hình 4.3: Đồ thị thông lượng khi chạy nước, chạy muối và độ loại muối 46 Hình 4.4: Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng TỉO; lên góc thấm ướt của màng PA_P25 46 Hình 4.5: Độ giảm thông lượng tương đối của màng thương mại, màng TFC và màng PA_P25

Hình 4.6: Độ giảm thông lượng tuyệt đối của màng thương mại, màng TEC va mang PA_P25

Hình 4.7 : Đồ thị biêu diễn góc thắm ướt của màng PVA 50

Hình 4.8 : Đồ thị ảnh hưởng của nông độ PVA trong dưng dịch nhúng màng lên độ giảm thông lượng tương đôi trong quá trình thí nghiệm chạy tắc nghẽn với tác nhân sây tắc nghén Alginate

51 Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn độ giám thông lượng theo thời gian của màng PVA 52

Hình 4.10: Đồ thị góc thám ướt của màng PVA-TiO; 53

Hình 4.11: Đồ thị độ giám thông lượng tương đối so với ban đầu của màng PV A-TiO; trong quá trình chạy tắc nghẽn 55 Hinh 4.12 : D6 thi độ giảm thông lượng theo thoi gian cua mang PVA-TiO2 55

DANH MUC BANG BIEU Bảng 2.2 : Các quá trình vận hành màng trong xử lý nước [3] oe eee eerie 5

Bảng 2.3: Tính tan của một số loại muỗi trong nước[6] .-s- 2-5 1221 1221211252 12121122.2xe 21

Bang 3.1: Héa chat thi nghiém

Bảng 3.2: Dụng cụ thí nghiệm

Bảng 3.3: Các loại màng khảo sát trong phản thí nghiệm về màng TEN . ¿5:5 40 Bảng 3.4: Các loại màng khảo sát trong phân thí nghiệm về màng PVA 22 css2scze 42 Bảng 3.5: Loại màng khảo sát trong thí nghiệm về màng PV A~TÌÒ¿ s2 222222222222 42 Bảng 4.1: Thông lượng đầu, cuối và độ giảm thông lượng của màng thương mại, màng TFC và mang PA P25 0.004 va 0.01% oii A3 47 Bảng 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ PVA lên chất lượng màng .- 2-52 22212212212 52% 49 Bảng 4.3: Thông lượng và độ giảm thông lượng của màng PA phủ PVA khi chạy tắc nghẽn 5 l Bảng 4.4: Ảnh hưởng của nồng độ TIÒ; lên tính chất và nang suat cla mang PVA-TiO) 53 Bang 4.5: Thông lượng đâu và cuôi trong khi chạy tac nghén tac nhan alginate cua mang PVA-

kỳ iiiiiiaiẳiiiddlẦẦlẦlẦlẦiliẳẳaẳẳẳaaidddididdidẳiiầẳầẳäẳäẳăẳ 54

vi

DANH SACH CAC TU VIET TAT

Quá trình lọc thấm thấu ngược ( reverse osmosis )

Qua trinh loc vi loc ( micro filtration )

Qua trinh loc siéu loc ( ultra filtration )

Qua trinh loc nano ( nano filtration )

Lop mang mong composite ( thin film composite )

Lop mang mong nanocomposite ( thin film nanocomposite )

Lop mang polyamid

PolyVinylAlcohol

Mang loc Polysulfone

Mang loc polyethersulfone

Đèn cye tim ( ultraviolet )

Téng carbon trong chat hitu co ( total organic carbon )

Khối lượng phân tử

Quang phé tia X ( X-ray photoelectron spectroscopy)

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

CHUONG 1: DAT VAN DE 1.1 Tinh cấp thiết của đề tài

Ngày nay, quá trình lọc màng có tâm quan trọng lớn trong thực phâm, hóa học, y học, dược,

công nghệ sinh học, xử lí nước thải, và các lĩnh vực khác của ngành công nghiệp Do khả năng loại bỏ bằng kĩ thuật cao và xử lí được nhiều mục tiêu Tuy nhiên, một trong những trở ngại chính khi sử dụng công nghệ màng là tắc nghẽn màng Tắc nghẽn được định nghĩa đơn giản là các tác chất gây tắc nghẽn bám lên màng và làm giảm thông lượng lọc của màng Chất tắc nghẽn màng làm ánh hưởng đến cả chất lượng và số lượng của sản phẩm và thời hạn sử dụng của màng

Do đó, hậu quả của chất tắc nghẽn luôn luôn làm giảm hiệu suất quá trình

Một số yếu tô quan trọng ảnh hưởng đến tắc nghẽn là: quá trình tiền xử lý nguyên liệu, điều

chỉnh tính chất của mảng, cải tiến điều kiện vận hành và sắp xếp module 1 cách tối ưu Mặc dù

tất cả các phương pháp trên làm giảm tắc nghẽn ở một mức độ nào đó chứ không loại bỏ hoàn toàn được tắc nghẽn Do đó, phương pháp làm sạch màng luôn luôn được sử dụng trong thực tế

Bến phương pháp làm sạch được phân loại: làm sạch thuỷ lực, cơ khí, hóa học và điện Trong số

những phương pháp này, làm sạch bằng hóa học là quan trọng nhất để phục hỏi thông lượng với

1 số hóa chất được sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp Để quá trình xử lí bằng màng hoạt động có hiệu quả, thì quá trình lọc phải được ngưng thường xuyên để làm sạch màng phục hồi kha nang lọc của màng Thường xuyên làm sạch có nghĩa là tăng chi phí cho nhân công và làm phức tạp quá trình lọc màng Hơn nữa, kết quá của làm sạch bằng hóa học làm chỉ phí tăng lên và cần xử

ly hoa chat thái và cuối cùng sẽ ánh hưởng đến thời hạn sử dụng của màng

—

Hình L 1: Tắc nghẽn màng, rửa màng bằng hóa chất thường xuyên làm giảm tuổi thọ màng Trong các ứng dụng của màng kể trên thì ứng dụng màng vào xử lý nước là một trong ứng

dụng thực tiễn và rộng rãi nhất trong giai đoạn hiện nay Trong rất nhiều loại màng được sử

dụng trong quy trình xử lý nước thì màng thâm thấu ngược RO mang đến một đột phá, một

CHUONG 1: DAT VAN DE

hướng đi mới trong việc xử lý nước đó là lọc nước biển thành nước ngọt Đặc biệt hiện nay, với nguồn nước ngọt đang thiếu một cách trầm trọng thì đây là một con đường đây triển vọng trong

công nghệ xử lý nước biển (97.5% nước trên trái đất là nước mặn)

Source: Igor A st (SHU St by dt Educational, Scientific and Cultural Organisation (UNESCO, Paris}, 1999

Hinh 1.2: Phan bo tri lượng nuớc trên trái đất L1Hgor Shiklomanov, UNESCO, Paris, 1999]

Tuy đã có những bước đột phá về công nghệ về màng RO và quy trình lọc nước biên Nhưng chi phí cho một hệ thống xử lý nước biển vẫn rất cao Trong đó chỉ phí về màng lọc chiếm 5% cộng thêm với chỉ phí hóa chất rửa màng, xứ lý hóa chất sau khi rửa màng gộp lại cũng đóng một phân lớn chi phí của quá trình lọc thâm thấu ngược

Membrane Replacement - 5%

Labor - 4% RS Maintenance & Parts - 7%

Consumables - 3% ©

Electric Power - 44%

Hình 1.3: Chỉ phí của quá trình lọc thẩm thấu ngược

Fixed Charges - 37%

Với nghiên cứu về đề tài tắc nghẽn này, tác giá sẽ phủ một lớp Polyvinyl aleohol (PVA) và

PVA/TiO; lên màng thâm thấu ngược RO Thin Film Composites (TFC) mong muén tao ra mét loại màng có tính kháng tắc nghẽn cao Với những đặc tính chung của PVA và T¡O¿ là kha tro, không độc, có khả năng biến tính màng theo hướng kháng tắc nghẽn, đặc biệt hai chất này rẻ

CHUONG 1: DAT VAN DE

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

tiền, dé kiếm quá trình phủ màng khá đơn giản, để thực hiện Với những lợi thế trên sẽ tạo ra

được loại màng có những đặc tính kháng tắc nghẽn cao, hiệu quả phân tách muối tốt, thông lượng nước cao và ôn định dẫn tới hạ giá thành màng đóng góp giám tong chi phí của quá trình lọc thấm thấu ngược Nếu chi phí của quá trình này ngày càng giám thì quy trình lọc nước biển

sẻ phố cập và thịnh hành, mang lại cơ hội cho người nghèo ở các nước đang phát triển có cơ hội được sử dụng nguồn nước sạch từ chính nguồn nước biền gần như là vô tận

