Màng lọc UF Polysulfone PSF–UF30 (MWCO=20kDa) (Sepro, Mỹ) đƣợc sử dụng để biến tính bề mặt trong đề tài. Các hóa chất sử dụng để chuẩn bị dung dịch phủ lên màng Poly(vinyl alcohol) (PVA) (Sigma-Aldrich, Mỹ) dạng hạt rắn có khối lƣợng phân tử 31kDa, độ thủy phân 88% (Sigma-Aldrich, Mỹ), hóa chất nối mạng trong lớp màng PVA là acid malic dạng bột có độ tinh khiết >99.5% (Fluka, Đức), acid hydrochloric (Trung Quốc) đƣợc sử dụng để điều chỉnh pH trong dung dịch phủ màng.
Alginate (Sigma-Aldrich, Mỹ) có khối lƣợng phân tử (10-600) kDa, độ tinh khiết >
99% đƣợc sử dụng nhƣ chất gây tắc nghẽn trong quá trình khảo sát hiệu quả chống tắc nghẽn. Ngoài ra, Natri hydroxide (Trung Quốc) và EDTA (Trung Quốc) là hóa chất rửa màng. Xanh methylene (độ tinh khiết 97%, Ấn Độ) đƣợc sử dụng trong dung dịch giả thải để thử nghiệm.
Màng PSF – UF30
Polysulfone (PS) là 1 họ polymer dẻo chịu nhiệt chứa sulfur. Những polymer này có khả năng bền và ổn định ở nhiệt độ cao. Đặc điểm của nhóm sulfone là có đơn vị cấu tạo dạng (aryl-SO2-aryl). Polysulfone đƣợc công ty Union Carbide phát hiện vào năm 1965.
Hình 3. 1 Công thức cấu tạo Pollysulfone [6].
Các polymer này có độ bền cao, trong suốt và duy trì các tính chất trong khoảng nhiệt độ từ -1000C – 1500C. Nó có cấu trúc rất bền ,chỉ thay đổi kích thước khi tiếp xúc với nước sôi hoặc dòng khí nóng 1500C, hơi nước hoặc nồng độ dưới 0.1%. Nhiệt độ nóng chảy của polysulfone là 1850C.
Tính chất lý hóa của Polysulfone:
- Khả năng kháng acid, bazơ, không thủy phân.
- Không dẫn điện.
- Không cháy, chịu nhiệt cao.
Trang 29
- Chịu đƣợc pH trong khoảng 2-13.
- Khả năng kháng các chất oxi hóa do đó có thể đƣợc làm sạch bằng các chất tẩy trắng.và nó cũng kháng các chất hoạt động bề mặt và các loại dầu hydrocarbon.
- Tuy nhiên nó không kháng đƣợc các dung môi phân cực thấp (nhƣ xeton, clorua hydrocarbon) và các hydrocarbon thơm.
- Và polysulfone có khả năng chịu nén tốt, không biến dạng do đó thường được sử dụng dưới áp suất cao.
Ngoài các tính chất trên Polysulfone cũng đƣợc sử dụng để sản xuất màng nhờ vào tính chất có khả năng tái sản xuất và điều chỉnh kích thước lổ màng nhỏ đến 40 nm.
Màng này có thể được sử dụng để lọc máu chạy thận nhân tạo, lọc nước, nước thải, thực phẩm và tách khí.
Màng polysulfone PSF–UF30 đƣợc sử dụng trong nghiên cứu đƣợc sản xuất bởi công ty Sepro, Mỹ có các thông số nhƣ sau:
- Bề dầy lớp màng (bao gồm cả lớp đở ): 0.165 mm.
- Chiều rộng cuộn màng: 1.02 m.
- Chiều dài cuộn màng: 125 m.
- Thông lượng nước qua màng: 1200 Lmh/Bar.
- Độ loại bỏ 96 % (PEG-20K) . - Khoảng pH giới hạn: 2-10.
- Nhiệt độ giới hạn tối đa: 500C.
Màng phải đƣợc bảo quan nơi khô thoáng, tốt nhất là bảo quản nơi không khí khô mát tránh ánh nắng mặt trời. Tránh tiếp xúc, gây xước trên bề mặt màng.
