Biến tính bề mặt màng lọc

Một phần của tài liệu (LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc composit polyamid lớp mỏng (TFC PA) và khả năng ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm (Trang 43 - 45)

Vấn đề tắc màng đã được nghiên cứu từ đầu những năm 1960, khi công nghệ tách lọc dùng màng bắt đầu phát triển. Hiện tượng tắc màng có thể được kiểm soát bằng cách lựa chọn các vật liệu màng phù hợp, điều chỉnh các điều kiện thực hiện quá trình lọc màng, và áp dụng các điều kiện tiền xử lý thích hợp. Tuy nhiên, tất cả các giải pháp này không đủ hiệu quả để khắc phục hiện tượng tắc màng.

Để khắc phục những hạn chế do hiện tượng tắc màng, có ba giải pháp chính: một là sử dụng màng lọc có mức độ tắc nghẽn thấp, hoặc có khả năng chịu tắc nghẽn tốt, thứ hai là sử dụng các biện pháp tiền xử lý dung dịch đầu vào và tối ưu các điều kiện vận hành quá trình; thứ ba là phục hồi năng suất lọc của màng thông qua các quá trình rửa, làm sạch màng định kỳ [44,95,104].

Các biện pháp tiền xử lý có thể được thực hiện bằng cách thêm hóa chất vào dung dịch ban đầu trước khi lọc, làm giảm nồng độ hoặc thay đổi tính chất vật lý của dung dịch đầu vào [117]. Kỹ thuật này sẽ khá tốn kém khi phải xử lý một lượng lớn nước thải. Với phương pháp thứ hai, định kỳ làm sạch màng cũng có thể được sử dụng, tuy nhiên, màng sau khi được làm sạch có thể bị giảm đáng kể năng suất lọc và độ lưu giữ, do phải đưa dung dịch rửa vào để loại bỏ các cấu tử gây tắc ra khỏi bề mặt. Để làm sạch màng định kỳ, việc cho dung dịch nước giaven nồng độ cao liên tục chạy qua màng cũng là một trong các phương pháp phổ biến và dễ áp dụng, tuy nhiên, màng TFC-PA có lớp hoạt động khá nhạy cảm với chlor hoạt động, vì vậy, khó có thể sử dụng biện pháp này khi muốn làm sạch màng [70,74]. Do vậy, tiền xử lý và định kỳ làm sạch màng sẽ chỉ mang tính chất tạm thời khi áp dụng cơng nghệ lọc màng trong sản xuất nước sạch và xử lý nước thải.

Cho đến nay, việc sử dụng vật liệu màng lọc có khả năng chống tắc tốt là một xu hướng đã và đang rất được quan tâm. Một trong những giải pháp hữu ích là nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc để thay đổi các đặc tính bề mặt màng, nhằm nâng cao đặc tính tách lọc và khả năng chống tắc cho màng. Do ảnh hưởng quan trọng của tính chất bề mặt đến hiện tượng tắc nghẽn trong q trình lọc, mục đích chính của việc biến tính bề mặt màng là ngăn chặn hay giảm thiểu tắc màng, bằng cách làm cho bề mặt màng trở nên ưa nước hơn, trơn nhẵn hơn và đưa vào bề mặt màng các nhóm chức mang điện tích phù hợp, giảm thiểu các tương tác khơng mong muốn giữa bề mặt màng với các tiểu phân gây tắc màng [49,92,117].

Thơng thường, để biến tính bề mặt màng lọc polyme, có thể tiến hành phủ vật lý lớp polyme ưa nước lên bề mặt màng [37,39,132], hoặc tạo liên kết hóa học giữa lớp polyme ưa nước với bề mặt màng [71,132]. Trong đó, phương pháp phủ vật lý thường cho kết quả không ổn định, do lớp polyme dễ bị bong tách theo thời gian [7,71] hoặc bị ảnh hưởng bởi môi trường pH của dung dịch [132]. Lớp polyme được phủ lên màng bằng phương pháp phủ vật lý có thể cải thiện khả năng tắc nghẽn và chịu môi trường

chlor hoạt động của màng, nhưng thường đi kèm với sự giảm đáng kể độ thấm nước và năng suất lọc [37], do lớp phủ không chỉ bao lấy bề mặt màng, mà cịn thâm nhập vào bên trong, gây bít lỗ màng. Sagle cùng cộng sự [20] đã tiến hành phủ lớp polyme ưa nước (dẫn xuất của poly (ethylen glycol)) lên bề mặt màng TFC-PA nhằm giảm hiện tượng tắc màng trong quá trình khử muối (tách NaCl 2000 mg/L trong nước). Kết quả cho thấy màng sau khi phủ có độ lưu giữ muối tăng từ 99,0 đến 99,8 %, khả năng chống tắc tốt hơn (độ duy trì năng suất lọc chỉ khoảng 26 % với màng ban đầu, và được tăng lên 73 % với màng sau phủ khi lọc trong 24 giờ), nhưng năng suất lọc muối NaCl lại giảm từ 62 L/m2.h xuống còn 38 L/m2.h.

Người ta đã phát hiện rằng tất cả màng polyme đều có khả năng tạo các gốc tự do dưới bức xạ tử ngoại [42]. Từ đó, Yamagishi và cộng sự [130] đã phát triển một phương pháp mới để biến tính bề mặt màng polyme, là kích thích tạo các gốc tự do trên bề mặt màng, sau đó, lớp polyme ưa nước có thể được ghép lên với sự trợ giúp của tia tử ngoại, hệ oxy hóa khử, hay ozon hoặc plasma. Phương pháp này có khả năng tạo các gốc tự do để hình thành liên kết hóa học giữa lớp polyme ghép với bề mặt màng. Do đó, lớp ghép hình thành trên bề mặt màng sẽ ổn định và bền vững hơn [130].

Cho đến nay, việc biến tính bề mặt màng nhằm tăng cường khả năng chống tắc, mà khơng làm suy giảm, hoặc nâng cao đặc tính tách lọc của màng vẫn là một thách thức trong lĩnh vực chế tạo màng. Các kết quả nghiên cứu biến tính bề mặt màng PES, PS, PE đã được công bố khá nhiều [117], tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu biến tính bề mặt màng TFC-PA hiện vẫn cịn ít.

Một phần của tài liệu (LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc composit polyamid lớp mỏng (TFC PA) và khả năng ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm (Trang 43 - 45)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(159 trang)