Trong nghiờn cứu này, khả năng tỏch lọc dung dịch nước muụ́i NaCl được tiến hành đụ́i với cỏc màng TFC-PA và màng biến tớnh TFC-PA/GO, TFC- PA/GO-TiO2 (cú chiếu UV và khụng chiếu UV) ở cỏc nụ̀ng đụ̣ GO khỏc nhau (từ 0,30 đến 9,33 mg/L). Nụ̀ng đụ̣ của TiO2 cụ́ định là 35 mg/L. Kết quả đỏnh giỏ cỏc đặc tớnh tỏch lọc của màng được đưa ra ở hỡnh 3.22, hỡnh 3.23, hỡnh 3.24.
Hỡnh 3.22. Năng suṍt lọc của màng nền và cỏc màng TFC-PA/GO ở cỏc nồng độ khỏc nhau
Hỡnh 3.23. Năng suṍt lọc của màng nền và cỏc màng TFC-PA/GO/TiO2 ở cỏc nồng độ khỏc nhau khụng chiếu UV 1 1.02 1.05 1.08 1.04 1.03 1 1.15 1.2 1.28 1.19 1.01 98 98.27 98.35 98.24 98 98.13 0 25 50 75 100 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 TFC-PA 9.33 6.67 4 1.33 0.3 R (% ) Tỷ lệ J w /J w o , J /J o Nồng độ GO (ppm) Jw/Jwo J/Jo R 1 1 1.08 1.16 1.16 1.1 1 1.04 1.25 1.38 1.35 1.31 98 98.54 98.59 98.53 98.59 98.58 0 25 50 75 100 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 TFC-PA 0 1.33 4 6.67 9.33 R( % ) Tỷ lệ J w /J w o , J /J o Nồng độ GO (ppm) Jw/Jwo J/Jo R
Hỡnh 3.24. Năng suṍt lọc của màng nền và cỏc màng TFC-PA/GO/TiO2 ở cỏc nồng độ khỏc nhau khi chiếu UV
Kết quả thực nghiệm cho thấy đụ̣ lưu giữ NaCl của màng phủ GO, màng phủ TiO2 và màng phủ hỗn hợp GO-TiO2 đều cao hơn hoặc tương đương màng nền. Đụ̣ thấm nước và năng suất lọc của cỏc màng phủ với vật liệu GO, TiO2
đều cú xu hướng tăng cao hơn màng nền, cú thể là do bề mặt màng đó trở nờn ưa nước hơn, và đạt giỏ trị lớn nhất khi nụ̀ng đụ̣ huyền phự GO 4,00 ppm, sau đú giảm dần nếu tiếp tục tăng nụ̀ng đụ̣ GO (đặc biệt là thụng sụ́ năng suất lọc). Điều này cú thể là do sự tăng nụ̀ng đụ̣ GO-TiO2 trong huyền phự, làm tăng mật đụ̣ GO-TiO2 tự rỏp trờn bề mặt màng, đến mụ̣t mức đụ̣ nào đú cú thể xảy ra sự bớt lỗ, trở khụ́i qua màng tăng và làm giảm năng suất lọc qua màng.
Từ kết quả thực nghiệm ta cũng nhận thấy rằng, đụ̣ thấm nước và năng suất lọc của màng phủ hỗn hợp GO /TiO2 đó được nõng cao mụ̣t cỏch rừ rệt so với màng phủ GO, đặc biệt khi cỏc màng được chiếu bức xạ tử ngoại. Cú thể giải thích điều này là do dưới bức xạ tử ngoại, tính ưa nước của TiO2 đó được tăng cường. 1 1.14 1.17 1.19 1.19 1.18 1 1.19 1.58 1.61 1.43 1.43 98 98.53 98.54 98.61 98.65 98.54 0 25 50 75 100 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 TFC-PA 0 1.33 4 6.67 9.33 R (% ) Tỷ lệ J w /J w o , J /J o Nồng độ GO (ppm) Jw/Jwo J/Jo R
Từ cỏc kết quả thu được, nhận thấy nụ̀ng đụ̣ huyền phự GO 4 ppm là tụ́i ưu nhất để tự rỏp lờn màng.