Poly(vinyl alcohol) (PVA)
Poly(vinyl alcohol) là một polymer ưa nước, có công thức phân tử [CH2CH(OH)]n và đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp nhƣ: dệt may, giấy, sơn, phủ…
Tính chất lý hóa của Poly(vinyl alcohol):
- Dạng: tinh thể trắng - Khối lƣợng phân tử: 31 kDa - Khối lƣợng riêng: 1.269 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: 200oC - Độ thủy phân trong nước: 88%
- Độ nhớt (dung dịch 2 %): 5 cps - Mức độ bay hơi: tối đa 5%
- pH: 5.0-7.
Trang 30
III.1.2.Hệ thống thí nghiệm
Hệ thống thí nghiệm đƣợc sử dụng để đánh giá hiệu quả phân tách và tắc nghẽn của màng: Mô hình thí nghiệm lọc UF theo kiểu dòng chảy ngang tại Trung tâm ƣơm tạo doanh nghiệp công nghệ – Đại học Bách Khoa TP. HCM
Các thí nghiệm lọc UF đƣợc thực hiện bằng hệ thống lọc UF kiểu dòng chảy băng ngang qua màng. Mô hình gồm 1 bộ lọc đƣợc thiết kế với diện tích màng lọc là 24,2 cm2. Các số liệu về độ thẩm thấu màng và độ loại bỏ chất hữu cơ alginate đƣợc lấy trung bình từ 3 thí nghiệm lặp. Nước được khuấy đều trong bồn bằng máy khuấy từ.
Dòng nhập liệu đƣợc tạo áp bằng máy bơm ly tâm. Nhiệt độ dung dịch đƣợc duy trì ở 25 ± 1oC bằng hệ thống làm lạnh tuần hoàn. Lưu lượng dòng hoàn lưu là 0,12 gpm được đo bằng lưu lượng kế Rotamet. Tấc cả các lưu chất thẩm thấu đều được hoàn lưu lại bồn chứa để duy trì nồng độ chất tan trong hệ thống.
Hình 3. 2 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đánh giá hiệu quả hoạt động của màng UF[6]
Ban đầu, màng được chạy bằng nước tinh khiết (độ dẫn < 5 μS/cm) ở áp suất 40 psi đến khi thông lượng nước qua màng đạt trạng thái ổn định. Sau đó, sẽ đo thông lượng nước ở các áp suất vận hành khác nhau để xác định độ thẩm thấu, trở lực của màng. Kế tiếp, nước cất trong hệ thống được thay thế bằng dung dịch hữu cơ alginate nồng độ 1000 ppm để đánh giá hiệu quả chống tắc nghẽn của màng thông qua độ sụt giảm thông lượng nước thẩm thấu qua màng theo thời gian. Và mẩu nước thẩm thấu qua màng sẽ đƣợc sử dụng để xác định hiệu quả phân tách của màng.
Sau khi kết thúc quá trình khảo sát tắc nghẽn màng, hệ thống sẽ đƣợc vệ sinh bằng cách rửa màng bằng nước tinh khiết (độ dẫn < 5 μS/cm) và bằng hóa chất EDTA, pH = 10.5.
Trang 31 Hình 3. 3 Mô hình hệ thống thí nghiệm tại Vườn ươm doanh nghiệp công nghệ – ĐH BK
HCM Thông lƣợng, độ loại bỏ và trở lực màng đƣợc đánh giá bằng các công thức sau:
J = ΔP−Δπ
à.∑R (3.1)
J – thông lượng nước thẩm thấu qua màng ΔP – chênh lệch áp suất qua màng
Δπ – áp suất thẩm thấu
à - độ nhớt của nước tại nhiệt độ vận hành
∑R – trở lực tổng, ∑R = Rp + Ra + Rm + Rg + Rcp Rp – trở lực do bít lổ xốp
Ra – trở lực do quá trình hấp phụ chất tan vào màng Rm – trở lực màng
Rg – trở lực lớp kem Rcp – trở lực vùng phân cực nồng độ
Độ phục hồi thông lượng sau quá trình vệ sinh màng đươc đánh giá theo công thức sau:
%𝑅 = 𝐽2𝐽𝑜 (3.2) Trong đó:
%R: độ phục hồi thông lƣợng Jo: Thông lƣợng ban đầu J2: Thông lƣợng sau khi vệ sinh màng
Trang 32
𝑛𝑅𝐹 = (𝐽2−𝐽1)
(𝐽𝑜 −𝐽1) (3.3)
nRF: Tỉ lệ tắc nghẽn có thể thuận nghịch và đƣợc loại bỏ trong qua quá trình vệ sinh màng
J1: Thông lượng trước khi vệ sinh màng