Tải bản đầy đủ (.pdf) (149 trang)

Nghiên cứu chế tạo cấu trúc lưới có điều khiển trong cấu trúc lỗ xốp của màng lọc nền polyamide bằng ống nano carbon

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.56 MB, 149 trang )

I H C QU C GIA TP. HCM
I H C BÁCH KHOA

NGUY N

C BÌNH

NGHIÊN C U CH T O C
U KHI N
TRONG C U TRÚC L X P C A MÀNG L C N N
POLYAMIDE B NG NG NANO CARBON

Chuyên ngành: K thu t Hóa H c
Mã s :
8520301

LU N

TP. H


Cơng trình

c hồn thành t i:

i h c Bách Khoa
Cán b

ng d n khoa h

____________



Cán b

ng d n khoa h

____________

Cán b ch m nh n xét 1: PGS.TS. Nguy n Th

____________

Cán b ch m nh n xét 2: PGS.TS. B ch Long Giang

____________

Lu

c b o v t

i h c Bách

Thành ph n H

m:

1. PGS.TS. Lê Th Kim Ph ng

- Ch t ch

2. PGS.TS. Nguy n Th


- Ph n bi n 1

3. PGS.TS. B ch Long Giang

- Ph n bi n 2

4.

- y viên

5. TS. Ph

cL i

-

Xác nh n c a Ch t ch H
chuyên ngành sau khi nh n lu
CH T CH H I

-HCM

NG

ng Khoa qu n lý
c s a ch a (n u có).
NG KHOA
KHOA K THU T HĨA H C



I H C QU C GIA TP.HCM
I H C BÁCH KHOA

C NG HÒA XÃ H I CH
c l p - T do - H nh phúc

T NAM

NHI M V LU
H tên h c viên: Nguy
c Bình
Ngày,
7/05/1996
Chuyên ngành: K thu t Hóa h c
I.

II.

MSHV: 1970261
Khánh Hịa
Mã s : 8520301

TÀI:
Ti ng Vi t: Nghiên c u ch t o c
u khi n trong c u trúc l x p
c a màng l c n n polyamide b ng ng nano carbon
Ti ng Anh: Generation of controllable mesh in the porous structure of
polyamide-based membranes by carbon nanotubes
NHI M V VÀ N I DUNG

1. Xây d ng quy trình bi n tính, t o c
i ng nano carbon (CNTs) trong
l x p c a màng polyamide b ng ph n ng th y phân và amide hóa trên b m t
s i polyamide mà không phá h y c u trúc màng.
2. Ch t o màng nanocomposite polyamide/diamine/CNTs có c
i CNTs
g n trên khung s i polyamide và kh o sát
ng c a m t s
u ki n ph n
n c u trúc c a màng.
3. Phân tích c u trúc, hình thái b m
c tính th
t c a màng nanocomposite
polyamide/diamine/CNTs b
p nh
ng d ng c a màng.

III. NGÀY GIAO NHI M V : 22/02/2021
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 02/01/2022
V. CÁN B
NG D N
CBHD 1:
CBHD 2:

CÁN B
NG D N 1
(H tên và ch ký)

TP.HCM, ngày 02 tháng 01
CH NHI M B

(H tên và ch ký)

PGS.TS.
CÁN B
NG D N 2
(H tên và ch ký)

TS. Lê

NG KHOA
KHOA K THU T HÓA H C
(H tên và ch ký)

2
O


L IC
n bó v i

i h c Bách Khoa

i h c Qu c gia TP.HCM, không

i cho tôi r t nhi u tr i nghi
quý giá. Tôi hy v ng m i dun gi a tơi v
c lu
cịn c

ns


nghi

ng s ti p t
i s n l c, c g ng c a b n thân mà

ng viên, c

ng nghi p trong phịng thí

c bi t là s

nhi t tình c a t p th cán b

u tiên, tôi xin g i l i c
Th
c lu
sâu s c nh

n th c

ng d n.

n t p th cán b

ng d n

ng d

ng góp ý


t

n th

om

làm vi c, h c t p và trau d

i tri ân
u ki n t t nh

tơi có th

u khoa h c t i Phịng thí nghi m Tr ng

i h c Qu c gia v Công Ngh V t Li u, giúp tơi có th tồn tâm tồn ý hồn
thành lu
Tơi xin g i l i c
nhi u góp ý và ch nh s

t
tơi có th

c lu

ng th i, tơi

ng nghi p t i phịng thí nghi
trong su t quá trình th c hi n lu

Cu i cùng, tơi xin bày t lịng bi
viên và t o m

u ki n t t nh

tr

tơi có th hồn thành thành lu
H c viên

Nguy

i

c Bình

ng


TÓM T T
Nguyên t c ch n l c c a h u h t các lo i màng l c th c ph m d a trên vi
khi

c l x p trong c u trúc màng, ch cho phép các ch

t phù h

ng t i vi c gi
i nh


u
c phân

c l x p c a màng

n im

ng nano carbon thành m t l p

màng lên trên b m t màng nylon 66 nh c u n i diamine. L p màng CNT trên b m t
b n và kh