1.2 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài -

Tính thực tiên Trong mấy thập niên gân đây khoa học nghiên cứu ứng dụng về màng nói chung và đặc biệt là công nghệ màng lọc RO nói riêng phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới Với những ưu điểm và khá năng lọc nước biển thành nước ngọt thành nước biển Ở các nước phát triển đã nghiên cứu, sản xuất chế tạo màng lọc RO và triển khai các nhà máy chế tạo màng RO thương mại, thiết kế quy trình và xây dựng các nhà máy xử lý nước biển thành nước ngọt Trong các nước có ngành công nghiệp màng RO phát triển nhất phải kề đến 2 quốc gia đó là Israel và

Mỹ là hai quốc gia có ngành công nghiệp tế tạo màng và lọc nước biên phát triển nhất Bên cạnh

2 quốc gia này thì một số quốc gia đang chú trọng phát triển ngành công nghiệp nói trên và cũng

có những sự phát triển đáng kể như: Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc Khi mà ngành công nghệ về màng lọc RO đang phát triển rực rỡ như vậy thì trong quá trình vận hành các hệ thống người ta thấy yêu tố ảnh hường lên thông lượng lọc của hệ thống lọc RO nói riêng và hầu như

toàn bộ các hệ thông vận hành màng lọc nói chung giảm nhanh theo thời gian Nguyên nhân

chính của việc thông lượng bị giảm đó là vấn đề tắc nghẽn Do đó, người ta muốn chế tạo ra một loại màng có tính chông tắc nghẽn đê thông lượng của màng én định với thời gian lâu hơn, thời gian thay màng được tăng lên để đảm báo chất lượng sản phẩm cũng như hạ giá thành Đó cũng chính là mục tiêu của đề tài theo đuôi

Đối với Việt Nam chúng ta là nước có dân số đông (khoáng 90 triệu người tinh dén nam 2011) không thiếu nước đến mức trầm trọng nhưng diện tích đất nước trai dai đọc theo 3260 km doc theo bở biển, ngư nghiệp là ngành phát triển theo hướng đánh bắt xa bờ phải lưu lâu ngày ngoài biển, ngành vận tái biển đang trên đà phát triển mạnh mẽ, những chiến tàu chở hàng đi trên

biển rất dài ngày Đặc biệt dân cư trên các đảo của Việt Nam van chưa có đủ nước sinh hoạt

Nguồn nước sinh hoạt cho cư dân trên đáo chủ yếu là nước mưa hoặc nước được chở từ đất liền

ra, tuy nhiên nước được chở từ đất liền ra với chi phí tương đối cao và không phái là cách giải quyết tốt nhất Đồng thời đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá mạnh mẽ, các thành phé du lich ven biển, các thành phố cảng sẽ mọc lên nhanh chóng và tại các đô thị này nguồn nước ngọt cũng không để dàng gì có được

Trong máy năm trở lại đây thì đời sống kinh tế của người dân càng được tăng lên, nhu cầu cung cấp nước sạch có chất lượng cao đã làm cho ngành lọc nước với màng lọc RO khá phát triền Một số công ty cấp nước, nước đóng chai cũng như các hộ gia đình đã sữ dụng công nghệ màng

lọc RO để cung cấp nước sạch chất lượng cao Tuy nhién,100% mang loc RO va gân như 100%

hệ thống màng lọc RO ở Việt Nam được nhập khẩu từ các nước như Mỹ, Đài Loan, Trung Quốc,

Hàn Quốc Hiện nay các nghiên cứu về màng RO ở trong nước rất ít, hầu như là không có Dẫn

đến việc năm bất và làm chủ công nghệ này còn chậm Đề tài luận văn “Nghiên cứu,khảo sat

CHUONG 1: DAT VAN DE

khá năng chỗng tắc nghẽn của màng lọc thâm thấu ngược được phủ lớp vat liéu polyvinyl alcohol (PVA) va TiO” mong muốn có những nghiên cứu ban đầu về để tài này làm tiền đề cho những nghiên cứu sau để bước đầu nắm bắt công nghệ và có những hiểu biết ngày càng sâu hơn

về lĩnh vực này đề có thê đưa ra những ứng dụng trong tương lai không xa

Tính khoa học: Cùng với việc nghiên cứu biến tính màng lọc RO nhằm nâng cao hiệu quá phân tách của màng (bao gồm nâng cao độ thâm thấu và cải thiện hiệu suất loại bỏ muối), việc nghiên cứu tăng khả năng chống tắc nghẽn của màng lọc đang là một trong những mục tiêu mà các nhà khoa học và các công ty sản xuất màng lọc đang tập trung nghiên cứu

Trong giới hạn của luận văn nghiên cứu khá năng chống tắc nghẽn của màng lọc RO được phủ lớp vật liệu PVA và TiO; hy vọng mở ra hướng nghiên cứu mới về công nghệ màng RO mới có khả năng chống tắc nghẽn cao ứng dụng trong lọc muỗi nước biển cũng như tái sinh nước thải ở Việt Nam,

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

e_ Phủ lớp vật liệu PVA và PVA/TiO; lên bề mặt của màng RO tang kha nang khang tac nghẽn của màng RO trong quá trình lọc muối nước biên

e Phan tán hạt nano TiO; vào trong cấu trúc màng lọc RO trong quá trình chế tao mang tao

ra màng mỏng nanocomposite (TEN) nhằm cải thiện khả năng chống tắc nghẽn màng trong quá trình loc muối nước biển

1.4 Nội dung nghiên cứu

Bao gôm 4 mục tiêu sau :

e _ Chế tạo và kháo sát cac dac tinh cua mang TFC, TFN, mang TFC phi PVA va mang RO

phủ PVA/TIO; như : Độ thấm thấu của nước và muối (A,B); Tro lye màng (R„); Độ loại

mudi (X,)

e Khao sát ảnh hưởng của hàm lượng T1OÓ; (%kl) trong dung dịch TMC lên đặc tính của

các loại màng TN khi chạy nước và chạy muối

© - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ PVA (%&kl) trong dung dịch nhúng phủ lên bề mặt màng

PA lên khá năng chống tắc nghẽn các loại màng này khi chạy tắc nghẽn bằng nước muối bién + alginate

e Khao sat anh hưởng của hàm lượng T1O; (%ok]) trong dung dịch PVA 1% nhúng phủ lên

bé mat màng PA lên khả năng chống tắc nghẽn các loại màng này khi chạy tắc nghẽn bằng nước muối biển + alginate

CHUONG 1: DAT VAN DE

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

CHUONG 2: TONG QUAN

2.1 Dinh nghia, phan loai mang va qua trinh mang

2.1.1 Định nghĩa màng lọc

Màng có thể được định nghĩa như một lớp phim mỏng tách hai pha hoạt động như một rào cán

có chọn lọc cho việc vận chuyên vật chất Định nghĩa này bao gồm định nghĩa về màng thấm

chọn lọc và ngụ ý rằng tôn tại sự khác nhau của hóa thê giữa hai pha Điều này rất quan trọng vì

nó chỉ ra rằng màng không được định nghĩa như một loại vật liệu thụ dong (passive) nhung tốt

hon vat ligu chire nang( functional material) Cau tric va dac tinh cla mang duoc thé hién qua thông lượng và độ chọn lọc của màng Hai yếu tố này chủ yếu phụ thuộc vào bản chất của các thành phần chứa trong hai pha và động lực của quá trình Đây là lý đo vì sao phân loại theo độ chọn lọc có khá năng thê hiện tốt hơn đặc trưng của màng so với phân loại theo cầu trúc.[2]

cao, boo- foo hề,

Mang bat doi xing

Mang giéng

chat long Liquid-

Loeb Sounrajan composite mane

Hình 2.1: Màng đối xứng và không đối xứng[3]

2.1.2 Quả trình vận hành màng

Định nghĩa quá trình vận hành màng (membranes operatlon) : Là một sự vận hành mà trong

đó có dòng vào bị phân ra hai dòng : dòng thắm chứa vật chất xuyên qua màng và dòng được giữ

lại không thấm qua màng Sự vận hành màng có thể được sử dụng để cô đặc, làm sạch chất tan,

tách hỗn hợp Trong số các quy trình phân tách thì màng lọc được sử dụng rộng rãi hơn cả

