Màng composit thường là loại màng có hiệu quả tách cao, có đặc tính cơ học và hóa học tốt [82]. Hầu hết các loại màng composit thương mại hiện nay đều có lớp hoạt động được chế tạo từ một trong hai loại polyme sau: celulose acetate (CA) hoặc polyamid (PA). Màng composit làm từ vật liệu celulose acetate hiện vẫn cịn khá thơng dụng. Màng CA ưa nước hơn, nhưng khả năng chịu dung mơi kém, khoảng pH làm việc thích hợp tương đối hẹp (4,5 – 7,9), dễ bị ảnh hưởng bởi vi sinh vật, và dễ bị nén ép ở áp suất cao [49]. Trong khi đó, màng composit với lớp bề mặt làm từ vật liệu polyamid có thể chịu
được nhiệt độ cao hơn, khoảng pH rộng hơn, khó bị phân hủy khi có mặt vi sinh vật, và ít bị nén ép ở áp suất cao [49]. Do đó, màng lọc TFC-PA hiện là một trong những loại màng composit quan trọng nhất, được sử dụng nhiều trong sản xuất nước sạch và xử lý nước ô nhiễm [78].
Màng TFC-PA gồm có 3 lớp, lớp bề mặt (top layer) là polyamid, dưới lớp bề mặt là lớp đỡ xốp polysulfone có độ bền cơ lý cao, dưới cùng là lớp nền polyester (hình 1.3) [32,35,78]. Lớp bề mặt được chế tạo bằng phương pháp trùng hợp qua bề mặt phân giới (interphase polymerization) từ các monome m-phenylenediamine (MPD) và trimesoyl chloride (TMC) (hình 1.4). Khả năng tách lọc của màng do lớp bề mặt polyamid quyết định, kích thước lỗ lớp bề mặt vô cùng nhỏ (thường nhỏ hơn 2 nm) và rất mỏng [35,49,78]. Do lớp hoạt động mỏng và chặt sít, nên loại màng này có khả năng tách lọc vượt trội (năng suất lọc và độ lưu giữ cao). Màng TFC-PA có độ bền nhiệt, bền hóa học và bền cơ học tốt, nên được ứng dụng trong nhiều quá trình tách, đặc biệt trong quá trình làm sạch và xử lý nước ơ nhiễm [24,35,58,84,99].
Hình 1.4. Giản đồ minh họa quá trình trùng hợp qua bề mặt phân giới tạo màng TFC-PA [120]
Tuy nhiên, màng TFC-PA có nhược điểm là lớp bề mặt polyamid kỵ nước và bề mặt màng thô nhám nên màng dễ bị tắc do sự bám phủ của các chất được lưu giữ bởi màng trong quá trình lọc [49,74,99]; thêm nữa, khả năng chịu môi trường chlor hoạt động của loại màng này khá thấp (chlor hoạt động và những hợp chất chứa chlor hoạt động thường có trong nước do q trình khử trùng, làm sạch vi khuẩn [41]), các hợp chất chứa chlor hoạt động có thể phản ứng với nhóm amide trên bề mặt màng, gây hư hại lớp bề mặt, và làm suy giảm đặc tính tách của màng [49,74]. Thậm chí, nồng độ một vài mg/L của dung dịch chứa chlor hoạt động cũng có thể làm suy giảm đặc tính tách của màng TFC-PA [49,74].
Cơ chế phản ứng của chlor hoạt động với nhóm polyamid trên bề mặt màng được chỉ ra trên hình 1.5. Cấu trúc hóa học của lớp polyamid sẽ bị thay đổi khi tiếp xúc với chlor hoạt động, bởi vì ngun tử H của nhóm amide sẽ tham gia phản ứng để tạo hợp chất cơ chlor một cách dễ dàng [41]; sau đó là sự sắp xếp lại thành hợp chất Orto-Chlor, dẫn đến làm suy thối lớp hoạt động polyamid [37,122].
Hình 1.5. Cơ chế phản ứng của nhóm polyamid trên bề mặt màng khi tiếp xúc với dung dịch chlor hoạt động [37]
Sự suy thoái lớp hoạt động polyamid bởi chlor hoạt động có thể được ngăn chặn bằng cách phủ lớp polyme khác lên bề mặt màng, ngăn khơng cho nhóm amide phản ứng trực tiếp với chlor hoạt động trong dung dịch. Ni cùng cộng sự [74] đã phủ lớp copolyme poly (methylacryloxyethyldimethyl benzyl amoni chloride–r–acrylamide–r–2- hydroxylethyl methacrylate) lên bề mặt màng TFC-PA để tăng khả năng chịu môi trường giaven. Kết quả là màng sau phủ có khả năng chịu được dung dịch NaClO 16000 ppm/h, trong khi màng nền chỉ chịu được dung dịch NaClO 3000 ppm/h.
Như vậy, ngoài việc nghiên cứu biến tính bề mặt màng TFC-PA nhằm làm tăng năng suất lọc, duy trì hoặc nâng cao độ lưu giữ, đồng thời, giảm mức độ tắc màng trong quá trình lọc, thì việc nâng cao khả năng chịu pH và chịu môi trường chứa chlor hoạt động của màng sau khi biến tính bề mặt cũng là một vấn đề rất được quan tâm, đặc biệt khi ứng dụng màng trong làm sạch nước và xử lý nước ô nhiễm.