3.3.2.2. Khảo sỏt khả năng chống tắc nghẽn của màng TFC-PA và cỏc màng biến tớnh
Kết quả thực nghiệm xỏc định mức đụ̣ duy trỡ năng suất lọc, hệ sụ́ tắc nghẽn của màng nền TFC-PA và cỏc màng tổ hợp được thể hiện trong hỡnh 3.25 và
hỡnh 3.26 cho thấy năng suất lọc của màng nền và cỏc màng biến tính đều cú xu hướng giảm dần theo thời gian lọc do hiện tượng tắc màng. Tuy nhiờn, mức đụ̣ suy giảm năng suất lọc của cỏc màng là khỏc nhau, trong đú, đụ̣ giảm năng suất lọc của cỏc màng biến tính đều cú xu hướng ít hơn so với màng nền, sau 120 phỳt lọc, đụ̣ duy trỡ năng suất lọc của màng nền khi tỏch lọc dung dịch NaCl là 52,9 % so với thời điểm bắt đầu; nhưng năng suất lọc của màng rỏp GO, màng rỏp TiO2 khụng chiếu UV và màng rỏp hỗn hợp GO-TiO2 khụng chiếu UV được duy trỡ lần lượt ở 53,3%, 54,8 % và 60 %, đặc biệt hơn, khi chiếu UV, cỏc màng rỏp TiO2 và hỗn hợp GO-TiO2 cú đụ̣ duy trỡ năng suất lọc theo thời gian cao hơn hẳn so với màng nền, lờn đến hơn 60 và 80 %. Như vậy, cú thể thấy việc rỏp hạt GO, hạt TiO2 nano hay hỗn hợp hạt GO-TiO2 lờn bề mặt màng làm giảm đỏng kể hiện tượng tắc nghẽn.
Hỡnh 3.25. Độ duy trỡ năng suṍt lọc của màng TFC-PA và cỏc màng biến tớnh
Kết quả so sỏnh hệ sụ́ tắc nghẽn bất thuận nghịch giữa màng nền và cỏc màng biến tính được đưa ra trong hỡnh 26 cho thấy cỏc màng biến tính đều cú hệ sụ́ tắc nghẽn bất thuận nghịch thấp hơn so với màng nền.
Hỡnh 26. Hệ số tắc nghẽn bṍt thuận nghịch của màng TFC-PA và cỏc màng biến tớnh 50 75 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Đ ộ g iả m n ăn g su ất lọ c (% ) Thời gian lọc (phỳt) TFC-PA TFC-PA/GO 4 ppm
TFC-PA/TiO2 35 ppm TFC-PA/ TiO2 35 ppm, UV
TFC-PA/GO 4 ppm + TiO2 35 ppm TFC-PA/GO 4 ppm + TiO2 35 ppm, UV
54.2 50.3 52 47.8 46.5 43.7 0 10 20 30 40 50 60 TFC-PA TFC-PA/GO 4 ppm TFC-PA/TiO2 35 ppm TFC-PA/TiO2 35 ppm, UV TFC-PA/GO 4 ppm + TiO2 35 ppm TFC-PA/GO 4 ppm + TiO2 35 ppm, UV Hệ s ố tắ c n gh ẽ n b ất th u ận n gh ịc h (% )
Cỏc kết quả thực nghiệm đó cho thấy khả năng chụ́ng tắc của màng TFC-PA đó được cải thiện khi bề mặt màng được biến tớnh bằng cỏch rỏp cỏc hạt nano GO, TiO2 hay hỗn hợp GO-TiO2.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN
1. Chế tạo thành cụng màng PSf và PSf biến tớnh GO, GO-TiO2 theo phương phỏp spincoating. Kết quả đặc trưng SEM, TEM, EDX, XPS, FTIR- ART cho thấy cú sự phõn tỏn của GO và TiO2 lờn màng và cải thiện được tớnh ưa nước của màng thể hiện qua sự giảm gúc thấm ướt màng.