- Phân loại : Có thể phân loại các loại vận hành màng theo các tiêu chí sau đây:

embrane Dong hre qua trinh oc Cau trúc mang

: , Lỗ mảng lớn h

50nm

Trang 5

CHUONG 2: TONG QUAN

Siéu loc (UF) Ap suat Ray sang Lỗ mảng từ 2-50nm | L | L

Rây sàng + (hòa Lỗ màng bé hơn

gc nano (NF) p suất an/khuếch tán, + loại trừ) 2nm

Thâm thầu ; , Hòa an/khuêch tán, + loại

* Phase | la pha trong dong vao

2.1.3 Giới thiệu vỀ công nghệ mùng trong xử | nước :

Công nghệ màng xử lý nước thái và nước cấp ngày càng phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên, vấn đề tắc nghẽn màng vẫn là trở ngại chính đổi với sự ứng dụng rộng rãi của công nghệ màng Hơn nữa, khả năng ứng dụng ở quy mô lớn trong xử lý nước thải đòi hỏi sự giảm giá thành màng Trong những, năm gan đây, một số nghiên cứu tập trung vào vấn đề tắc nghẽn màng mà chủ yếu

là các nhân tô gây tắc nghẽn, cụ thể là tính chat bùn, thông số vận hành, vật liệu chế tạo màng và tính chất của đòng thải đầu vào Sự phức tạp của chất gây tắc nghẽn màng và bùn hoạt tính vẫn còn gây ra những vấn đề khó hiểu

Có 4 loại công nghệ lọc màng được dùng phô biến trong xử lý nước và nước thải :

+ Cong nghé mang vi loc (Microfiltration)

+ Cong nghé mang siéu loc (Ultrafiltration)

+ Công nghệ màng lọc nano (Nanofiltration)

+ Công nghệ màng lọc thâm thầu ngơjợc (Reverse Osmosis)

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

Thông qua các quá trình này, phân tử chat tan và pha phân tán trong lưu chất cần xử lý được loại tách thành 2 dòng, dòng lưu chất có nồng độ cao và dòng thấm đã được xử lý Trong công nghệ mang có 2 chế độ hoạt động khác nhau tùy thuộc vào 2 kiểu dòng chảy: kiểu dòng cháy ngang (cross-flow) và kiểu dòng chảy đứng (dead-end)

a) Kieu dead-end b) Kiéu cross-flow

Hinh 2.3: Các kiểu chế độ chảy trong công nghệ màng

Kiểu dòng chảy dead-end dan đến hiện tượng tắc nghẽn màng nhanh hơn kiểu dòng chảy cross-flow, hay néi khac hon la kiéu dong chay cross-flow khắc phục nhược điểm tắc nghẽn màng nhanh chóng của kiểu dòng chảy dead-end va duge str dung réng rai trong cac quy trinh

xử lý nude Trong kiéu dong chay cross-flow hru chat có áp suất được chảy ngang trên bề mặt màng ở tốc độ cao làm hạn chế sự tắc nghẽn đo các chất bân khóa lỗ xốp và tạo lớp bã bên trên

bề mặt màng Một số chất nhiễm bắn trong nước thai tích lũy dần dần trên màng tạo thành lớp mỏng trong suốt quá trình màng hoạt động Quá trình này được gọi là tắc nghẽn và xáy ra dần theo thời gian kèm với sự suy giám lượng nước thấm qua màng Khi màng không còn đạt thông lượng nước sạch như mong muốn, người ta tiến hành rửa sạch màng bằng nước hoặc hóa chất

Màng có thể được làm sạch nhiều lần tùy thuộc chế độ hoạt động và bảo dưỡng do nhà sản xuất

qui định

2.2 Tống qua về màng thấm thấu ngược RO :

2.2.1 Khải niệm về quả trình thâm thấu ngược :

Sự thấm thấu ngược xảy ra khi một màng bán thâm có tính chọn lọc (chỉ cho nước đi qua, không cho chất tan đi qua) phân tách hai dung địch lỏng có nồng độ khác nhau Nếu chênh lệch áp suất AP hai bên màng lớn hơn áp suất thấm thấu Ar, hướng dòng lưu chất thấm thấu sé bi đảo ngược so với khi áp suất cân bằng (hoặc AP<Ar), nước sẽ đi từ phía dung dịch có nồng độ muối cao sang phía có nồng độ muối thấp Quá trình này gọi là quá trình thâm thấu ngược (RO)

CHUONG 2: TONG QUAN

MEMBRANE APPLIED PRESSURE

Water flows from low Osmotic Pressure is the By applying pressure greater

concentration of salisto pressure required to stop than Osmotic Pressure, flow of

higher concentration water flow and reach waler is reversed, waler llows

R : hằng số khí lý tưởng (8,314J/mol.K)

T: nhiệt độ (K) Trong dung dịch loãng, áp suất thấm thấu có thể đánh giá bằng định luật Vant° Hoff

z= „8T hoặc Z#=ŒWf

n, : tông hàm lượng chất tan trong dung dịch (mol)

C : tổng nồng độ chất tan trong dung dich (mol/l)

V: thể tích dung môi (I)

Trong dung dịch không ly tưởng (không phải dung dịch loãng) và các 1on không phân ly, định

luật Van't Hoff được điều chỉnh:

7z =ijRT i: hệ số phân ly bằng số ion và số phân tử trên mol chat tan sinh ra bởi sự hòa tan chất tan

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

Đánh giá thé ap suat tham thau của nước biên, có thể tinh toán giá định trên tông hàm lượng chất ran héa tan cua nude mudi NaCl G néng dé NaCl thấp, áp suất thâm thấu có thể tính gần đúng:

a =8 bar! wt oy

Wt%nact : la phần trăm khối lượng NaCl trong nước muối

Áp suất thấm thấu thực tế của nước biển thấp hơn khoảng 10% so với dung dịch NaCl do sự xuất

hiện các ion lớn hơn (như Mg”*, Ca**, NHy*, CO3”, SO,” )

Dựa vào lý thuyết khuếch tán trên ta đưa vào tính toán cho quá trình khử mặn nước biến Trong quá trình lọc muối, phía đầu cấp (nước biển) hoạt động dưới một áp suất cao và phía đầu

ra (dung dịch loãng) có áp suất không đáng kế Sự chênh lệch áp suất cao hơn áp suất thâm thầu của dung dịch cấp (nước biên) Áp suất vận hành trong ứng dụng thâm thấu ngược dao động ở 15

bar (lọc muối nước lợ), 60 — 80 bar (lọc muối nước biển) và có thê lên đến 200 bar (xử lý nước rỉ

rác trong từ hồ chôn rác)

2.2.2 Cơ sở {ý thuyết về thẩm thấu ngược :

Ly thuyét van chuyén qua mang(membrane transport theory):[ 3]

Do mang loc dang là lĩnh vực còn khá mới.Do đó có rất nhiều lý thuyết mô tả các quá trình xảy ra trong màng Trong khi còn khá nhiều tranh cãi bàn luận thì có 2 cở sở lý thuyết về thuyết

vận chuyên được thực tiễn chứng minh và được công nhận khá rộng rãi đó là: Ä⁄ô hinh khuếch

tán dưng dịch và mô hình dòng mao quản Mô hình khuếch tán tuân theo định luật Fiek trong khi

mô hình dong mao quản tuân theo định luật Darcy

ta bang mang xop

hoạt của các thâm trong màng

Hình 2.5: Mô tả sự vận chuyên dung môi qua màng xốp và màng chat[3]

Mang RO được đa số các nhà khoa học công nhận là màng chặt khít, không có lỗ xốp(dense) Do

đó, mô hình lý thuyết phù hợp với loại màng này là mô hình khuếch tán

CHUONG 2: TONG QUAN

M6 hinh khuéch tan:

Cơ sở để mô tả toán học cho quá trình khuếch tán trong màng là lý thuyết về nhiệt động học

Trong mệnh đề này thì sức ép của áp suất, nông độ, nhiệt độ và thế điện thì tương tác với nhau,

còn động lực cho quá trình xuyên thấm của dung môi là gradient nồng độ và gradient áp suất

trong mảng:

Ta có, dòng ¿; (g/cm”.s) của cấu tử ;,được mô tả bằng biểu thức đơn gián

đu

J, =-L, x i i 7 (2.1) 21

Trong đó : du/dx : Hóa thé cau tt i

L¡ : Hệ số tỉ lệ (Không nhất thiết phải là hệ số)

