Tương tác giữa DA và MPD trong phản ứng IP

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.6. Tương tác giữa DA và MPD trong phản ứng IP

Trên cơ sở các quan sát ảnh SEM các màng với tỉ lệ DA:MPD khác nhau, chúng tôi đã đưa ra vai trò quan trọng của việc kết hợp DA trong quá trình IP, về ảnh hưởng cấu trúc, tính chất và hiệu suất của lớp PA. Đầu tiên quan sát thấy sự thay đổi rõ rệt về màu sắc của các dung dịch DA nguyên chất và dung dịch kết hợp DA:MPD. Trong khi dung dịch DA tinh khiết ở pH 8,5 có xu hướng tối và đen trong vài phút thì khi thêm MPD vào, dung dịch có màu nâu hơn cho thấy sự tạo ra hợp chất mới của DA-MPD [43]. Do trong một phân tử DA chỉ có duy nhất 1 nhóm -NH2, khi tham gia phản ứng IP, PDA sẽ dễ dàng chấm dứt mạch PA, gây ra phản ứng liên kết ngang không đủ nhiều giữa phân tử DA và TMC, tạo thành cấu trúc lỏng lẻo của lớp PA. Ở pH 8,5, DA có xu hướng tự polyme hóa và hình thành các hạt nano PDA thông qua quá trình oxy hóa yếu. Trong khi đó, phức hợp PDA-MPD được tạo ra thông qua phản ứng bổ sung Michael và phản ứng cơ sở Schiff giữa MPD và PDA, làm giảm sự hình thành của PDA. Trong quá trình IP, phức hợp DA- MPD ưa nước có thể khuếch tán cùng với MPD vào dung dịch TMC, do đó tạo điều kiện để thiết lập lớp PA tối ưu với sự cải thiện đồng thời tính thấm nước. Tuy nhiên, với sự gia tăng hơn nữa về nồng độ DA cao hơn, nhiều tập hợp PDA hơn đã được hình thành thông qua quá trình oxy hóa và được nhúng vào lớp PA. Quá trình IP đã bị cản trở rất nhiều bởi sự cản trở không gian của

các tập hợp PDA và do đó được xây dựng không liên tục trên bề mặt màng với các khiếm khuyết.

Hình 3.19. Tương tác giữa DA và MPD trong phản ứng IP. Hình (A) là quá trình tự trùng hợp PDA. Hình (B) là tương tác giữa PDA và MPD. Hình (C) là quá trình IP

với TMC.

Qua sơ đồ ta thấy tương tác giữa PDA và MPD. Trong quá trình này, một số các nhóm –NH2 trong MPD có tương tác với PDA, tạo thành hệ polymer. Ngoài ra một khía cạnh khác, các nhóm –NH2 còn lại tham gia vào quá trình giao thoa bề mặt với TMC. Trong quá trình này, còn có sự cạnh tranh bề mặt giữa MPD đơn phân tử tham gia vào IP và hệ complex PDA:MPD tham gia vào quá trình IP.

A B

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN

1. Đã chiết tách cellulose từ bã mía. Từ cellulose bã mía, đã tổng hợp vật liệu cellulose acetate (CA) với độ thay thế nhóm chức DS = 2,72, độ nhớt là 101,9 mL/g, khối lượng phân tử trung bình là 43100g/mol. 2. Các vật liệu màng CA, màng pha trộn CA/PU và CA-PDA:MPD 0,1:1

đã được chế tạo thành công bằng phương pháp casting. Tỉ lệ khối lượng DA:MPD phù hợp là 0,1:1; pH=8,5; tỉ lệ TMC trong n-hexan là 0,1% trọng lượng trên thể tích.

3. Khảo sát sự phân tách thuốc nhuộm của các màng CA và CA biến tính với dung dịch phẩm màu CR, kết quả thu được khả năng tách loại của màng CA-PDA:MPD đạt đến 98,9% ở tốc độ dòng 61 L/m2.h.

4. Khảo sát khả năng tách loại của các màng với dung dịch BSA. Màng CA-PDA:MPD 0,1:1 có khả năng tách loại đạt hiệu suất 99,9%.

5. Kết quả khảo sát tính chống bẩn của màng được thể hiện thông qua khả năng phân tách với BSA của màng CA và CA biến tính thu được tỷ số thông lượng FRR của màng CA là 72,56 và của màng CA-PDA:MPD 0,1:1 là 83,16. Giá trị Rt của màng CA-PDA:MPD 0,1:1 là 48,83% thấp hơn so với màng CA ban đầu là 62,34%.

KIẾN NGHỊ

Trên cơ sở các kết quả thu được, một số nội dung cần nghiên cứu trong tương lai như sau:

1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình IP như pH, tỉ lệ của TMC trong n-hexan, xử lý nhiệt khác nhau để phủ lên trên nền màng CA.