2. Nghiờn cứu biến tớnh thành cụng bề mặt màng TFC-PA bởi GO, TiO2 và GO-TiO2 bằng phương phỏp tự rỏp. Bằng việc sử dụng cỏc kỹ thuật đặc trưng SEM, EDX, FTIR-ART và kết quả đỏnh giỏ đặc tớnh lọc tỏch của màng cho thấy, quỏ trỡnh biến tính đó làm thay đổi rừ rệt đặc tớnh bề mặt và tính năng tỏch lọc của màng.
3. Nghiờn cứu khả năng tỏch loại muụ́i của màng PSf và TFC-PA biến tính và khụng biến tính.
4. Nghiờn cứu hiện tượng tắc màng: Việc biến tính bề mặt màng PSf bằng GO và GO-TiO2 đó cải thiện rừ rệt tính chất bề mặt màng, màng trở nờn ưa nước và hiệu quả tỏch lọc cũng như khả năng chụ́ng nước cũng được nõng cao.
II. KIẾN NGHỊ
1. Nghiờn cứu biến tớnh màng PSf/GO-TiO2 bằng cỏc phương phỏp khỏc nhau để tăng khả năng tỏch lọc và hạn chế được hiện tượng tắc màng.
2. Tiếp tục nghiờn cứu cỏc phương phỏp biến tớnh màng TFC-PA nhằm thay đổi bề mặt màng, hạn chế được hiện tượng tắc màng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liợ̀u Tiếng Viợ̀t
[1] Bụ̣ mụn Cụng nghệ húa học (2000), Thực tập hoỏ kỹ thuật, Hà Nụ̣i [2] Đặng Trấn Phũng, Trần Hiếu Nhuệ (2006), Xử lý nước cṍp và nước thải
dệt nhuộm, NXB Khoa học và lĩ thuật, Hà Nụ̣i.
[3] Lờ Văn Cỏt. Cơ sở húa học và kỹ thuật xử lý nước. NXB Thanh niờn (1999).
[4] Lờ Viết Kim Ba (1990), Bỏo cỏo nghiệm thu đề tài cṍp Nhà nước Nghiờn cứu chế thử màng siờu lọc mỏu, 48E.03.04, Hà Nụ̣i.
[5] Lờ Viết Kim Ba, Nguyễn Trọng Uyển, Trần Thị Dung, Nguyễn Thị Hiền (2001), Khả năng làm sạch nước bằng màng thẩm thṍu ngược, Tạp chớ hoỏ học và cụng nghiệp hoỏ chất, T.5 (70), 30-32.
[6] Lờ Viết Kim Ba, Trần Thị Dung, Nguyễn Thị Hiền (2002), Nghiờn cứu chế tạo và sản xuṍt màng lọc dịch tiờm truyền, Tuyển tập cỏc cụng trỡnh khoa học, Hụ̣i nghị khoa học lần thứ 3 – Ngành hoỏ học, Hà Nụ̣i.
[7] Nguyễn Hữu Phỳ (2001), Cơ sở lý thuyết và cụng nghệ xử lý nước tự nhiờn, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nụ̣i.
[8] Nguyễn Thị Vương Hoàn, Trương Xuõn Toàn, Nguyễn Đỡnh Nghĩa, Nguyễn Ngọc Minh, Vừ Viễn. Nghiờn cứu tổng hợp và ứng dụng của vật liệu nano composit Fe3O4/graphen oxit biến tớnh. Tạp chớ Húa học. 2016, 54 (5e1,2), 231-236.
[9] Phạm Văn Hoàn và Trần Thị Thanh Khương, 2016. Cụng nghệ khử mặn hiệu quả cṍp nước sinh hoạt cho cỏc cụm dõn cư nụng thụn Đồng bằng sụng Cửu Long. Tạp chớ Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 45a: 33- 42.
[10] Trần Đức Hạ, Nguyễn Quụ́c Hũa, Phạm Huy Đụng, Nguyễn Tiến Toàn,
cṍp nước ăn uống, Tạp chớ khoa học cụng nghệ xõy dựng, S. 17 (2013) [11] Trần Đức Hạ, 2010. Nghiờn cứu ứng dụng màng lọc nano trong cụng
nghệ xử lý nước biển ỏp lực thṍp thành nước sinh hoạt cho cỏc vựng ven biển và hải đảo Việt Nam. Đề tài cấp Nhà nước. Mó sụ́: ĐTĐL.2010T/31.