Trong môi liên hệ trên thì động lực của quá trình chính là thế hoá Các dong lye nhu Gradient

nồng độ, áp suất, nhiệt độ và thé điện có thể được biến diễn như công thức trên Cách tiếp cận này rất có lợi, bởi vì nhiều quá trình có thê có hơn một động lực, chăng hạn như động lực của quá trình thâm thấu ngược là bao gồm cá áp suất và nồng độ Hạn chế các tiếp cận với động lực phát sinh từ áp suất và nồng độ thì hoá thế được viết :

Trong đó :

n,: Phần mol của cấu tử ï, (mol/mol)

y¡ : Hệ số hoat hoa cua cau tir i, (mol/mol) nó thể hiện mi liên hệ giữa phần mol với độ hoạt

hoá

p: Áp suất

Đị: Nông độ mol thể tích của cấu tử 7, (mol/l)

Trong cac pha không nén được như một dung dịch lỏng hoặc một màng ran, thé tich không

thay doi theo ap suat Trong mot hé kin, tích phân công thức 2.2 theo áp suất và nông độ cho ta:

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

Dense solution-diffusion membrane

Hình 2.6: Thế hoá học, áp suất và hoat hod dung méi qua mang theo mé hinh khuéch tén[3]

Tw dinh ludt khuéch tan Fick ap dung cho chat long khéng nén duge cing cach lay vi tích phân đã đưa ra được công thức tính thông lượng dòng muối sau:

DK}

Hệ số thu hồi (giữ lại) dự đoán khả năng phân tách muỗi từ dòng dung dịch vào

Đối với một mang chon loc hoàn hảo thì không có muối đi qua mang, cy = 0 va R = 100%,

doi voi một màng không chọn loc thic,; = đ;¿ và 8 = 0

Ap suiất tác chua (Ðsig)

Hình 2.7: Dữ liệu về sự loại bỏ muối và đòng nước di qua khi cho thâm thấu một dung dịch

muối (3.5 % NaClqua một màng thâm thấu ngược chất lượng cao [3]

Dòng muối thì tương thích với công thức 2.7 độ loại muối hăng số và không phụ thuộc vào áp suất Còn dòng nước trong công thức 2.5 tăng lên theo áp suất và dòng băng 0 ở áp suất 350 psi

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

của nước biển Với hình ảnh này chứng minh được lý thuyết trên phù hợp với thực tế chạy lọc muối

Sw phan cwe nong dé (Concentration Polarization)

Trong quá trình lọc thâm thấu ngược bằng màng lọc TFC, ta can chi y dén sy phan cye nồng độ vì nó ánh hưởng đến năng suất suất lọc của màng Sự phân cực nồng độ trong thâm thấu ngược đã được nghiên cứu từ rất lâu, nguyên nhân dẫn đến sự phân cực nồng độ là do khi một

dung dịch được đưa tới bề mặt mảng bởi một động lực truyền (như áp suất), khi đó có loại phân

tử sẽ thắm được qua màng, còn những loại phân tử khác sẽ bị giữ lại; điều này dần dần sẽ dẫn tới

sự tích lũy các cấu tử bị giữ lại, hiện tượng này gọi là sự phân cực nông độ

Tác hại của sự phân cực nồng độ là làm tăng áp suất thâm thấu và làm giám khá năng thấm qua của nước lọc Trong quá trình thâm thấu ngược xảy ra với các cấu tử có kích thước lớn bị giữ lại nên sự gia tăng áp suất thâm thâu do sự phân cực nồng độ là không đáng kể Tuy nhiên,

sự tích lũy các hợp chất này khi đến một giá trị giới hạn có thê làm thay đôi mức độ hòa tan của

những phan tử tích tụ, hệ quả của nó là dẫn đến sự kết tủa các phan tử tích tụ này hình thành một

lớp chất rắn trên bề mặt màng, di nhiên lớp này sẽ làm giảm thông lượng nước sạch cháy qua

mảng

Còn trong thâm thấu ngược nước muối sự phân cực nông độ dẫn tới sự gia tang nông độ muối

hòa tan trên bề mặt màng sẽ làm gia tăng đáng kế áp suất thâm thấu Hiệu ứng về sự phân cực nồng độ vẫn diễn ra ngay ca trong sự cháy rỗi của | dong nước áp lực cao ở gần sát bề mặt mảng, trong suốt quá trình lọc một trạng thái cân bằng vẫn diễn ra: đó là sự truyền đối lưu những chất tan tới bề mặt màng sẽ cân băng với sự khuyếch tán muối hòa tan bị loại bỏ tích tụ trên màng quay trở lại dung dịch Bằng cách gia tăng sự hỗn loạn dòng chảy trong dung dịch nhập liệu, ta chỉ có thể làm giám đi sự phân cực nồng độ chứ không thể làm nó biến mắt được

Cac thông số xác dinh hiéu qué mang loc:[2,4,5]

Có hai thông số cơ bán và quan trọng trong việc đánh giá hiệu quá màng đó là : thông lượng nước qua màng (J„) và độ loại bỏ muối quan sát (X,) Đây là 2 thông số có thê đo đạt và 2 thông

số thương mại để đánh giá hiệu quả màng lọc RO

Công thức tính thông lượng nước:

TP (2.10) Trong đó :

Q; : Lưu lượng nước qua màng (ml/s)

K;: độ dẫn của dung dịch đi qua màng

Ky: độ dẫn dung dịch muối (nước biển ) trong hệ thống

Trong nghiên cứu , dựa trên mô hình khuếch tán dung dịch, lực vận hành để thấm thấu cho

mỗi thành phần có thê chia lam hai dang: chênh lệch nồng độ và chênh lệch áp suất giữa phía cấp

và thâm thấu Có thể đánh giá thông lượng muối J; và thông lượng nước J„ qua lọc bằng công thức:

Cm, Cp: la nong độ muối trên bề mặt màng và phía thấm thấu

A,B: là hệ số thâm thau nude (cm/bar.s) va tham thau mudi (cm/s)

được tìm ra từ thực nghiệm Hai thông số Á và B cho biết được sự khác biệt về tính thấm thấu và cầu trúc của màng

Độ loại bỏ muối thực Rs được tính theo công thức:

fm

Cách tính hệ số truyền khối qua màng: [2.5]

- Xác định hệ số truyền khối và các công thức tính:

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

Hinh 2.9: Thay doi nông độ trong mặt cắt ngang vuông góc với màng[2]

Theo hình trên và dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có:

dụ=2H, (H : đường kính thủy lực của kênh dẫn.)

CHUONG 2: TONG QUAN

Từ hệ số truyền khối ta tính được độ loại muối thực của màng từ các công thức (2 L7):

1—X;+X;.exp ®)

Ss

Từ độ loại muối thực và nông độ muối trên bề mặt màng ta tính ra các hệ số thâm thấu nước và

muỗi tương ứng : A,B [2,3,4]

2.2.3 Cau tao mang loc RO composite (Thin Film Composite - TFC):

Mang TFC gém có ba thành phần cơ bản: màng polyamide siéu mong (50 — 500 nm) nằm ở phía trên màng polysulfone xốp được gia cường bằng một lớp sợi polyester không đệt đưới đáy Trong đó, lớp màng polyamide (PA) trên bề mặt là thành phần quan trọng nhất, chỉ phối tính chat và khá năng phân tách của màng Màng polysulfne (PSF) đóng vai trò lớp màng hỗ trợ tính chat cơ lý Ưu điểm của mang TFC 1a cé thé diéu chỉnh từng thành phần để đạt được hiệu quá phân tách mong muốn

Be)

{polyamide}

Hinh 2.10: Cau tao mang RO TFC

Màng PSF được sử dụng phô biến do có độ ôn định nhiệt, cơ lý, hóa học và khả năng chống

vi khuẩn tốt Màng PSF thương mại được chế tạo bằng phương pháp nghịch đảo pha

Màng PA được chế tạo theo phương pháp trùng hợp insitu (ngay tại bề mặt phân pha của monomer meta-phenylene diamine (MPD) hoa tan trong nudc va monomer trimesoyl chloride

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

(TMC) trong dung môi hữu cơ) Trong quá trình phản ứng tại bề mặt phân pha, hai pha nước và pha hữu cơ không trộn lẫn vào nhau được đưa tiếp xúc với nhau trong điều kiện không khuấy trộn, ngay lập tức một màng PA mỏng không hòa tan hình thành trực tiếp ngay tại giữa hai pha Sau một thời gian phán ứng rất ngắn, lớp màng bắt đầu phát triển chậm lại do sự hình thành lớp chắn có cầu trúc không gian dày đặc ngăn cán sự khuếch tán của amine