2. Nghiên cứu thay thế PDA bằng các hợp chất amine khác như PIP, PEI…

3. Khảo sát thêm khả năng tách loại muối như NaCl, Na2SO4 và khả năng tách loại các chất hữu cơ ô nhiễm khác như Đỏ 23 (DR23), Xanh phản ứng (RB2) của vật liệu màng.

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN KHÓA LUẬN

[1] Dang Thi To Nu, Huynh Thi Kim Lien, Tran Van Hien, Huynh Thi Thien Huong, Le Thi Cam Nhung, Cao Van Hoang, Nguyen Phi Hung,

Fabrication of cellulose acetate-polyurethane blend membrane using environmental-friendly solvent via non-solvent induced phase

separation method, Tạp chí Hóa học, Tập 57(4e 1,2), 345-350 (2019) (ISSN 0866-7144)

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] C. H. Trượng and H. T. Lĩnh, "Hoá học thuốc nhuộm," NXB Khoa học Kỹ thuật, 1995.

[2] Đ. K. Chi, "Hóa học môi trường," NXB KH& KT Hà Nội, 2006.

[3] Đ. T. Phòng and T. H. Nhuệ, "Xử lí nước cấp và nước thải dệt nhuộm, NXB Khoa học kĩ thuật," Hà Nội, 2005.

[4] T. Đ. Hạ and Đ. V. Hải, "Cơ sở hóa học quá trình xử lý nước cấp và nước thải," NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2002.

[5] T. V. A. Cù and T. D. Trần, "Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng," Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 2012.

[6] H. S. Tráng, "Cơ Sở Hóa Học Gỗ Và Xenluloza Tập 1," ed: Khoa học Kỹ thuật, 2006.

[7] C. Zhong, C. Wang, F. Wang, H. Jia, P. Wei, and Y. Zhao, "Application of tetra-n-methylammonium hydroxide on cellulose dissolution and isolation from sugarcane bagasse," Carbohydrate polymers, vol. 136, pp. 979-987, 2016.

[8] C. M. Buchanan, R. M. Gardner, and R. J. Komarek, "Aerobic biodegradation of cellulose acetate," Journal of Applied Polymer Science, vol. 47, no. 10, pp. 1709-1719, 1993.

[9] S. Gaan, L. Mauclaire, P. Rupper, V. Salimova, T.-T. Tran, and M. Heuberger, "Thermal degradation of cellulose acetate in presence of bis-phosphoramidates," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,

vol. 90, no. 1, pp. 33-41, 2011.

[10] H. O. Ghareeb and W. Radke, "Characterization of cellulose acetates according to DS and molar mass using two-dimensional chromatography," Carbohydrate polymers, vol. 98, no. 2, pp. 1430- 1437, 2013.

[11] S. Fischer, K. Thümmler, B. Volkert, K. Hettrich, I. Schmidt, and K. Fischer, "Properties and applications of cellulose acetate," in

Macromolecular Symposia, 2008, vol. 262, no. 1, pp. 89-96: Wiley Online Library.

[12] M. Szycher, Szycher's handbook of polyurethanes. CRC press, 1999. [13] T. Riaz et al., "Synthesis and characterization of polyurethane-cellulose

acetate blend membrane for chromium (VI) removal," Carbohydrate polymers, vol. 153, pp. 582-591, 2016.

[14] M. Soto, R. M. Sebastian, and J. Marquet, "Photochemical activation of extremely weak nucleophiles: highly fluorinated urethanes and polyurethanes from polyfluoro alcohols," The Journal of organic chemistry, vol. 79, no. 11, pp. 5019-5027, 2014.

[15] I. Yilgör and E. Yilgör, "Hydrophilic polyurethaneurea membranes: influence of soft block composition on the water vapor permeation rates," Polymer, vol. 40, no. 20, pp. 5575-5581, 1999.

[16] R. A. Zangmeister, T. A. Morris, and M. J. Tarlov, "Characterization of polydopamine thin films deposited at short times by autoxidation of dopamine," Langmuir, vol. 29, no. 27, pp. 8619-8628, 2013.

[17] D. Wu, "Thin Film Composite Membranes Derived from Interfacial Polymerization for Nanofiltration and Pervaporation Applications," 2015.

[18] L. Shen, W.-s. Hung, J. Zuo, X. Zhang, J.-Y. Lai, and Y. Wang, "High- performance thin-film composite polyamide membranes developed with green ultrasound-assisted interfacial polymerization," Journal of membrane science, vol. 570, pp. 112-119, 2019.

