CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
IV.1. ẢNH HƯỞNG NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH PVA LÊN KHẢ NĂNG CHỐNG TẮC NGHẼN CỦA MÀNG UF – PVA
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ PVA trong dung dịch phủ lên hiệu quả chống tắc nghẽn màng đƣợc thực hiện với các loại màng có nồng độ PVA thay đổi nhƣ sau:
Nồng độ PVA;
g/L
Ghi chú
UF 0 Màng thương mại Polysulfone PSF–UF30
UF (Nhiệt) 0 Màng thương mại Polysulfone PSF–UF30 được
xử lý nhiệt dùng làm mẫu trắng để so sánh với các loại màng UF-PVA
UF-PVA-0.025 0.025 Nồng độ acid malic 20%; số lần nhúng 2 lần; thời
gian phủ lần 1: 10s, lần 2: 5s; nhiệt độ xử lý nhiệt:
80oC; thời gian xử lý nhiệt: 10 phút.
UF-PVA-0.05 0.05
UF-PVA-0.1 0.1
UF-PVA-0.2 0.2
UF-PVA-0.3 0.3
Phổ FTIR của màng UF thương mại và màng UF phủ dung dịch PVA với các nồng độ PVA lần lượt là 0.025g/L; 0.05g/L; 0.1g/L; 0.3g/L, tương ứng với các màng ký hiệu UF, UF-PVA-0.025, UF-PVA-0.05, UF-PVA-0.1, UF-PVA-0.3. Kết quả cho thấy các màng đƣợc phủ PVA xuất hiện mũi 1725 cm-1 (a), mũi này thể hiện sự dao động của nhóm -CO- trong nhóm chức ester [6]. Nhƣ vậy, trên bề mặt màng đã xảy ra phản ứng nối mạng giữa PVA và tác nhân acid malic. Mũi xuất hiện càng rõ và cường độ mũi càng cao chứng tỏ hiệu suất phản ứng liên kết nối mạng càng lớn. Khi tăng nồng độ PVA từ 0.025 – 0.1g/L, phổ FTIR của màng biến tính không có sự thay đổi rõ ràng.
Điều này có thể do nồng độ của PVA và chất nối mạng acid malic trong dung dịch phủ
còn thấp. Tuy nhiên ở nồng độ PVA 0.3g/L với chất nối mạng acid malic tương ứng thì mũi 1725 cm-1 (a) thay đổi rõ ràng hơn.
Trang 37 Hình 4. 1Phổ FTIR của màng UF-Polysulfone, UF-PVA-0,025g/L, UF-PV-0,05g/L, UF- PVA-0,1g/L, UF-PVA-o,3g/L
Ngoài ra, màng UF – PVA 0.3g/L còn xuất hiện mũi 2920 cm-1 (b) và 3200 – 3600 cm-1 (c). Mũi 2920 cm-1 (b) thể hiện dao động của nhóm -CH2- trong mạch PVA và 3200 – 3600 cm-1 (c) thể hiện dao động của nhóm OH tồn tại trên bề mặt màng [6].
Kết quả cũng cho phép dự đoán khi tăng nồng độ PVA sẽ làm tăng số lƣợng nhóm OH trên bề mặt màng.
Trang 38
Màng UF sau khi biến tính sẽ đƣợc đánh giá độ thẩm thấu và trở lực màng. Đây là 2 thông số cơ bản của màng. Thông lượng nước thẩm thấu qua màng thể hiện tính thẩm thấu của màng, tuy nhiên thông lượng nước thẩm thấu qua màng lại phụ thuộc vào áp suất. Do đó, độ thẩm thấu nước và trở lực màng là thông số thể hiện tính thẩm thẩu của màng phù hợp hơn. Từ hình 4.2 có thể nhận thấy khi tăng nồng độ PVA trong dung dịch phủ thì trở lực của màng tăng đáng kể dẫn đến giảm độ thẩm thấu nước của màng.
Trong khoảng nồng độ từ 0,025 g/L đến 0,1 g/L thì trở lực màng tăng không cao, có thể trong khoảng nồng độ này, PVA đã chui vào phủ các lỗ xốp của màng và chỉ một lớp phim PVA rất mỏng trên bề mặt màng. Khi tiếp tục tăng nồng độ PVA từ 0,1 g/L – 0,3 g/L thì trở lực màng tăng mạnh, nên có thể nhận định ở khoảng nồng độ này lớp phim PVA xuất hiện rất dày trên bề mặt màng UF đƣợc biến tính.