Hình 2.12: Công thức cầu tao ctia polyamide trén co sé TMC — MPD

Thị trường màng lọc RO hiện nay chủ yếu la mang mong composite (TFC) tr vat liu polyamide Loại màng này được chế tạo bằng phương pháp phản ứng polymer hóa trên bề mặt phân chia pha trên nền màng đỡ PSF

Màng đạng cuộn được sử dụng nhiễu nhất trong khử muối bằng RO Nó cho điện tích bề mặt màng lớn, đễ dàng lắp đặt ở quy mô lớn, thay đổi đễ dàng, giá thành thay thế thấp và quan trọng nhất là chế tạo màng dạng tâm phang (flat-sheet) cho giá thành thấp nhất Hiện nay trên thị trường màng RO hay lọc nano (NF) polyamide chiếm 91%, còn lại là màng Cellulose Acetate (CA) đứng thứ 2 Mặc dù màng CA kháng chlorine, chống vi sinh vật tốt hơn, có thể rửa bằng

CHUONG 2: TONG QUAN

chlorine dé dang, nhung cac mang PA cho khử muối cao hơn và ôn định áp suất cao hơn Bốn hãng lớn trên thế giới sản xuất loại màng này là Dow Chemical, Torray, Hydranauties và Toyobo Hiện nay, nhà máy khử muối nước biển bang céng nghé loc RO (SWRO) lớn nhất thé giới đặt tại Ashkelon, Israel với năng suất 110 triệu m”/năm có khả năng cung cấp nước ngọt cho

100.000 người

Outer Wrap

Hinh 2.13: Mang loc RO dang cu6n (flat-sheet spiral) trên co so polyamide

www Roplant.co.kr

2.2.4 Cúc yếu tổ ảnh hướng tới năng suất quá trình màng RO:

Sự gia tăng áp suất thấm thấu do phân cực nồng độ: Loại bỏ các phần tử chất tan (muối)

và các phân tử khác (v1 sinh vật, chât hữu cơ, vô cơ ) băng màng RO dẫn đến sự tính tụ của

các vật chất với nồng độ cao này phía trên bề mặt màng Hiện tượng này gọi là phân cực nồng độ Hiện tượng này có những ảnh hưởng lên hiệu suất phân tách của màng:

e©_ Làm giảm độ loại bỏ do thông lượng muối cao hơn (vì sự gia tăng nồng độ muối trên bể mặt màng)

© Sv gia tăng của các ion hóa trị hai trên bề mặt màng có thẻ dẫn đến kết tủa lớp trên bể

mặt màng, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất lọc

e©_ Thông lượng nước giảm do áp suất thâm thấu tăng (vì nồng độ muối phía trước màng

tang)

Sự giảm cập của màng:

— Các chất hóa học sử dung trong qua trình tiền xử lý nước trước khi vào quá trình lọc

— Các hóa chất sử dụng để rửa, vệ sinh mảng

—_ pH trong nước cấp quá thấp hoặc quá cao

Các yêu tổ trên có thê phá hủy lớp màng chọn lọc, lớp màng hỗ trợ Làm giám hiệu quá loại bỏ

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

Gây ra bởi sự lắng đọng và phát triển của các vi sinh vật lên bề mặt màng đo các quá trình tiền

xử lý trước quá trình lọc không thê loại bỏ hoàn toàn các vi sinh vật này Sự tắc nghẽn này gọi là tắc nghẽn sinh học Tắc nghẽn sinh học làm bít các lỗ xốp (lõi lọc) kích thước nano trên bề mặt màng Tắc nghẽn sinh học và sự đóng cặn làm gia tăng áp suất vận hành, tăng chỉ phí duy trì, giám đáng kế hiệu suất lọc, góp phần làm giám tuổi thọ của màng

Hiện nay, các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu dé đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế và loại bỏ quá trình tắc nghẽn màng lọc trong quá trình hoạt động nhằm nâng cao hiệu quả phân tách, tuôi thọ của màng và làm giảm chỉ phí vận hành trong quá trình lọc

2.3 Tông quan về vấn đề tắc nghẽn màng

2.3.1 Tắc nghẽn màng: Định nghĩa, phân loại và tác hại của nó

Định nghĩa sự tắc nghẽn: Là hiện tượng không mong muốn của năng suất loai bé (separation performance) do sy tích tụ của các chất không tan trên bề mặt màng và/hoặc bên trong lỗ xốp

của màng [6]

— Ap-An

J ~ H(Rm+Raq)

Với R„: Trở lực màng trang; R= Rept Re (tro lye trong qua trinh chay mang) , Rep: Trở lực

do phân cực nồng độ (không đáng kê), R, Tro lực lớp bã lọc

Tác hại của quá trình tắc nghẽn: rõ ràng khi thông lượng nước giảm xuống ảnh hưởng đến hiệu

(công thức thể hiện sự giảm thông lượng khi trở lực tăng lúc có tắc nghẽn)

quả của quá trình lọc, mọi cố gắng trong khâu chế tạo màng nhằm đạt được lớp màng thành phâm có thông lượng nước cao bây giờ còn phải gánh thêm khâu hạn chế quá trình tắc nghẽn của màng, màng ứng dụng được trong thực tế lúc này không những phải có thông lượng nước ban đầu cao mà còn phải có khả năng chống tắc nghẽn khi vận hành Thực tế, hiện tượng tắc nghẽn dang là van dé nan giải nhất mà các nhà nghiên cứu đang tập trung giải quyết, hàng loạt phương pháp nghiên cứu mới nhằm tìm hiểu rõ bán chất của hiện tượng tắc nghẽn từ đó làm giám thiểu

nó xuất hiện

Đề thoát khỏi tắc nghẽn có hai phương pháp xử lí là rửa màng (thường rửa bằng hóa chất) hay

cầu kì hóa giai đoạn tiền xử lí nước trước khi đem lọc thâm thấu ngược, như vậy dẫn đến làm

phức tạp hóa khâu vận hành vì phải dừng quá trình lọc và chị phí vận hành tăng lên

Ngoài ra hiện tượng tắc nghẽn còn làm áp suất vận hành cao hơn và làm màng dễ bị hủy hoại

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

+) Phân loại theo tác nhân gây tắc nghẽn [6]

© Chat v6 cơ: (CaCOa, CaSO¿, SiO›;, BaSO¿, SrSO¿, Al,Si,O,)

e - Chất hữu cơ: (Chất hữu cơ hoa tan, humic & fulvic acids, biopolymers)

e Chat keo: (Dat sét, am-S1O›, am- AlaOa, am-FeOOH, am-MnO2)

e Vi sinh vat: (viruses, vi khuẩn, nắm, tảo)

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

dẫn đến hiện tượng kết tỉnh và đóng cặn trên màng Một số ion hòa tan chủ yêu gây đóng cặn cần kiểm tra là Ca", Mg?”, CO”, SO¿ “, silica và sắt Để tránh tắc nghẽn vô cơ, trong quá trình phân tách RO có giai đoạn tiền xử ly để điều chỉnh pH ổn định với giá trị 4 — 6 Acid dùng để ôn định

pH phải là loại đạt tiêu chuẩn dùng trong thực phẩm

Bảng 2.3: Tính tan của một số loại muối trong nước|6|

Loại muôi Phương trình phản ứng PK (25°C)

Caxi carbonate (Da voi) CaCOx(s)=Ca + CO” 8.2

Caxi orthophosphate CaHPO4(s) = Ca” + HPO,” 6.6

Caxim sulfate (gypsum) CaSO,(s) = Ca*” + SO” 4.6

Strontium sulfate SrSO,(s) = Sr*"+ SOy” 6.2

Silica (amorphous) o-SiO2(s) + 2H2O = Si(OH)4(aq) 2.7

Caxi fluoride CaF2(s) = Ca” + 2F 10.3

Chat tac nghén keo[7,8]; cac phan tt dang hat trong nude cap, co thé chia làm bốn loại phụ

thuộc vào kích thước hạt: chat rắn ôn định (>100um), chat ran keo lớn (supra-colloid) (1-100 um), chat ran keo (0,001-1 am), chất rắn hòa tan (<10Ä) Các phần tử keo này đễ kết tụ và lắng

đọng lên màng đạng lớp gel Các hạt lớn hơn 25 um có thể loại bỏ bằng phương pháp lọc cát, lọc