[12] Trần Đức Hạ, Nguyễn Quụ́c Hũa, Phạm Duy Đụng, Trần Hoài Sơn,
Nghiờn cứu xử lý nước lợ và nước mặn để cṍp nước ăn uống bằng cụng nghệ cú màng lọc nano (NF) trờn mụ hỡnh thớ nghiệm, Tạp chớ Khoa học và cụng nghệ, sụ́ 13/8-20112.
[13] Trần Thị Dung (2004), Bài giảng cụng nghệ màng lọc và cỏc quỏ trỡnh tỏch bằng màng, Khoa Húa, Đại học Quụ́c Gia Hà Nụ̣i.
[14] Trần Thị Dung, Ngụ Hụ̀ng Ánh Thu, Cự Thị Võn Anh (2015), Trựng hợp ghộp quang húa bề mặt màng lọc nano TW30, Tạp chớ Phõn tớch Húa, Lý và Sinh học, 20(1), 37-43.
[15] Tiờu chuẩn Việt Nam: TCVN 4574-88, TCVN-4578-88.
Tài liợ̀u Tiếng Anh
[16] Abhijit Ganguly, Surbhi Sharma, Pagona Papakonstantinou, Jeremy
Haminton (2011). Probing the Thermal Deoxygenation of Graphene oxide using hight-resolution in situ X-ray based spectroscopies. J.
Phys. Chem. C, 115 (34), 17009-17019.
[17] Al-Sayyed G., D’Oliveira J. C., Pichat P. (1991), Semiconductor - sensitisedphotodegaradation of 4-chlorophenol in water, J. Photochem. Photobiol. A: Chem, 58, pp. 99-114.
[18] Andre K. Geim, Konstantin S. Novoselov, Jiang D., Zhang Y., and Firsov A.A. (2004), Science, 306, 666.
[19] Bi H., Xie X., Yin K., Zhou Y., Wan S., He L., Xu F., Banhart F., Sun L., Ruoff R. S. (2012), Spongy graphene as a highly efficient
and recyclable sorbent for oils and organic solvents, Adv. Funct. Mater. , 5 pages, DOI: 10.1002/adfm.201200888.
[20] B. R. Gutman (1987), Membrane Filtration, Adam Hilger, Bristol. [21] Balandin A.A., Ghosh S., Bao W., Calizo I., Teweldebrhar D., Miao
F., and Lau C.N., (2008), Nano lett., 8,902.
[22] C.Woodford (2016), Waterpollution: an introduction, Explain that stuff.
[23] Dattatray S.Wavhal, Ellen R.Fisher (2002), Hydrophilic modification of polyethersulfone membranes by low temperature plasma-induced graft polymerization, Journal of Membrane Science 209, pp. 255- 269.
[24] D.S. Wavhal, E.R. Fisher (2005), Modification of polysulfone ultrafiltration membranes by CO2 plasma treatment, Desalination 172, pp. 189-205.
[25] Danil W Boukhvalov (2014), Oxidation of a Graphite Surface: The Role of Water, J. Phys. Chem. C, 118 (47), 27594–27598.
[26] Daniel R. Dreyer, Sungjin Park, Christopher W. Bielawski and Rodney S. Ruoff (2010), The chemistry of graphene oxide, Chem. Soc. Rev., 39, 228–240.
[27] E.Bet-moushoul, Y.Mansourpanah, Kh.Farhadi, M.Tabatabaei (2016), TiO2 nanocomposite based polymeric membranes: A review on performance improvement for various applications in chemical engineering processes, Chemical Engineering journal 238, pp. 29-46. [28] Efosa Igbinigun , Yaolin Fennell , Ramamoorthy Malaisamy,
Kimberly L. Jones, Vernon Morris (2016), Graphene oxide functionalized polyethersulfone membrane to reduce organic fouling, Journal of Membrane Science 514, 518-256.
[29] E.M. Van Wagner, A.C. Sagle, M.M. Sharma, Y. La, B.D. Freeman (2011), Surface modification of commercial polyamide desalination membranes using poly(ethylene glycol) diglycidyl ether to enhance membrane fouling risistance, Journal of Membrane Science 267, pp. 273-287.
