3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.5. Kết quả khảo sát đặc tính chống nghẽn của màng
Trên bề mặt protein có thể đồng thời chứa các vùng kỵ nước, ưa nước, cation và anion. Hơn nữa, sự phân bố và tỷ lệ của các vùng khác nhau trên bề mặt protein thay đổi theo các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ, cường độ ion. Do đó, sự hấp phụ của protein trên bề mặt có thể là kết quả của liên kết hydro, tĩnh điện, chuyển điện tích và/hoặc kỵ nước, tùy thuộc vào tính chất bề mặt của vật liệu màng. Trong quá trình lọc màng, sự lắng đọng chất bẩn trên bề mặt màng có thể dẫn đến sự tắc nghẽn màng và suy giảm thông lượng nghiêm trọng.
Kết quả khảo sát sự tắc nghẽn, tỷ lệ thu hồi thông lượng và các tỷ lệ suy giảm thông lượng của màng CA và màng CA biến tính với diện tích màng hiệu dụng là 12,56 cm2; áp suất 0,1 MPa và nồng độ BSA 500 ppm, được thể hiện trong Bảng 3.9 và Hình 3.17, Hình 3.18.
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát thông lượng, tỷ lệ thu hồi thông lượng và các tỷ lệ suy giảm thông lượng của màng
Thông số Màng
Jw1 Jp Jw2 FRR Rt Rr Rir
Đơn vị: (L/m2.h) (%)
CA/PU 145,23 68,67 114,48 78,83 52,72 32,23 20,49
CA-PDA:MPD 0,1:1
92,45 47,30 76,88 83,16 48,83 31,99 16,84
Hình 3.17. Biểu đồ thể hiện thông lượng nước qua màng với BSA của các màng CA và CA biến tính 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Jw1 Jp Jw2 CA CA/PU CA-PDA:MPD 0,1:1
Hình 3.18. Đồ thị thể hiện tỉ lệ thu hồi thông lượng của các màng CA và CA biến tính
Theo kết quả Bảng 3.9, Hình 3.17 và Hình 3.18 ta thấy thông lượng nước của màng đều lớn hơn so với thông lượng dung dịch BSA, sự giảm thông lượng này được gây ra bởi các đại phân tử protein trong dung dịch BSA. Các phân tử protein tạo tương tác không thuận nghịch với bề mặt màng bằng liên kết hydro hay tương tác tĩnh điện hoặc tương tác kỵ nước, chúng hấp thụ nhanh và mạnh lên bề mặt màng hình thành lớp chất gây tắc nghẽn trên màng, làm lấp các lỗ xốp và tăng trở lực đối với dòng chảy qua màng. Thông lượng nước của màng CA-PDA:MPD 0,1:1 thu được sau khi làm sạch và loại bỏ các phân tử protein được tăng lên đáng kể, điều này được thể hiện rõ ở tỷ số thu hồi thông lượng FRR=83,16 là khá cao, cao hơn cả màng CA và CA/PU, như vậy trong thời gian ngắn màng được làm sạch rất dễ dàng và
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 FRR Rt Rr Rir CA CA/PU CA-PDA:MPD 0,1:1
hiệu quả. So với màng CA nguyên chất thì màng pha trộn CA/PU có các giá trị thông lượng, FRR cao hơn trong khi đó trở lực của màng thì thấp hơn, điều này chứng tỏ khả năng phân tách BSA và đặc tính chống tắc nghẽn màng CA/PUtốt hơn so với màng CA nguyên chất. So với màng CA/PU thì màng CA-PDA:MPD 0,1:1 có khả năng phân tách BSA và đặc tính kháng nghẽn tương đối cao hơn.
Sự lắng đọng chất bẩn trên bề mặt màng có thể dẫn đến sự tắc nghẽn màng và suy giảm thông lượng nghiêm trọng là do hai nguyên nhân:
Thứ nhất, phân cực nồng độ, đó là một kết quả tự nhiên về tính bám và tính chọn lọc của màng, dẫn đến sự tích tụ các chất hoặc hạt bị loại bỏ trong lớp ranh giới chuyển khối tiếp giáp với bề mặt màng. Phân cực nồng độ là một hiện tượng có thể đảo ngược mà bản thân nó không ảnh hưởng đến các tính chất bên trong của màng.
Thứ hai là sự tắc nghẽn màng diễn ra khi vật chất trong dung dịch chất bẩn rời khỏi pha lỏng để tạo thành cặn trên bề mặt màng hoặc bên trong cấu trúc xốp của nó [51]. Quá trình này gây ra sự tích tụ vật liệu trên bề mặt (tức là, sự tắc nghẽn bên ngoài) và/ hoặc trong cấu trúc lỗ chân lông (nghĩa là sự tắc nghẽn bên trong) của màng.
Để nghiên cứu một cách định lượng tính chất chống bẩn của màng được khảo sát, giá trị tổng tỷ lệ suy giảm thông lượng (Rt) có thể được chia thành (Rr) và (Rir). Trong đó Rr là tỷ lệ suy giảm thông lượng thuận nghịch gây ra bởi sự hấp phụ, sự phân cực nồng độ hoặc lắng đọng protein thuận nghịch và có thể được loại bỏ bằng lực cắt mạnh hoặc rửa trôi thông qua làm sạch thủy lực. Còn Rir là tỷ lệ suy giảm thông lượng không thuận nghịch gây ra bởi sự tắc nghẽn không thể đảo ngược, diễn ra khi vật chất trong dung dịch chất bẩn rời khỏi pha lỏng để tạo thành cặn trên bề mặt màng hoặc bên trong cấu trúc xốp của nó và chỉ có thể được loại bỏ bằng cách làm sạch hóa học
hoặc suy thoái enzyme [52, 53]. Giá trị Rt của màng CA khá cao, lên đến 62,34% tương ứng với sự hấp phụ và lắng đọng protein nhiều hơn trên bề mặt màng [54], với màng CA biến tính, giá trị Rt đã giảm đi đáng kể. Kết quả này đã chứng minh rằng các đặc tính chống bẩn được cải thiện của các màng biến đổi được hưởng lợi từ các nhóm ưa nước đa chức năng (amin, imine và catechol) của lớp phủ PDA.