ME, UF Ngoài ra còn có thê loại bỏ bằng cách thêm vào các chất kết tụ tạo bông

Chất tắc nghẽn sinh học[2]: trong nước cấp tồn tại các loại vi sinh vật như vi khuẩn, nắm, tảo,

virus Tắc nghẽn sinh học rất khó loại bỏ vì chúng có khá năng sinh trưởng rất nhanh và có khá năng tự báo vệ đối với chất diệt khuẩn bởi lớp gel sinh học bao quanh Theo công bố của các nhà

khoa học, nếu số lượng vi khuẩn > 108 CFU/ml thi khá năng tác nghẽn sinh học rất khó tránh

khỏi Chỉ có thể hạn chế bằng cách tiền xử lý diệt khuan bang chlorine, tuy nhién chlorine chính

là chất oxi hóa có khá năng phá hủy màng Một trong nhưng hướng đi sang sua va day trén vọng

để giài quyết vấn đề này được một số tác giả áp dụng và đạt được một số thành công đó là phủ

1 lớp TiO; lên bề mặt màng[9,10 ] Hiệu quả của phủ các phân tử TiO; lên bề mặt màng và

chiếu bức xạ UV để tạo ra màng có khả năng tự làm sạch Lớp hạt T1O; phủ bề mặt mảng không

chỉ có tính quang xúc tác mà còn lam tăng tính dính ướt của màng

Chất tắc nghẽn hữu cơ[1 1]: một sô chất hữu cơ tồn tại trong môi trường nước tự nhiên như acid humic, acid alginic, Nồng độ của những chất này trong môi trường nước lợ khoảng 0,5 — 20 mg/L TOC và trong môi trường nước mặn (nước bề mặt) khoáng 100 mg/L TÓC Chúng thường kết hợp với các ion mà chủ yếu là Ca””, Mg”” tạo phức chất và kết hợp thành một lớp gel bám lên bề mặt màng gây hiện tượng tắc nghẽn màng Các loại chất tắc nghẽn hữu cơ này có thê loại

bỏ bằng quá trình tiền xử lý bằng kết tủa, kết tụ tạo bông với chất tạo bông hydroxide, hấp phụ

bằng cacbon hoạt tính hoặc lọc qua hệ thong loc MF (microfiltration) va UF (ultrafiltration) +) Phân loại theo biểu hiện hình thành tắc nghẽn:

CHUONG 2: TONG QUAN

Tuy nhiên như đã để cập, quá trình tắc nghẽn là quá trình phức tạp gây ra bởi nhiều yếu tố gây tắc nghẽn cùng tổn tại đồng thời nên ta cũng phân loại tắc nghẽn dựa trên biêu hiện hình thành lớp tắc nghẽn gồm có: tắc nghẽn thuận nghịch và tắc nghẽn bắt thuận nghịch

2.3.2 Cơ chế của tắc nghẽn mùng

Tắt cả các chất tắc nghẽn bám lên bề mặt màng RO theo 3 bước sau:

Thứ nhất là, sự vận chuyên các phần tử gây tắc nghẽn đến bề mặt màng lúc này chỉ tiếp xúc

với dung dich nude đem lọc diễn ra nhờ sự kết hợp hiện tượng đối lưu cưỡng bức của dòng thấm

qua và khuếch tán các phần tử này quay trở lại dung địch đem lọc Giai đoạn này có sự tác động

của sự phân cực nông độ hay đơn giản chỉ là lực lôi kéo đơn thuần

Thứ hai là, những tác nhân gây tắc nghẽn đầu tiên bám trên màng được quyết định bởi sự cân bằng các thành phần lực tác động đến các phân tử này bao gồm lực gây bởi dòng áp lực cao và lực bề mặt giữa màng và tác nhân gây tắc nghẽn

Thứ ba là, sau khi lớp bám dính ban đầu hình thành, phần tử bám đính trên màng sẽ làm thay đổi tính chất bề mặt màng, lúc này bề dày lớp phần tử này lớn lên và được chỉ phối bởi sự khống chế cân bằng giữa lực gây ra bởi dòng áp lực cao và lực tương tác giữa tác nhân- tác nhân Tuy nhiên tùy vào từng loại tắc nghẽn mà cơ chế hình thành và phát triển lên bề mặt khác nhau Thông thường cơ chế của tắc nghẽn màng nói chung được phân ra làm 3 cơ ché sau : Hap phụ, khóa lỗ xốp và lắng đọng hình thành lóp cake [6]

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

thuộc cơ chế nào Với ÀA < 1: Co ché hấp phy; Axl: Co ché bit 16 xốp và À>l: cơ chế lắng

loại màng này là hình thành lớp cake tắc nghẽn

Cơ chế hấp phụ và khóa lỗ xốp thì phù hợp với các loại màng có lỗ xốp (như ME, UF) Các cơ chế cụ thể tạo nên cơ chế hình thành lớp cake tắc nghẽn trong màng RO như sau :

Cơ chế tắc nghẽn kết tủa : Dựa trên các thông số sau đây đê xác định cơ chế hình thành tắc nghẽn do kết tủa

© - Dựa trên tích số tan của muối A,B, : Tích nồng đó mà lớn hơn tích số tan thì kết tủa, nhỏ hơn sẻ không có kết tủa

° Hang số hoạt hóa trung bình của muối A,By:

logy, 5 =—0.509z,z, VJI;I= sha

Cơ chế hình thành tắc nghẽn chất hữu cơ tự nhiện (NOMI):

NOM có thê được phân loại dựa theo khối lượng phân tử hay đặc tính ái nước khác nhau Đối

với khối lượng phân tử (MW), Lee [11] cho rằng tắc nghẽn của NOM là một phần các chất có khối lượng phân tử cao khóa các lỗ trên bề mặt màng Những nhà nghiên cứu khác thì đành quan tâm cho tác động của tính ky nước của NOM trong tắc nghẽn hữu cơ Người ta cho rằng một số

cơ chế giải thích cho sự tắc màng gây ra bởi những thành phần ky nước, phần ưa nước

và các thành phân cực trung gian (transphilic components) lan lượt là sự phân cực nồng độ, tắc nghẽn hấp phụ và sự tích tụ lớp bã [12]

Chemical Conditions NOM in Solution NOM on Membrane Surface

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

2.4 Các phương pháp đánh giá sự tắc nghẽn của màng :

Bề dày và tính chất lớp bã lọc bám lên màng :|[6]

Bỏ qua các trở lực nhỏ như trở lực phần cực nồng do (Rp) thi thanh phan trở lực của màng chủ

yếu gồm trở lye mang trang (Rm va Tro hye lop bã (R,) :

Ap — An

x x 7 - H(Rin + Re) x z 2 x £

Ra đã được xác định ban dau (bang cach đo thông lượng ở nhiêu ap suat dé xac dinh hang so

góc), R: = R„ + R; xác định được tại một thời gian t nhất định theo công thức trên Từ đó ta xác định được trở lực lớp bã R dẫn tới sẻ xác định bề dày lớp bã theo các công thức sau:

R.= r.ốỗ,

Re 1a tré lực của lớp cake hình thành; z„ là trở lực riêng của lớp bã; õ, là bề dày lớp bã

c= 5 n 5 p(1— me la khdi lượng lớp cake trên một đơn vị diện tích

Pp: ty trong cua chất tan hoặc hạt

Theo Kozeny-Carman tính trở lực riêng lớp bã re =(l/k.) như sau:

KS°q-e£)

a pe F Với 6: độ xốp cua cake; a,: ban kinh hat tac nghén; K=5 va S=3/ap

Theo Happel Sphere-in-Cell trở lực riêng lớp bã được tính như sau :

Tỷ số tương đối cia thong lwong I/J,:

Đây là cách do trực quan và để dàng đánh giá độ giảm tương đối của thông lượng màng Ban đầu lúc t=0 thì J⁄/4=1 và giám dân theo thời gian Nhìn vào đồ thị biểu diễn tỷ số này theo thời gian,

dựa vào độ đốc cũng như hình thái đề thị ta có thể nhận xét được độ giảm thông lượng một cách

khá chính xác

Việc liên hệ giữa việc hình thành lớp cake va giảm thông lượng nước còn được mô tả như sau:

Theo định luật bảo toàn khối lượng việc hình thành lớp cake được mô tả theo phương trình vị

phân sạn eo (=) Vai gy = Te

Thông lượng tại thời điểm t: j= nạ tàn)

