6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.7.2. Phương pháp biến đổi bề mặt
Biến đổi bề mặt màng polymer được coi là một phương pháp đơn giản và hiệu quả. Nó cho phép các đặc tính bề mặt có thể điều chỉnh và kiểm soát được, tăng cường khả năng thẩm thấu, chọn lọc và chống tắc nghẽn trong xử lý nước. Việc đưa
các vật liệu nano lên chất nền xốp để tạo màng NF có thể đạt được thông qua lớp phủ [35], liên kết cộng hóa trị [13], ghép bề mặt [278], lắp ráp từng lớp (LbL) [39], và liên kết chéo [134]. Mặc dù có thể đạt được nhiều mục đích phân tách khác nhau, nhưng hầu hết các kỹ thuật nhóm chức hoá bề mặt đều có những hạn chế cần giải quyết. Ví dụ, tính trơ hóa học của các bề mặt polymer với năng lượng bề mặt thấp khiến nó khá khó được biến tính trực tiếp với các nhóm đa chức. Lớp phủ vật lý và lắp ráp LbL thông qua lực hút tĩnh điện và liên kết hydro có độ ổn định tương đối yếu giữa các lớp chọn lọc và chất nền. Để khắc phục những nhược điểm này, các hướng nghiên cứu cố định bằng liên kết cộng hóa trị như ghép bề mặt và liên kết chéo đã được đưa ra để nâng cao tính ổn định cấu trúc và các yêu cầu phân tách. Tuy nhiên, hạn chế cơ bản của chúng nằm ở quy trình tổng hợp phức tạp, điều kiện phản ứng nghiêm ngặt làm cản trở việc ứng dụng kỹ thuật này trong việc phát triển các màng tiên tiến. Sự lắng đọng polydopamine (PDA) đã được quan tâm đáng kể bởi vì khả năng bám dính mạnh mẽ với các chất nền khác nhau mà không gây ra bất kỳ hư hại bề mặt nào [129], [285]. Các nghiên cứu biến tính bề mặt với lớp phủ PDA hay sự kết hợp của các hạt nano PDA (NP) vào màng xử lý nước đã chứng minh hiệu suất làm việc của màng được cải thiện một cách tổng thể về tính ưa nước, độ thấm và tính kháng tắc nghẽn [42], [106]. Hơn nữa, các nhóm chức amine, catechol và imine trong PDA cho phép sau quá trình biến tính với vật liệu nano thông qua sự liên hợp của các phân tử khác hoặc sự tạo phức với các ion kim loại tạo ra các tính năng vượt trội hơn của các màng được biến tính với vật liệu nano PDA [279]. Ví dụ, đồng lắng đọng của PDA với polyethylenimine (PEI) được sử dụng làm lớp chọn lọc ưa nước [261]. Cách tiếp cận tiên tiến này tăng tính chọn lọc và tính thấm của các màng biến tính cho nhiều ứng dụng đa dạng. Nhiều nghiên cứu cũng đã báo cáo sự cố định của các hạt nano khác nhau trên màng phủ PDA để cải thiện hiệu suất của màng [263], [266]. Do đó, cả đồng lắng đọng dựa trên PDA và lắng đọng hai bước với vật liệu nano đều mang lại các đặc tính bề mặt vượt trội (khả năng thấm ướt cao, lỗ xốp có kích thước phù hợp và khả năng chống bám bẩn (sinh học) cao) cho các màng được biến tính. Mặc dù lớp phủ PDA có nhiều ưu điểm nhưng thời gian lắng
đọng dài và sự kết tụ của các hạt nano trong quá trình lắng đọng PDA vẫn là những nhược điểm ảnh hưởng đến hiệu suất phân tách. Sự lắng đọng PDA trong không khí mất nhiều thời gian do mức độ oxi hóa thấp của dopamine gây ra bởi hàng rào khuếch tán oxygen. Nếu quá trình lắng đọng diễn ra chậm và từ từ thì dopamine dễ dàng kết tụ thông qua các tương tác như liên kết hydro và liên kết π-π. Do đó, sự hiện diện của các tương tác này có tác động tiêu cực đến việc hình thành các lớp phủ PDA đồng nhất. Vì lí do này, các màng được biến tính bởi PDA thông qua quá trình oxi hóa không khí không đạt được độ ổn định và chọn lọc thỏa đáng để lọc lâu dài. Vì vậy, ngăn sự kết tụ PDA và đẩy nhanh tốc độ lắng đọng PDA vẫn là hai thách thức quan trọng cần được giải quyết. Gần đây, Zhang và cộng sự [273] đã báo cáo một lớp phủ PDA không có khuyết tật được kích hoạt bởi hệ CuSO4/H2O2, trong đó một lượng lớn các tiểu phân oxygen hoạt động (ROS) được tạo ra để thúc đẩy quá trình trùng hợp dopamine. Công trình này đưa ra phương pháp hữu ích để chế tạo lớp phủ PDA thân thiện với môi trường, hiệu quả về chi phí và thời gian, giúp giảm thiểu đáng kể các vấn đề nêu trên như tốc độ lắng đọng, tính đồng nhất và độ ổn định.