Đặc tính quan trọng nhất của màng là khả năng kiểm soát mức độ độ thấm của các dạng khác nhau [28]. Hai chế độ được sử dụng để mô tả cơ chế của sự thấm được minh họa trong hình 1.18 [28].
30 Màng
Khí nguyên liệu Phần thấm qua
Phần khí không thấm Khí mang Trong một mao quản Hấp phụ Giải hấp khuếch tán chất lỏng ion
Hình 1.18: Sự vận chuyển phân tử qua màng có thể được mô tả bởi dòng qua các lỗ cố định hoặc bởi cơ chế hòa tan-khuếch tán.
Đầu tiên là chế độ hòa tan-khuếch tán, trong đó các chất thấm được hòa tan trong chất màng và sau đó khuếch tán qua màng dưới một gradient nồng độ. Các chất thấm được tách ra bởi sự khác nhau trong các giá trị độ tan của các chất trong màng và sự khác nhau trong các mức khuếch tán của các chất qua màng.
Chế độ khác là chế độ dòng qua lỗ, trong đó các chất thấm được vận chuyển bởi truyền động áp suất dòng đối lưu qua các lỗ nhỏ. Sự tách xảy ra do một trong những chất thấm được lọc bỏ từ các lỗ trong màng qua đó các chất thấm khác di chuyển.
Cả hai chế độ đều được đưa ra trong thế kỉ 19, nhưng chế độ dòng qua lỗ, do gần hơn với các kinh nghiệm vật lý thông thường nên nó phổ biến hơn cho tới giữa những năm 1940. Tuy nhiên, trong suốt những năm 1940, chế độ hòa tan-khuếch tán được sử dụng để giải thích cho sự vận chuyển của khí qua các màng polymer mỏng.
Sự khuếch tán, nhân tố cơ bản của chế độ hòa tan-khuếch tán, là quá trình mà vật chất được vận chuyển từ nơi này tới nơi khác của hệ thống bởi gradient nồng độ. Các phân tử riêng biệt trong môi trường màng là sự chuyển động phân tử ngẫu nhiên không đổi, nhưng trong môi trường đẳng hướng, các phân tử riêng biệt không có hướng trội của sự chuyển động.
i i i dc J D dx =− (1.1) Trong đó Ji là mức độ vận chuyển của cấu tử i hoặc dòng qua (g/cm2.s) và dci/dx
là gradient nồng độ của cấu tử i. Di là độ khuếch tán của cấu tử (cm2/s) và là thước đo độ linh động của các phân tử riêng biệt. Dấu “-” thể hiện rằng hướng khuếch tán là làm giảm gradient nồng độ.
Khuếch tán là một quá trình bên trong xảy ra chậm. Trong thực tế các quá trình tách được kiểm soát sự khuếch tán, các dòng qua màng thu được bằng cách chế tạo các màng rất mỏng và tạo các gradient nồng độ lớn trong màng.
Sự truyền động áp suất dòng đối lưu, yếu tố cơ bản của chế độ dòng qua lỗ, thường xuyên được sử dụng nhất để mô tả dòng trong môi trường mao quản hoặc lỗ rỗng. Công thức cơ bản thể hiện sự vận chuyển trong loại này là định luật Darcy [28]:
i i dp J K c dx ′ = (1.2) Trong đó dp/dx là gradient áp suất đã có sẵn trong môi trường lỗ rỗng, ci là nồng độ của cấu tử i trong môi trường và K’ là hệ số phản chiếu của môi trường. Nói chung các dòng qua màng đối lưu được dẫn động bằng áp suất cao hơn so với các kết quả thu được bằng sự khuếch tán đơn giản.
Sự khác nhau giữa cơ chế hòa tan-khuếch tán và cơ chế dòng qua lỗ nằm ở kích thước tương đối và tính không đổi của các lỗ. Đối với các màng mà sự vận chuyển được mô tả tốt nhất bởi chế độ hòa tan-khuếch tán và định luật Fick, các nguyên tố thể tích tự do trong màng là các khoảng không gian nhỏ giữa các mạch polymer được gây ra bởi sự chuyển động nhiệt của các phân tử polyme. Các nguyên tố thể tích này xuất hiện và biến mất trong cùng khoảng thời gian như các chuyển động của các chất thấm đi ngang qua màng.
Đối với màng mà sự vận chuyển được mô tả tốt nhất bởi chế độ dòng qua lỗ và định luật Darcy, các nguyên tố thể tích tự do tương đối lớn và ổn định, không dao động về vị trí hoặc thể tích trong khoảng thời gian di chuyển của chất thấm và được liên kết với một nguyên tố khác.
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
Phần này mô tả các bước:
- Tổng hợp hai chất lỏng ion n-butyl metyl imidiazol tetrafluoroborate [BMIM]BF4 và n-butyl metyl imidiazol tetrafluoroborate [BMIM]CH3COO
- Tẩm chất lỏng ion tổng hợp được lên màng polyme