Kết hợp hai công thức trên và lấy tích phân ta có: + = (14+ at) ”⁄2

0

Trang 25

CHUONG 2: TONG QUAN

Chi sé mit dé bin SDI (Silt density index):[2,6]

SDI cho biết lượng vật chất có trong nước bám trên màng theo thời gian Chỉ số này có tương quan rõ rệt với quá trình tắc nghẽn màng

100(1-4

Công thức tính : SDly= ———

Trong đó :

T: Tổng thời gian lưu lương chảy được ; Phút (thường dùng 15phút)

t¡: Thời gian cần thiết ban đầu để thu được 500ml mẫu (giây)

tr: Thời gian cần để thu được 500ml mẫu sau khi kiểm tra ở thời gian T

Tro luc mang:

Đồ thị biểu diễn trở lực màng theo thời gian cũng là một trong những cách để đánh giá sự tắc nghẽn mảng

Cũng có một cách khác đó là so sánh trở lực tương đối trước và sau khi chạy màng để đánh giá quá trình tắc nghẽn :

%R = “2”! 100%

CT tính trở lực tương đối (Ri.R¿ lên lượt là trở lực trước và sau thời gian lọc †)

Ta có thê sử dụng công thức trên dé đánh giá tắc nghẽn thuận nghịch và bất thuận nghịch như

sau : %R = “*=“2 100%

2

Với R: là thông lượng màng sau khi màng được rửa bằng nước sạch hoặc hóa chất Công thức

này chính là công thức đán giá độ phục hồi thông lượng màng sau khi rửa màng Nếu chỉ rửa nước đơn thuần thì chúng ta đánh giá được tắc nghẽn thuận nghịch so với tắc nghẽn bắt thuận

nghịch tại một thời gian nào đó

Trong đề tài luận văn này sử dụng thông số độ giảm thông lượng tương dối J/⁄Jạ dé đánh giá quả trình tắc nghẽn

2.5 Các công trình nghiên cứu đã công bố liên quan

Quốc té: Van dé đăng hiệu qua phân tách và chống hiện tượng tắc nghẽn màng lọc RO đang

là một vấn đề hàng đầu, thu hút rất nhiều sự quan tâm của nhà nghiên cứu Với khuynh hưởng biến tinh vật liệu màng để làm thay đôi đặc tính màng với mong muôn giảm tắc nghẽn Đặc biệt việc ứng dụng của PVA và TiO; đơn lẻ hoặc kết hợp chúng lên bề mặt hay trong cấu trúc lớp chọn lọc

Việc hình thành lớp cake làm cho bể dày nó lớn lên là nguyên nhân chính làm giảm thông

lượng Trong tải liệu nghiên cứu của ông Xue Jin va cong sw [14] khi nghiên cứu hiện tượng gây

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

tắc nghẽn của tác nhân alginate lên màng RO đã cho thấy trong nước biển ngoài muối NaCl hòa

tan còn chứa nhiều ion hóa trị II khác, việc tắc nghẽn của màng được cho là có liên quan dén

phức giữa ion Ca”" va alginate

Hình 2.20: Phúc chất của Ca và dlginate

Qua kết quá thí nghiệm tác giả kết luận: Thông lượng giám ngay khi tác nhân alginate cho vào dung dịch nước lọc Màng càng chứa nhiều nhóm chức COOH thì khả năng bị tắc nghẽn bởi tác nhân alginate càng tăng Alginate không gây giám thông lượng nhiều đổi với dung dịch chỉ chứa

NaCl Đặc biệt khi có mặt của cả Mg?* và Ca? thì mức độ này trầm trọng hơn (đo hiệu ứng

tranh giành-competitive effec0) Khi rửa màng bằng nước thì nước không thê loại bỏ hết phức này trên bề mặt màng Phức chất có thể hoàn toàn bị phá hủy nhờ EDTA, khi rửa màng bằng EDTA thi thông lượng phục hỏi như ban đâu

Xiaole Ma cùng cộng sự [15] đã nghiên cứu về nâng cao tính chất chống tắc nghẽn của màng

UF polyethersulfone (PES) bang lién kết ngang - hấp phụ (adsorption - crosslinking) PVA lên bề mặt màng Dựa vào quang phô electron tia X (XPS) và góc thâm ướt của nước đã xác nhận cho tính ưa nước của bề mặt màng Kết quá cũng cho thấy cấu trúc lớp mạng PVA tén tai dang ké bên trên bề mặt màng ky nước PSF Tuy nhiên, thông lượng của màng bị sụt giảm Khả năng

chỗng tắc nghẽn của màng được cải thiện rõ nhất tại nồng độ PVA 0.5% kl va qua 3 lần nhúng

Tỷ số của tắc nghẽn tổng với tắc nghẽn không thuận nghịch của màng biến tính lần lượt là 0.38

và 0.22 thấp hơn rất nhiều so với màng PSE (0.61 va 0.47) dẫn tới khả năng phục hồi thông

lượng của màng biến tính lớn hơn

Fubing Penga cùng với đồng sự đã nghiên cứu cái tiến cấu trúc màng, độ loại bỏ muối và thay đổi tính chất màng composite PVA-PSF[16] Trong nghiên cứu bề mặt mang composite được chuẩn bị phủ nhúng hydrogel PVA lên bề mặt màng đỡ UF PSF Lớp phim siêu mỏng PVA được tạo ra bằng các nhúng phủ nhiều lần trong dung dịch PVA được pha loãng trong nước và được ôn định bằng kỹ thuật tạo liên kết ngang tại chỗ bằng cách sử dụng 5 tác chất nối mạng khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy độ liên kết ngang cao hơn có tương quan lớn với

độ kết tỉnh lop phim PVA thap hơn và độ ưa nước giảm Thực nghiệm xác định dữ liệu độ thấm

của dung môi và chất tan có tương quan gần như hoàn háo với mô phỏng động lực phân tử của phân đoạn thê tích tự do của liên kết ngang màng PVA, thể hiện tầm quan trọng của thê tích tự

do của polymer và quá trình vận chuyển qua màng NF và đưa ra tiên đoán, trong thiết ké silico của liên kết ngang phủ lớp phim PVA là khá thi Khi khảo sát các tác nhân nỗi mang thi acid malic cho thông lượng nước và thông lượng muối cao nhất Nghiên cứu cũng cho thấy độ ưa

CHUONG 2: TONG QUAN

nude cua mang tăng lên rõ rệt

Để làm rõ quá trình tắc nghẽn màng RO, Chuyang Y.Tang cùng cộng sự cũng đã có nghiên cứu về ánh hưởng của thành phần dung dịch và điều kiện thủy động học lên quá trình tắc nghẽn màng RO[17] Acid humic duoc str dung lam tac nhân tắc nghẽn trong nghiên cứu này do tính tương tự của cấu trúc của nó với chất hữu cơ tự nhiên (NOM) có trong nước biển Kết quá

nghiên cứu cho thấy, khi tăng nông d6 acid humic, nông độ 1on và độ nhớt dòng chảy thấp ảnh

hưởng không đáng kế lên đặc tính của thông lượng Sự giảm thông lượng nghiêm trọng được tìm thấy khi thông lượng ban đầu cao, pH thấp và nồng độ Caxi trong dung dịch cao Tại nồng độ Caxi ImM thì cho thấy thông lượng giống nhau ở tất cả các màng, độc lập với bản chất bên trong

của các loại màng Ảnh hưởng của thành phần chất tan lớn tại thông lượng cao hơn Độ loại

muối tăng khi có acid humic bám lên bề mặt màng Độ loại muối tăng nhiều ở những màng có độ

gỗ ghè lớn

J.M Gohil và P Ray trong nghiên cứu của mình [18] cũng đã mô tá quá trình chuẩn bị tạo mang, tinh chat va danh gia mang loc TFC NF PVA M,=125000 voi dé thiry phan 86-88% được dùng trong nghiên cứu Malic acid được sử dụng để nối mạng PVA Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đôi các thông số khác nhau của chất tạo màng lên chất lượng màng như: nồng độ của PVA, acid malie(MA), PSE, thời gian hong khô(cure) Từ tiêu chí là thông lượng và

độ loại bỏ của màng thì kết quả tối ưu la PSF 17%, PVA 1%, MA 0.2% hong khô ở 125°C trong

vòng 30 phút Kết quá cũng cho thấy độ loại muối khác nhau giữa muối sulfate và muối cloride

Màng tối ưu trên cho độ loại muối NaC1 và MgSO, lan lượt là 22.8% và 83.8% Thứ tự độ loại

muối trong nghiên cứu được thể hiện như sau : Rwa;so, >RMgso, >Rxaci >Rcact,RMgCI;