Hình 4. 2 Ảnh hưởng của nồng độ PVA lên độ thẩm thấu nước (A) và trở lực (Rm) của màng đƣợc biến tính
Lớp phim PVA đƣợc hình thành trên bề mặt màng khi tăng nồng độ PVA đƣợc xác nhận thông qua tính ưa nước của bề mặt màng. Với đặc tính ưa nước cao, lớp phim PVA sẽ làm giảm góc dính ướt và làm tăng tính ưa nước của màng so với màng UF-
Polysulfone. Từ bảng 4.1, ta thấy góc dính ƣớt giảm từ 66,5o (UF) đến 60,6o (UF-PVA 0,025), không thay đổi đáng kể khi nồng độ PVA tăng lên 0,05 g/L; 0,1 g/L. Và góc dính ƣớt giảm mạnh xuống 55,8 khi nồng độ PVA tăng lên 0,3 g/L. Kết quả này có thể được giải thích dựa trên tăng số lượng gốc –OH (nhóm chức ưa nước) trên bề mặt
Trang 39
màng khi tăng nồng độ PVA [10], và tại các nồng độ PVA 0,025 g/L; 0,05 g/L; 0,1 g/L không có sự chênh lệnh nồng độ lớn nên góc dính ƣớt không thay đổi đáng kể.
Bảng 4. 1 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch PVA lên tính ưa nước và khả năng chống tắc nghẽn của các loại màng UF – PVA
Loại màng Góc dính ƣớt
(o)
Thông lƣợng
qua màng với nước cất;
Jw(L/m2h)
Thông lƣợng qua màng với
Alginate;
Jws(L/m2h)
Độ giảm
thông lƣợng (%)
UF 66,5 ± 3,96 86,9 ± 5,63 52,7 ± 1,25 39,4
UF (nhiệt) 64,2 ± 3,10 83,3 ± 7,37 48,6 ± 2,01 42.4 UF – PVA 0,025 60,6 ± 4,96 39,4 ± 4,40 24,5 ± 1,04 37,7 UF – PVA 0,05 61,3 ± 3,60 36,0 ± 4,90 31,1 ± 1,03 13,6 UF – PVA 0,1 60,9 ± 3,13 23,0 ± 3,49 19,8 ± 0,33 14,0 UF – PVA 0,3 55,8 ± 3,32 7,29 ± 1,69 6,60 ± 0,31 8,77
Kết hợp kết quả từ hình 4.2 và bảng 4.1, thông lượng nước qua màng với dung dịch nhập liệu - nước cất (Jw) và thông lượng nước qua màng với dung dịch nhập liệu –
Alginate (JWS) giảm khi nồng độ PVA tăng. Nguyên nhân do trở lực của màng tăng như hình 4.2. Mặc dù, lớp phim PVA làm tăng tính ưa nước cho bề mặt màng, các phân tử nước được kéo về phía màng mạnh hơn, nhưng một số phân tử PVA chui vào
các lỗ xốp làm tăng trở lực của màng. Ngoài ra, khi nồng độ tăng làm tăng bề dày lớp phim PVA cũng làm tăng trở lực màng [11-14]. Do đó, cần lựa chọn nồng độ và kỹ thuật phù hợp để có thể hình thành lớp phim PVA rất mỏng trên bề mặt màng. Tuy thông lƣợng thẩm thấu giảm nhƣng góc dính ƣớt của bề mặt màng tăng, bề mặt màng ưa nước hơn, nó sẽ hình thành lớp màng nước trên bề mặt màng và có tác dụng giảm quá trình hấp phụ của các chất gây tắc nghẽn lên bề mặt màng [10-14]. Khả năng
chống tắc nghẽn của màng biến tính đƣợc đánh giá thông qua độ giảm thông lƣợng.
Độ giảm thông lƣợng càng thấp màng càng có khả năng chống tắc nghẽn tốt hơn. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng nồng độ PVA đến 0.05 g/L thì độ giảm thông lƣợng
giảm mạnh (13,6%) so với màng thương mại (39,4%). Khi nồng độ PVA tăng lên 0,1 g/L; 0,3 g/L độ giảm thông lượng không tăng nhiều, nhưng thông lượng nước thẩm thấu lại giảm mạnh. Do đó, nồng độ PVA 0,05 g/L đƣợc chọn là nồng độ phù hợp để hình thành lớp phim ưa nước trên bề mặt màng UF-Polysulfone.
Kết quả khả năng chống tắc nghẽn của màng biến tính đƣợc trình bày rõ trong hình
4.3. Màng sẽ đƣợc thí nghiệm tắc nghẽn với dung dịch Alginate 1000ppm trong thời gian 6h. Trong 2h đầu, độ giảm thông lƣợng rất mạnh nhƣng sau đó 2h tiếp theo thông lượng không giảm nhiều và ổn định sau 6h khảo sát. Màng UF thương mại có độ sụt
Trang 40
giảm thông lượng nước qua màng cao nhất, thể hiện tính năng chống tắc nghẽn thấp nhất khi so sánh với các màng phủ PVA.
Hình 4. 3 Ảnh hưởng của nồng độ PVA lên sự suy giảm thông lượng nước qua màng trong các thí nghiệm tắc nghẽn màng với alginate