1.4 .Phát triển các phương pháp trích ly tăng cường
1.4.1. Giới thiệu chung về các phương pháp trích ly tăng cường bằng màng lỏng
1.4.1.2. Sự phát triển của công nghệ màng lỏng
Màng lỏng loại nhũ tương ELM:
Mốc đánh dấu sự phát triển của công nghệ màng lỏng bắt đầu vào những năm 1960 khi Li và cộng sự đăng ký bằng sáng chế cho sử dụng hệ màng lỏng nhũ tương EML trong các ứng dụng khử mặn trong công nghiệp và phân riêng các hydrocacbon [41]. Trong công nghệ ELM, các giọt dầu chứa pha hoàn nguyên được phân tán trong pha nước (dung dịch đầu) tạo thành hệ nhũ tương kép (phổ biến là loại nước/dầu/nước) (hình 1.13). Tổng thể tích của pha hoàn nguyên trong dung dịch đầu ít nhất nhỏ hơn 10 lần so với pha dung dịch đầu. Diện tích bề mặt trên đơn vị thể tích đạt được lớn, độ dày màng rất nhỏ dẫn đến hiệu quả phân riêng rất cao, lượng dung môi trích ly cần dùng nhỏ và hệ thống thiết bị gọn nhẹ, yêu cầu ít diện tích mặt bằng. Tuy nhiên, độ bền của màng thấp, vận hành khó khăn nên khó có thể ứng dụng công nghệ này trong công nghiệp.
26
Màng lỏng SLM: Để cải thiện độ ổn định của màng lỏng, công nghệ trích ly – hoàn nguyên với sự hỗ trợ của màng rắn (SLM – Supported Liquid Membrane) đã được đưa ra năm 1967 bởi Ward và Rob [36]. Trong công nghệ này, dung môi trích ly được điền đầy vào các mao quản của màng rắn, xốp và kỵ nước (hình 1.14). Sự tiếp xúc pha xảy ra trên bề mặt màng. Diện tích tiếp xúc pha cũng chính là diện tích của màng.
Hình 1.14 Màng lỏng SLM
Dựa vào loại mô đun màng, có thể chia SLM thành FSSLM (Công nghệ SLM trong đó sử dụng mô đun màng phẳng) và HFSLM (Công nghệ SLM trong đó sử dụng mô đun màng sợi rỗng). Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm thường bắt đầu với các màng phẳng trong thiết bị hai ngăn (hình 1.15). Trong hệ FSSLM cũng có thể sử dụng các bơm để tuần hoàn dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên. HFSLM bao gồm hàng nghìn sợi rỗng trong một mô đun dưới các điều kiện dòng được sử dụng để minh họa cho các ứng dụng trong công nghiệp do cấu hình này cung cấp diện tích bề mặt riêng lớn.
Hình 1.15 Công nghệ SLM trong đó sử dụng mô đun màng phẳng
Tuy nhiên, màng SLM không bền khi vận hành trong thời gian dài do tổn thất dung môi [42] (Hình 1.16) dẫn đến các ứng dụng trong công nghiệp của SLM rất hạn chế.
27
Hình 1.16 Sự không ổn định của màng SLM
Theo Kemperman [43], các cơ chế chính gây ra sự không ổn định của SLM bao gồm:
- Chênh lệch áp suất qua màng (khó duy trì cân bằng áp suất giữa hai phía của màng, đặc biệt ở quy mô công nghiệp)
- Độ tan của pha màng lỏng trong các dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên - Sự thấm ướt của các mao quản trong màng polymer bởi các pha nước
- Sự tắc các mao quản của màng do nước hoặc sự kết tủa chất mang - Chênh lệch áp suất thẩm thấu qua màng
- Sự nhũ hóa của màng lỏng do ma sát giữa hai pha
Trong đó, sự nhũ hóa của pha màng lỏng và chênh lệch áp suất thẩm thấu qua màng được coi là hai cơ chế chính gây ra độ không ổn định của màng, các cơ chế khác có thể tránh được nếu thiết kế và vận hành tốt [44].