MWCO trung bình các loại màng khoảng 250-350 Da

Gần đây, nghiên cứu chế tạo màng lọc kết hợp hạt nano TiO; ứng dụng trong công nghệ lọc đang rất được chú ý nhờ khả năng điệt khuẩn và phân hủy chất bắn bằng hiệu ứng quang xúc

tác của hat nano T1O› khi có mặt tia UV

Jian-Hua Li và các cộng sự [19] công bố kết quả nghiên cứu chế tạo và đặc tính màng lọc nano SMA (syrene-alt-maleic anhydride)/PVDF (polyvinylidene flouride) va hat nano TiO2 nhằm cái thiện khả năng chống tắc nghẽn màng Phương pháp chế tạo bằng phương pháp (sol- gel) nhúng màng lọc SMA/PVDF vào dung dịch phân tán hạt nano TiO; Kết quá nghiên cứu cho thấy góc tiếp xúc giữa màng và nước giám rõ rệt khi so sánh với màng SMA/PVDF chứng minh TiO; trên bề mặt góp phần tăng khá năng ưa nước của màng làm tăng thông lượng nước qua lọc, kết hợp với khả năng loại bỏ chất bắn (protein) cao đã khẳng định hiệu quả chống tắc nghẽn màng khi kết hợp với hạt nano TiO¿

Hyun Soo Lee va đồng sự [20] so sánh hiệu quả lọc và khả năng loại muối giữa các loại màng

loc PA (polyamide) — hat nano TiO va mang loc PA Két qua cho thay sự kết hợp hạt TiO; với màng lọc PA làm tăng tính ưa nước của màng góp phần làm tăng thông lượng nước qua lọc đồng

CHUONG 2: TONG QUAN

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: T.S Mai Thanh Phong & T.S Nguyén Thé Vinh

thời cho độ loại bỏ muối cao Bên cạnh đó, nồng độ hạt T1; cũng có điểm tối ưu, ảnh hưởng

đến cấu trúc, độ bền và hiệu quá phân tách của màng lọc Tác giá đã chứng minh độ bền bám dính của hạt nano T1Ô; trên màng PA theo phương pháp phủ nhúng kém hơn so với phương pháp trộn hợp trước khi trùng hợp

Madaeni và N Ghaemi [21] công bó kết quá nghiên cứu khá năng tự làm sạch của màng RO phủ hạt nano TiO; bằng phương pháp phủ nhúng đưới điều kiện chiếu UV Hai ông đã làm rõ tác động của hai tính chất quang xúc tác và siêu wa nude cua hat nano TiO, trên màng RO Nhờ tính siêu ưa nước tạo một lớp nước mỏng trên bề mặt màng, ngăn can chat ban tiếp xúc trực tiếp với

bề mặt màng, kết hợp tính quang xúc tác phân hủy các chất bân loại bỏ chất bản bằng quá trình rửa bằng nước trong quá trình vận hành hay vệ sinh định kỳ Kết quả nghiên cứu chứng minh hiệu quá lọc và chống tắc nghẽn của màng RO -— TiO; có chiếu tia UV cao hơn hắn màng RO không phủ 'T1Oa

V.Kochkodan và đồng sự [22] đã nghiên cứu sự bám dính của các vi khuẩn lên màng polymer

khác nhau bằng cách khảo sát sự bám các loại vi khuẩn E.Coli (ưa nước), P putida, A

Calcoaceticus (ky nước) lên các loại màng khác nhau (polysulfone, polyethersulfone (ky nước), cellulose (ưa nước) đã chứng minh độ bám của vi khuẩn lên màng ky nước thấp hơn màng ưa nước Trong khi đó, độ bám của vi khuân ưa nước kém hơn vi khuẩn ky nước Kết quả cũng cho thấy thông số thông lượng nước qua lọc của màng giảm theo thời gian chứng tỏ là do sự phát triển vi sinh vật trên bề mặt màng gây tắc nghẽn Công trình nghiên cứu cũng trình bày hiệu quá diệt khuẩn bằng cách xử lý bề mặt màng bằng hạt nano TiO›, cho thấy màng sử dụng hạt nano TiO; có hiệu quả kháng vi khuẩn cao gấp 1,7-2,3 lần so với màng bình thường tạo khá chống tắc nghẽn bởi sự bám dính vi sinh vật trên bề mặt màng trong quá trình hoạt động

Lifen Liu và các đồng sự cũng nghiên cứu về khá năng chống tắc nghẽn của màng trên cơ sở PVA và TiO;[23] Màng Polyrotaxanes (PRs)-TiO¿-Polyvinyl aleohol được làm bằng cách phủ nhúng trên nền màng Terylene trong dung dịch có dung môi là nước với hàm lượng PR (0-3%), một dẫn xuất của œ-cyclodextrin(œ -CD), TiO; sol and PVA (1-10%), sấy khô và xử lý nối mang bang glutaraldehyde (GA) Két quà cho thấy răng, nồng độ PVA va PR, tỷ sé PR voi TiO? trong dung dịch nhúng ảnh hưởng lên các thông số của sự biến tinh nhw immobilization degree (ID), tỷ số hấp thu nước của màng (W,) và các thông số về năng suất lọc như: trở lực tổng (R,), tắc nghẽn không thuận nghịch (R¿), trở lực màng biến tính (R„) và độ đốc của V-t theo order mẫu, trong khi độ đốc của R/V-t phan anh khuynh hướng tắc nghẽn màng bao gồm sự khóa 16 xốp và sự hình thành lớp cake Hơn nữa, quy trình biến tính màng làm tăng cướng khả năng hấp phụ theo hướng toluen trong nước Điều này có thê làm phục hồi độ khác biệt của quang xúc tác khi chiều sáng bằng UV phụ thuộc vào điều kiện biến tính màng và thành phân lớp kết tủa khi phủ Biên tính màng ở nông độ PVA 5%, PR 2% và T1O¿ đem lại khả năng kháng tặc nghẽn cho màng, năng suất lọc của màng, hấp phụ loại bỏ toluene và phụ hôi Biến tính màng tại PVA 10%

và TiO; tạo ra loại màng có năng suất lọc tốt hơn nhưng kém về khả năng hấp phụ

CHUONG 2: TONG QUAN

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU

3.1 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm :

3.1.1 Vật liệu và hóa chất :

Mang PSF-UF300

Polysulfone (PS) là 1 ho polymer déo chịu nhiệt chứa sulfur Những polymer này có tính bền

và khả năng ôn định ở nhiệt độ cao Đặc điểm của nhóm sulfone là có đơn vị cấu tạo dạng (aryl- SO>-aryl) Polysulfone duge cong ty Union Carbide phát hiện vào năm 1965 [29]

Hình 3.1: Công thức cấu tạo Pollysulfone [27]

Các polymer này có độ bền cao, trong suốt va duy trì các tính chat trong khoáng nhiệt độ từ - 100°C — 150°C No cé cau trúc rat bền, chỉ thay đôi kích thước khi tiếp xúc với nước sôi hoặc

dòng khí nóng 150°C, hơi nước hoặc nông độ dưởi 0.1% Nhiệt độ nóng chảy cua polysulfone la

185°C [29]

Tinh chat lý hóa của Polysulfne [30]:

- Kha nang khang acid, bazo, khéng thủy phân

- Không dẫn điện

- _ Không cháy, chịu nhiệt cao

- _ Chu được pH trong khoảng 2-13

- _ Khá năng kháng các chat oxi hóa do đó có thê được làm sạch bằng các chất tây trắng Và nó cũng kháng các chất hoạt động bề mặt và các loại dầu hydrocarbon

- Tuy nhiên nó không kháng được các dung môi phân cực thấp (như xeton, clorua hydrocarbon) va các hydrocarbon thom

- Va polysulfone co kha nang chiu nén tốt, không biến dạng do đó thường được

sử dụng dưới áp suất cao

Ngoài các tinh chất trên Polysulfone cũng được sử dụng để sản xuất màng nhờ vào tính chất

có khá năng tái sản xuất và điều chỉnh kích thước lô màng nhỏ đến 40 am Màng này có thể được

sử dụng để lọc máu chạy thận nhân tạo, lọc nước, nước thải, thực phâm và tách khi

Màng polysulfone PSF—UF30 sử dụng trong nghiên cứu được sản xuất bởi công ty Sepro, Mỹ

có các thông số như sau [3]:

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THI NGHIEM