CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.5. Màng lọc Polyacrylonitrile (PAN)
Polyacrylotrile (PAN), còn đƣợc gọi là Creslan 61, là một loại nhựa polyme hữu cơ đƣợc tạo thành bằng cách trùng hợp acrylonitrile, (C3H3N)n [Hình 1.9].
Đây là một loại polyme đa năng, có nhiều ƣu điểm nhƣ bền nhiệt, bền hóa học, trơ với hầu hết dung mơi, vi khuẩn và bức xạ. Nhƣợc điểm của vật liệu PAN là tính kỵ nƣớc và khả năng tƣơng thích sinh học (biocompatibility) khiến cho màng khi sử dụng dễ bị hấp phụ protein và kết dính tế bào, dễ gây tắc nghẽn sinh học
(biofouling). Để nâng cao năng suất lọc và giảm bớt sự tắc nghẽn, ngƣời ta nghiên cứu biến tính bề mặt màng bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau, nhƣ trùng hợp ghép, thủy phân từng phần (partially hydrolysis), cố định phân tử (macromolecule immobilization), cố định enzyme...[30, 36].
Hình 1.9: Cấu trúc của polyacrylonitrile (PAN)
- Nhiệt phân hủy: >250oC - Khối lƣợng riêng: 1.17g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: 317oC
Màng PAN đƣợc tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1930 bởi tiến sĩ Hans Fikentscher và Dr. Claus Heuck. Tuy nhiên, do PAN khó hịa tan trong các dung môi thông thƣờng nên việc nghiên cứu này đã dừng lại. Mãi cho đến năm 1931, nhà hóa học Herbert Rein (1899 – 1955), chuyên phụ trách polyme hóa dẻo tại nhà máy Bitterfeld của IG Farben đã tìm thấy pyridinium benzylchloride – một chất lỏng ion – sẽ làm PAN hòa tan. Năm 1942, Rein phát hiện một dung mơi hịa tan PAN tốt hơn là dimethylformamide (DMF), công thức cấu tạo (CTCT): H-C(=ON(CH3)2 ; moment phân cực 3.82 D; khối lƣợng riêng: 0.944g/ml) và phát triển một số quy trình kỹ thuật để chế tạo PAN dạng sợi và màng tấm. Ngày nay, ngƣời ta có thể biết đến một số loại dung mơi phân cực mạnh có khả năng hòa tan đƣợc PAN nhƣ tetrahydrofuran (THF – CTCT: -[-CH2-CH2-O-CH2-CH2-]-; moment phân cực 1.75D), dimethyl sulfoxide (DMSO – CTCT: CH3-S(=O)-CH3; moment phân cực 3.96D), acetonitrile (MeCN – CTCT: CH3-C N; moment phân cực 3.92D)....
Trong q trình nghiên cứu chế tạo màng PAN, ngồi việc nghiên cứu biến tính bề mặt để cải thiện tính năng tách lọc của màng, ngƣời ta còn sử dụng phƣơng pháp thêm một số monome/ polyme có tính ƣa nƣớc nhƣ axit maleic, axit acrylic,
CH2 CH
anhydrit maleic để cải thiện tính ƣa nƣớc của màng lọc...hoặc thêm một số hợp chất có lợi trong việc ứng dụng màng PAN vào trong thực tế nhƣ hợp chất chitosan/ Heparin... và cố định lại trong cấu trúc màng cơ bản tạo copolyme.
Hiện nay, có khá nhiều các cơng trình khoa học nghiên cứu về sự biến tính bề mặt màng PAN bằng phƣơng pháp này: Bryjak [17] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của phƣơng pháp xử lý plasma khơng khí trên màng PAN vi xốp. Họ phát hiện ra sự phân cực bề mặt tăng lên khi năng lƣợng xử lí thấp. Zhao và các cộng sự cũng đã nghiên cứu sự biến tính màng siêu lọc PAN bằng plasma nhiệt độ thấp [18, 19]. Các monome có tính ƣa nƣớc nhƣ axit acrylic (AA), đƣợc trùng hợp lên màng PAN bằng cách dùng plasma Argon (Ar) kích thích bề mặt, sau đó tiến hành q trình trùng hợp ghép. Nghiên cứu chỉ ra rằng bức xạ plasma Ar không phá vỡ các liên kết C≡N nhƣng cắt liên kết C-H, khơi mào cho bƣớc trùng hợp ghép sau đó. Để cân bằng giữa khả năng ƣa nƣớc của bề mặt và tính năng tách lọc của màng, thời gian trùng hợp ghép thích hợp đƣợc kiểm sốt. Tƣơng tự, N-vinylpyrolidone cũng đƣợc trùng hợp ghép lên màng PAN dƣới plasma Ar. Trong khoảng nồng độ thấp của monome, lƣu lƣợng thấm không bị ảnh hƣởng đáng kể. Phƣơng pháp biến tính màng PAN bằng cách thủy phân một phần bề mặt màng là phƣơng pháp đƣợc sử dụng khá nhiều do màng PAN có nhóm nitrile (C≡N) dễ dàng bị thủy phân bởi NaOH hoặc amine, và chuyển thành nhóm carboxyl, acylamide hoặc amide. Kết quả của quá trình này là làm cho bề mặt màng PAN ƣa nƣớc và tích điện, cải thiện khả năng chống hấp phụ protein [36].