3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.8.1. Phương pháp trùng hợp bề mặt
Phương pháp trùng hợp bề mặt (interfacial polymer IP) là phương pháp quan trọng nhất để chế tạo màng mỏng màng tổng hợp thẩm thấu ngược và màng lọc nano [18]. Màng IP đầu tiên được phát triển bởi Cadotte vào năm 1980. Các màng được tổng hợp bởi IP thường có khả năng loại bỏ chất tan tốt hơn và thông lượng nước cao hơn [19].
Hình 1.8. Lớp mỏng được tạo ra bởi TMC và MPD thông qua IP
Việc chuẩn bị màng thường dựa trên phản ứng trùng hợp sử dụng hai monomer: Đầu tiên là một amin đa chức được hòa tan trong dung môi nước sau đó là một clorua axit đa chức được hòa tan trong dung môi hữu cơ. Sau một thời gian phản ứng nhất định, hai pha được tháo bỏ và màng hình thành giao thoa sau đó được xử lý nhiệt để làm đậm đặc lớp polymer hóa và tăng cường độ bám dính của lớp siêu mỏng với bề mặt của màng nền. Cuối cùng, các monomer không phản ứng còn lại rửa trôi bởi nước đề ion, để lại một lớp màng chọn lọc mỏng trên bề mặt màng nền ban đầu. Một phản ứng IP chỉ xảy ra tại ranh giới pha nước/hữu cơ. Bằng cách sử dụng phương pháp này, một lớp polymer siêu mỏng (300 - 400nm) có thể được hình thành và gắn vào chất nền vi mô [17], nếu hai monomer có khả năng phản ứng cao, lớp hình thành giao thoa thường dày đặc dẫn đến sự kết hợp tốt giữa tính thấm và độ chọn lọc. Quá trình IP hình thành các liên kết chéo CO-NH, - COCl của các clorua axit sẽ tham gia trùng hợp với nhóm -NH2 của các diamine tạo thành hệ polyamit.
Các monomer axit clorua thường được dùng là là Trimesoyl chloride (TMC), Isophthaloyl chloride (IPC) và 5-Isocyanato-isophthaloyl chloride (ICIC).
Bảng 1.3. Các monomer clorua axit tham gia vào phản ứng IP
Monomer clorua axit Công thức cấu tạo
Trimesoyl chloride (TMC)
Isophthaloyl chloride (IPC)
5-Isocyanato-isophthaloyl chloride (ICIC)
5-Chloroformyloxy-isophthaloyl chloride (CFIC)
Các monome diamine dùng cho phản ứng thường được sử dụng là polyethyleneimine (PEI) [20], piperazine (PIP), m-phenylenediamine (MPD), p-phenylenediamine (PPD) hoặc 3,5-Diamino-N-(4-aminophenyl) benzamide (DABA).
Bảng 1.4. Các monomer diamine tham gia phản ứng IP
Monomer diamine Công thức cấu tạo
m-Phenylenediamine (MPD) Piperazine (PIP) p-Phenylenediamine (PPD) 3,5-Diamino-N-(4-aminophenyl) benzamide (DABA) m-Phenylenediamine-4-methyl (MMPD)
Trong số các tài liệu, màng tổng hợp được sản xuất bởi quá trình IP thường sử dụng MPD với TMC tạo ra nhiều sản phẩm thương mại và có nhiều thành công trong quá khứ và hiện tại [21, 22]. Ngoài ra, việc đồng lắng đọng giữa các loại monomer khác nhau cũng được nghiên cứu như giữa PDA/PEI [20, 23], PIP-PEI [24] cũng mang lại nhiều hiệu quả đáng kể để cải thiện màng lọc nano.
MPD còn tên gọi khác là 1,3-Diaminobenzne, 1,3-Benzendiamine, hay MPDA. MPD là một hợp chất vòng thơm, 2 chức -NH2 gắn vào vòng benzene ở vị trí 1,3. MPD có độc tính thấp được sử dụng làm thành phần chính trong sản xuất polymer kĩ thuật, sợi aramid, nhựa epoxy, sơn men dây và chất đàn
hồi polyuria. MPD cũng được sử dụng để loại bỏ tạp chất aldehyd trong xử lý hóa học, làm chất tăng tốc cho nhựa dính và là thành phần của thuốc nhuộm tóc, da, dệt may. Các đặc tính làm cho MPD trở nên linh hoạt như vậy là khả năng chống cháy, ổn định hóa học. MPD hòa tan được trong nước, rượu và hầu hết các dung môi hữu cơ. Độ khuếch tán và độ hòa tan của MPD trong môi trường nước có ảnh hưởng đến liên kết màng, tính thấm ướt màng và sự từ chối các chất bẩn [25].