CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.2. Phương pháp ngâm kết tủa ngâm khô/ướt
4.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ THF/NMP
Với các kết quả thu được từ các khảo sát nồng độ PSf và quá trình bay hơi dung môi tác động lên quá trình hình thành màng, các hàm lượng THF có trong dung dịch đúc được thay đổi để nghiên cứu cấu trúc cũng như khả năng chọn lọc khí của màng.
Hình 4.30: Hình SEM mặt cắt ngang x500 của các mẫu: K.22.10T.T+30 (a), K.22.20T.T+30 (b), K.22.30T.T+30 (c)
Nhìn chung, các mẫu trên đều không có sự hình thành của các lỗ macrovoid trong lớp dưới đã cho thấy lớp bề mặt hình thành trong giai đoạn khô giúp trì hoãn quá trình tách pha. Dựa vào hình 4.30 cho thấy, hàm lượng THF có trong dung dịch đúc tăng thì cấu trúc của màng thay đổi khá nhiều với sự giảm dần kích thước lỗ xốp cùng với mật độ lỗ xốp tăng lên đáng kể. Để giải thích cho vấn đề này thì đã có một nghiên cứu về ảnh hưởng của THF đến quá trình hình thành màng đảo pha kết tủa ngâm với kết quả ở hình 4.31.
Dựa vào giản đồ ba pha cho thấy, hàm lượng THF tăng dần thì đường cong điểm đọng sương dịch chuyển lên trên vùng có hàm lượng polyme cao [18]. Khi quá trình tách pha xảy ra, các trung tâm nghèo polyme sẽ hình thành nhiều hơn và phát triển hình thành nên cấu trúc lỗ xốp. Số lượng các mầm polyme nghèo càng cao thì màng sẽ có mật độ lỗ xốp càng cao.
Hình 4.31: Giản đồ ba pha biểu diễn các điểm đọng sương của hệ nước/NMP-THF/PSf với các tỉ lệ khác nhau giữa THF và NMP
Dựa trên kết quả ảnh SEM ở độ phóng đại x50.0k hình 4.32 cho thấy, màng hình thành có bề dày lớp trên tăng lên khi hàm lượng THF có trong dung dịch đúc tăng. Như vậy, THF có trong dung dịch đúc tăng lên thì khi bay hơi sẽ để lại lớp bề mặt của dung dịch đúc có nồng độ polyme càng cao, khi ngâm tiếp tục màng vào trong bể đông kết thì sự hình thành lớp trên là do quá trình gel hóa hình thành nên cấu trúc đặc không có lỗ xốp. Dựa vào kết quả cho thấy, mục tiêu hình thành màng có cấu trúc bất đối xứng với bề dày lớp trờn khoảng 0.42 àm đó đạt được với màng K.22.30T.T+30.
Hình 4.32: Hình SEM mặt cắt ngang x50.0k của các mẫu: K.22.10T.T+30 (a), K.22.20T.T+30 (b), K.22.30T.T+30 (c)
Quan sát cấu trúc bề mặt trên của ba màng ở hình 4.33 cho thấy, các khuyết tật bề mặt của cả ba màng đều không thấy xuất hiện. Cho thấy, quá trình hình thành màng bằng phương pháp khô/ướt dùng hơi cưỡng bức có thể loại bỏ được các khuyết tật bề mặt.
Hình 4.33: Hình SEM bề mặt trên x500 của các mẫu: K.22.10T.T+30 (a), K.22.20T.T+30 (b), K.22.30T.T+30 (c)
Tiến hành khảo sát các thông số về lưu lượng và hệ số chọn lọc cho thấy, màng K.22.30T.T+30 có hệ số α = 1.53 là cao nhất với lưu lượng khí oxy đi qua màng đạt 0.0310 ml/s tại áp suất 0.1 MPa, tiếp theo là màng K.22.20T.T+30 cho hệ số α = 1.37 ở
áp suất 0.1 MPa với lưu lượng oxy đi qua màng là 0.1221 ml/s và thấp nhất là màng K.22.10T.T+30 với hệ số chọn lọc là 1.26 với lưu lượng khí là 0.1067 ml/s ở áp suất 0.05 MPa (hình 4.34-a). Từ kết quả cho thấy, hàm lượng THF tăng lên sẽ giảm lưu lượng khí đi qua màng nhưng cải thiện được hệ số chọn lọc rất nhiều.
Quan sát hình 4.32 cho thấy, bề dày lớp trên của mẫu K.22.10T.T+30 và K.22.20T.T+30 không khác nhau nhưng lưu lượng đi qua màng lại có sự thay đổi rất lớn khi xét ở cùng một điều kiện áp suất. Khi hàm lượng THF có trong dung dịch đúc càng tăng thì lớp dưới hình thành có số lượng lỗ thoáng giảm sẽ cản trở dòng khí đi qua màng làm giảm lưu lượng (hình 4.35).
Hình 4.34: Đồ thị liên hệ giữa hệ số α - áp suất (a), lưu lượng - áp suất (b), hệ số α - lưu lượng (c) của các mẫu: K.22.10T.T+30, K.22.20T.T+30, K.22.30T.T+30
Trong quá trình đảo pha hình thành cấu trúc màng, khi ngâm màng vào bể đông kết thì tại lớp dưới NMP sẽ khuếch tán ra khỏi dung dịch đúc nhanh hơn do hệ số tương tác của THF với nước cao hơn NMP với nước. Bên cạnh đó, THF là một phi dung môi
yếu với hệ số tương tác với nước mạnh sẽ làm giảm tốc độ khuếch tán của nước vào dung dịch đúc, dòng dung môi khuếch tán ra nhanh và dòng phi dung môi khuếch tán vào chậm là quá trình trì hoãn sự tách pha xảy ra tại bề mặt lớp dưới nên cấu trúc lớp dưới với cấu trúc có số lỗ thoáng giảm dần.
Nhìn chung, với các kết quả thu được cho thấy màng hình thành theo phương pháp khô/ướt với hàm lượng THF/NMP có trong dung dịch đúc tăng lên thì hệ số chọn lọc càng tăng. Đặc biệt, hệ số chọn lọc của màng rất cao khi bề dày lớp trên khoảng 0.42 àm. Ngoài ra, hiệu quả chọn lọc của màng sẽ càng được nõng cao khi bề mặt của lớp dưới có mật độ lỗ thoáng lớn sẽ giúp nâng cao hơn nữa lưu lượng khí đi qua màng.
Nhận xét: các kết quả khảo sát từ phương pháp đảo pha kết tủa ngâm khô/ướt đã cho thấy vai trò quan trọng của quá trình bay hơi hình thành nên cấu trúc lớp trên. Các thông số khi được điều chỉnh phù hợp sẽ cho khả năng ứng dụng khác nhau. Đặc biệt, với màng hình thành với dung dịch đúc 22% PSf cho bay hơi cưỡng bức có tỷ lệ THF/NMP là 30/70 cho kết quả lưu lượng tốt nhất đạt khá cao là 0.0310 ml/s tại áp suất 0.1 MPa với hệ số chọn lọc đạt được là 1.53.
Hình 4.35: Hình SEM bề mặt dưới x500 của các mẫu: K.22.10T.T+30 (a), K.22.20T.T+30 (b), K.22.30T.T+30 (c)