[30] Environmental Science: Water Research & Technology. Published on 27 September 2016. View Article Online. DOI: 10.1039/C6EW00187D, (2016).
[31] Flemming, H.C. (1997), Reverse osmosis membrane biofouling, Exp.Therm.Fluid Sci., (14), 382-391.
[32] Ganesh BM, Isloor AM, Ismail AF., Enhanced hydrophilicity and salt rejection study of graphene oxide-polysulfone mixed matrix membrane. Desalination, 313,199–207 (2013).
[33] G. Kang, Y. Cao (2012), Developnment of antifouling reverse osmosis membranes for water treament: a view, Water Research 46, pp. 548-600.
[34] Gleick, P.H. S. H Scheneide, Tài nguyờn nước, Bỏch khoa từ điển về khớ hậu và thời tiết, Quyển II, Nhà xuất bản Đại học Oxford, New York, 1996.
[35] Harry M, Rodriguez-Reinoso F. (2006), Activated Carbon, Elsevier Science & Technology. Books.
[36] Hee-Ro Chae, Jaewoo Lee, Chung-Hak Lee, In-Chul Kim, Pyung- Kyu Park (2015), Graphene oxide-embedded thin-film composite reverse osmosis membrane with high flux, anti-biofouling, and chlorine resistance , Journal of Membrane Science 483, 128-135. [37] Hoan Thi Vuong Nguyen, Thu Hong Anh Ngo, Khai Dinh Do, Minh
Tuan Anh Vu (2019), Preparation and characterization of a hydrophilic polysulfone membrane based on graphene oxide, it has been accepted.
[38] H. Li, Z. Song, X. Zhang, Y. Huang, S. Li, Y. Mao, et al., Ultrathin molecular sieving graphene oxide membrane for selective hydrogen separation, Science 2013, 4, 95–98.
[39] H. Yu, Y. Xie, M. Hu, J. Wang, S. Wang, Z. Xu (2005), Surface modification of polypropylene microporous membrane to improve ớt antifouling property in MBR: CO2 plasma treament, Jounal of Membrane Science 254, pp. 219-227.
[40] J. Liang, Y. Huang, L. Zhang, Y. Wang, Y. Ma, T. Guo, Y. Chen,
Molecular-level dispersion of graphene in to poly (vinyl alcohol) and effective reinforcement of their nanocomposits, Adv, Funct, Mater, 19 (2009) 2297-2302.
[41] K.E.Tettey, M.Q.Yee, D.Lee. Photocatalytic and conductive MWCNT/TiO2 nanocomposite thin films, ACS Applied Materials & Interfaces 2 (9), pp. 2646-2652, 2010
[42] K. Narasimharao, G.R. Venkata, D. Sreedhar and Vasudevarao (2016), Synthesis of Graphene Oxide by Modified Hummers Method and Hydrothermal Synthesis of Graphene-NiO Nano Composit for Supercapacitor Application, Journal of Material Sciences & Engineering, Volume 5, Issue 6, 284.
[43] Karthikeyan Krishnamoorthy, Murugan Veerapandian, Kyusik Yun, S.-J. Kim (2013), The chemical and structural analysis of graphene oxide with different degrees of oxidation, Carbon, 53, pp. 38–49. [44] Kim, H.W. et al. Selective gas transport through few-layered
(2013).
[45] Koenig, S. P., Wang, L., Pellegrino, J. & Bunch, J. S. Selective molecular sieving through porous graphene. Nature Nanotech. 7, 728–732 (2012).
[46] L. Zou, I. Vidalis, D. Steele, A. Michelmore, S.P. Low, J.Q.J.C. Verberk (2011), Surface hydrophilic modification of RO membranes by plasma polymerization for low organic fouling, Joural of Membrane Science 369, pp. 420-428.
[47] L. Shahriary, A.A. Athawale (2014), Graphene Oxide Synthesized by using Modified Hummers Approach, International Journal of Renewable Energy and Environmental Engineering, Vol. 02, No. 01. [48] Lee C., Wei X.D., Kysar J.W., and Hone J., (2008), Science, 321,
902.