[19] T. Tsuru et al., "Multilayered polyamide membranes by spray-assisted 2-step interfacial polymerization for increased performance of trimesoyl chloride (TMC)/m-phenylenediamine (MPD)-derived polyamide membranes," Journal of membrane science, vol. 446, pp. 504-512, 2013.

[20] Z. Yang, X. Huang, J. Wang, and C. Y. Tang, "Novel polyethyleneimine/TMC-based nanofiltration membrane prepared on a polydopamine coated substrate," Frontiers of Chemical Science and Engineering, vol. 12, no. 2, pp. 273-282, 2018.

[21] R. J. Petersen, "Composite reverse osmosis and nanofiltration membranes," Journal of membrane science, vol. 83, no. 1, pp. 81-150, 1993.

[22] J. Shi, W. Wu, Y. Xia, Z. Li, and W. Li, "Confined interfacial polymerization of polyamide-graphene oxide composite membranes for water desalination," Desalination, vol. 441, pp. 77-86, 2018.

[23] J. Wang et al., "High flux electroneutral loose nanofiltration membranes based on rapid deposition of polydopamine/polyethyleneimine," Journal of Materials Chemistry A,

vol. 5, no. 28, pp. 14847-14857, 2017.

[24] W. Fang, L. Shi, and R. Wang, "Mixed polyamide-based composite nanofiltration hollow fiber membranes with improved low-pressure

water softening capability," Journal of membrane science, vol. 468, pp. 52-61, 2014.

[25] A. K. Ghosh, B.-H. Jeong, X. Huang, and E. M. Hoek, "Impacts of reaction and curing conditions on polyamide composite reverse osmosis membrane properties," Journal of Membrane Science, vol. 311, no. 1-2, pp. 34-45, 2008.

[26] M. Adamczak, G. Kamińska, and J. Bohdziewicz, "Preparation of Polymer Membranes by In Situ Interfacial Polymerization,"

International Journal of Polymer Science, vol. 2019, 2019.

[27] J. Jegal, S. G. Min, and K. H. Lee, "Factors affecting the interfacial polymerization of polyamide active layers for the formation of polyamide composite membranes," Journal of applied polymer science,

vol. 86, no. 11, pp. 2781-2787, 2002.

[28] T. Shintani, H. Matsuyama, and N. Kurata, "Effect of heat treatment on performance of chlorine-resistant polyamide reverse osmosis membranes," Desalination, vol. 247, no. 1-3, pp. 370-377, 2009.

[29] D. C. Hung, N. C. Nguyen, D. K. Uan, and L. T. Son, "Membrane processes and their potential applications for fresh water provision in Vietnam," Vietnam Journal of Chemistry, vol. 55, no. 5, p. 533, 2017. [30] B. S. Lalia, V. Kochkodan, R. Hashaikeh, and N. Hilal, "A review on

membrane fabrication: Structure, properties and performance relationship," Desalination, vol. 326, pp. 77-95, 2013.

[31] H. H. Wang, J. T. Jung, J. F. Kim, S. Kim, E. Drioli, and Y. M. Lee, "A novel green solvent alternative for polymeric membrane preparation via nonsolvent-induced phase separation (NIPS)," Journal of membrane science, vol. 574, pp. 44-54, 2019.

[32] P. Menut et al., "A top surface liquid layer during membrane formation using vapor-induced phase separation (VIPS)—Evidence and mechanism of formation," Journal of Membrane Science, vol. 310, no. 1-2, pp. 278-288, 2008.

[33] X. Ma et al., "Degradation and dissolution of hemicelluloses during bamboo hydrothermal pretreatment," Bioresource technology, vol. 161, pp. 215-220, 2014.

[34] P. Zhang, Y. Wei, Y. Liu, J. Gao, Y. Chen, and Y. Fan, "Heat-Induced Discoloration of Chromophore Structures in Eucalyptus Lignin,"

Materials, vol. 11, no. 9, p. 1686, 2018.

[35] H. M. Shaikh, K. V. Pandare, G. Nair, and A. J. Varma, "Utilization of sugarcane bagasse cellulose for producing cellulose acetates: Novel use

of residual hemicellulose as plasticizer," Carbohydrate Polymers, vol. 76, no. 1, pp. 23-29, 2009.

[36] R. Candido and A. Gonçalves, "Synthesis of cellulose acetate and carboxymethylcellulose from sugarcane straw," Carbohydrate polymers, vol. 152, pp. 679-686, 2016.

[37] X. Chen, J. Yu, Z. Zhang, and C. Lu, "Study on structure and thermal stability properties of cellulose fibers from rice straw," Carbohydrate Polymers, vol. 85, no. 1, pp. 245-250, 2011.

[38] G. Fan, M. Wang, C. Liao, T. Fang, J. Li, and R. Zhou, "Isolation of cellulose from rice straw and its conversion into cellulose acetate catalyzed by phosphotungstic acid," Carbohydrate polymers, vol. 94, no. 1, pp. 71-76, 2013.

[39] W. R. W. Daud and F. M. Djuned, "Cellulose acetate from oil palm empty fruit bunch via a one step heterogeneous acetylation,"

Carbohydrate polymers, vol. 132, pp. 252-260, 2015.

[40] H. Kono, Y. Numata, N. Nagai, T. Erata, and M. Takai, "CPMAS 13C NMR and X‐ray studies of cellooligosaccharide acetates as a model for cellulose triacetate," Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, vol. 37, no. 22, pp. 4100-4107, 1999.

[41] E. E. Kiziltas, H.-S. Yang, A. Kiziltas, S. Boran, E. Ozen, and D. J. Gardner, "Thermal analysis of polyamide 6 composites filled by natural fiber blend," BioResources, vol. 11, no. 2, pp. 4758-4769, 2016.

[42] J. Zhao et al., "Dopamine composite nanofiltration membranes prepared by self-polymerization and interfacial polymerization,"

Journal of membrane science, vol. 465, pp. 41-48, 2014.

[43] L. Xu, J. Xu, B. Shan, X. Wang, and C. Gao, "Novel thin-film composite membranes via manipulating the synergistic interaction of dopamine and m-phenylenediamine for highly efficient forward osmosis desalination," Journal of Materials Chemistry A, vol. 5, no. 17, pp. 7920-7932, 2017.

[44] C. Cheng et al., "The hydrodynamic permeability and surface property of polyethersulfone ultrafiltration membranes with mussel-inspired polydopamine coatings," Journal of membrane science, vol. 417, pp. 228-236, 2012.

[45] C. Su, L. Chi, Y. Qian, S. Sun, and Z. Jiang, "Fabrication of Solvent- Resistant Nanofiltration Membrane via Interfacial Polymerization Based on Cellulose Acetate Membrane," Journal of Materials Science and Chemical Engineering, vol. 6, no. 12, pp. 1-15, 2018.

[46] E.-S. M. Mansour, S. H. Kandil, H. H. Hassan, and M. A. Shaban, "Synthesis of carbohydrate-containing polyamides and study of their properties," European polymer journal, vol. 26, no. 3, pp. 267-276, 1990.

[47] J. Zhu, "Preparation of Advanced Composite Membranes through Surface Functionalization for Nanofiltration," Lappeenranta University of Technology, 2018.

[48] S. Shen, J. Yang, C. Liu, and R. Bai, "Immobilization of copper ions on chitosan/cellulose acetate blend hollow fiber membrane for protein adsorption," RSC advances, vol. 7, no. 17, pp. 10424-10431, 2017. [49] L. R. Barbosa, M. G. Ortore, F. Spinozzi, P. Mariani, S. Bernstorff, and

R. Itri, "The importance of protein-protein interactions on the pH- induced conformational changes of bovine serum albumin: a small- angle X-ray scattering study," Biophysical journal, vol. 98, no. 1, pp. 147-157, 2010.

[50] S. Yuan, "Advanced Membrane Synthesis Methods: Exploration of 3D Printed Membranes for Oil/Water Separation and Development of Novel Polymers for Organic Solvent Nanofiltration," 2018.

[51] N. D'souza and A. Mawson, "Membrane cleaning in the dairy industry: a review," Critical reviews in food science and nutrition, vol. 45, no. 2, pp. 125-134, 2005.

[52] X. Shi, G. Tal, N. P. Hankins, and V. Gitis, "Fouling and cleaning of ultrafiltration membranes: a review," Journal of Water Process Engineering, vol. 1, pp. 121-138, 2014.

[53] W. Gao et al., "Membrane fouling control in ultrafiltration technology for drinking water production: a review," Desalination, vol. 272, no. 1- 3, pp. 1-8, 2011.

[54] Y. Liu, H. Huang, P. Huo, and J. Gu, "Exploration of zwitterionic cellulose acetate antifouling ultrafiltration membrane for bovine serum albumin (BSA) separation," Carbohydrate polymers, vol. 165, pp. 266- 275, 2017.

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Phổ IR của bã mía ban đầu

Phụ lục 3: Phổ IR của CA

Phụ lục 5: Phổ XRD của CA

Phụ lục 6: Phổ XRD của CE

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - CA

File: NuQNU CA.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 mm

Li n (C ps) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2-Theta - Scale 2 10 20 30 40 50 60 70 d = 2 .8 1 7 d = 4 .0 0 9

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - CE

File: NuQNU CEjune.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0

Li n (C ps) 0 100 200 300 400 500 600 2-Theta - Scale 2 10 20 30 40 50 60 70 d = 3 .9 6 1 d = 5 .9 4 9 d = 2 .6 1 0