[49] Lee J, Chae H-R, Won YJ, Lee K, Lee C-H, Lee HH, et al.,
Graphene oxide nanoplatelets composite membrane with hydrophilic and antifouling properties for wastewater treatment. J Membr Sci. 2013, 448: 223–230.
[50] Leng Y., Guo W., Su S., Yi C., Xing L. (2012), Removal of antimony(III) from aqueous solution by graphene as an adsorbent, Chem. Eng. J., 211-212, 406–411.
[51] Liu T., Li Y., Du Q., Sun J., Jiao Y., Yang G., Wang Z., Xia Y., Zhang W., Wang K., Zhu H., Wu D. (2012), Adsorption of methylene blue from aqueous solution by graphene, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 90, 197– 203.
[52] M. S. A. Sher Shah, A. R. Park, K. Zhang, J. H. Park and P. J. Yoo, (2012), Green synthesis of biphasic TiO₂-reduced graphene oxide nanocomposites with highly enhanced photocatalytic activity.ACS
Appl. Mater. Interfaces, 4, 3893–3901.
[53] M. Hu, B. Mi,. Enabling graphene oxide nanosheets as water separation membranes, Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 3715–3723. [54] Nanowire and graphene-TiO2 nanoparticle composite photocatalysts,
ACS Applied Materials & Interfaces, 4, 3944-3950.
[55] P.J.D. Ranjit, K. Palanivelu, C.S. Lee, (2008), Degradation of 2,4- dichlorophenol inaqueous solution by sono-Fenton method, Korean J. Chem. Eng. 25,112–117.
[56] Q. Cheng, Y. Zheng, S. Su, H. Zhu, X. Peng, J. Liu, J. Liu, M. Liu, C. Gao (2013), Surface modification of a commercial thi-film composit polyamide reverse osmosis membrane through graft polymerization of N-isopropyacrylamide followed by acrylic acid, Journal of Membrane Sience 447, pp. 236-245.
[57] Qian Liu, Guo-Rong Xu (2016), Graphene oxide (GO) as functional material in tailoring polyamide thin film composite (PA-TFC) reverse osmosis (RO) membranes, Desalination 394, 162-175.
[58] R.Bergamasco, F.Vieira da Silva, F.S.Arakawa, N.U.Yamaguchi, M.H.M.Reis, C.J.Tavares, M.T.P.Sousa de Amorim, C.R.G.Tavares (2011), “Drinking water treatment in a gravimetric flow system with TiO2 coated membranes”, Chemical Engineering Journal174, pp. 102-109.
[59] R.K. Joshi, S. Alwarappan, M. Yoshimurac, V. Sahajwalla, Y. Nishina (2015), Graphene oxide: the new membrane material, Applied Materials Today 1, 1-12.
[60] Reza Rezaee, Simin Nasseri, Amir Hossein Mahvi, Ramin Nabizadeh, Seyyed Abbas Mousavi, Alimorad Rashidi, Ali Jafari and Shahrokh Nazmara., Fabrication and characterization of a
polysulfone-graphene oxide nanocomposite membrane for arsenate rejection from water. Rezaee et al. Journal of Environmental Health Science & Engineering (2015). 13:61. DOI 10.1186/s40201-015- 0217-8
[61] S.C. O’Hern, M.S.H. Boutilier, J.C. Idrobo, Y. Song, J. Kong, T. Laoui, et al.. Selective ionic transport through tunable sub- nanometer pores in single-layer graphene membranes, Nano Lett. 2014, 14, 1234–1241.
[62] S.H.Kim, S.Kwak, B.Sohn, T.H.Park (2003), “Design of TiO2
nanoparticle self-assembled aromatic polyamide thin film composite membrane as an approach to solve biofouling problem”, Journal of Membrane Science211, pp. 157-165.
[63] Spongy graphene as a highly efficient and recyclable sorbent for oils and organic solvents, Adv. Funct. Mater. , 5 pages, DOI: 10.1002/adfm.201200888.
[64] Stankovich S., Dikin D.A., Dommett H.B., Kolhaas K.M., Zemney