nl cc

i. CNT cịn có kh

un
ho

c

b

u ki n áp su

m t hóa h c

b n hóa cho t m màng, giúp màng ho

u ki n kh c


nghi

cs

d ng trong nghiên c

n, d áp d ng quy mô

c

giá tr s d ng c a s n ph m.
K t qu FT-

y s xu t hi n c a các liên k t amide gi a

MWCNT-COOH v i màng nylon 66 thông qua c u n i pPD. Góc th
bi n tính trong pha l ng gi m m

i màng nyl

hi n c a MWCNT-COOH s giúp c i thi
n t quét cho th

u ch ng t s xu t

c c a màng. nh ch p kính hi n

cc


m t màng ph n
t, d

n làm gi m

c l x p trên b
c ion Ca2+ còn cho

m t màng xu ng 1 cách rõ r t. Ngoài ra, k t qu

th y hi u qu lo i b mu i CaCl2 ra kh i dung d ch c a màng thành ph
so v

MWCNT-COOH. K t qu nghiên c

n ng t n t

u

h p ph ion Ca2+ lên trên b m t s i

i nh

i, m ra ti

t c a màng

s d ng c a màng nylon 66

ng d ng l n c a màng trong v

c.

ii

x lý ion kim lo i


ABSTRACT
The selection principle of most food separation processes is based on controlling
the pore size in the membrane structure to allow only substances of the right molecular
size to pass through. Membranes are easily deceived by molecules that are equal to or
smaller than the pore size. There have been many studies around the world focusing on
solving this problem. Most researches have focused on the creation of a new polyamide
layer on polysulfone surface. However, this approach is difficult to control the pore size
and the uniformity of the product. In this study, the pore size of commercial nylon 66
membrane was reduced by using the cross-linked carbon nanotubes (CNTs) on the
membrane surface via diamine bridge. CNTs film on the surface led to significant
improvements in the durability and selectivity of commercial membranes. CNTs also
surround diamine bridges to increase the mechanical strength of the membrane, helping
the membrane work under high-pressure conditions. Additionally, CNTs are chemically
inert t
conditions such as high temperature, acidic and alkaline media. Besides, the method
used in the thesis is relatively simple and facile to apply on a pilot scale and is expected
to improve the product value.
FT-IR and Raman spectra indicated the appearance of amide linkages between
MWCNT-COOH and nylon 66 membrane through pPD bridging. The contact angle of
modified PA with MWCNT-COOH in the liquid phase decreased more sharply than the
commercial nylon 66, demonstrating that the presence of MWCNT-COOH will improve
the hydrophilicity. Scanning electron microscopy images show that a cross-linked
structure has been created in the vapor phase and the fluid stream, leading to a decreased

pore size on the membrane surface. In addition, the rejection results also show that the
efficiency of removing CaCl2 salts from the solution of the modified membrane is much
higher than the commercial nylon 66 membranes due to the Ca2+ ion adsorption
mechanism on the MWCNT-COOH fiber. The study helps to increase the use-value of
commercial nylon 66 membranes, opening up great application potentials of treatment
heavy metal ions existing in the water.

iii


L
Tác gi

trình nghiên c u c a b n thân tác gi . Các k t

qu nghiên c u và các k t lu n trong lu n
b t kì m t ngu
(n

này là trung th c, và không sao chép t

i b t kì hình th c nào. Vi c tham kh o các ngu n tài li u
c th c hi n trích d n và ghi ngu n tài li u tham kh

nh.

Tp. H Chí Minh, ngày 02 tháng 01
H c viên

Nguy


iv

c Bình

2


M CL C
L IC

................................................................................................................... i

TÓM T T........................................................................................................................ii
ABSTRACT .................................................................................................................. iii
L

........................................................................................................... iv

M C L C ....................................................................................................................... v
DANH M C HÌNH NH ........................................................................................... viii
DANH M C B NG BI U ...........................................................................................xii
DANH SÁCH CÁC T

VI T T T ........................................................................... xiii

NHU C U NGHIÊN C U V MÀNG L C........................................................ 3
TÌNH HÌNH NGHIÊN C U V V T LI U MÀNG L C .................................. 9
1.2.1.


Màng Polymer .................................................................................................. 10

1.2.2.

....................................................................................................... 12

1.2.3.

Màng composite ma tr n m ng liên k t (mixed matrix membranes, MMMs) 13

TÌNH HÌNH NGHIÊN C U V

T O MÀNG L C .... 15

1.3.1.

Bi n tính b m t màng l c ................................................................................ 15

1.3.2.

Ch t

polyamide và ng nano carbon ........................ 17

TÌNH HÌNH NGHIÊN C U V MÀNG L
M C TIÊU C

C ........................ 20

TÀI .................................................................................... 21


N I DUNG NGHIÊN C U ................................................................................. 23
HÓA CH T VÀ THI T B ................................................................................. 27
2.2.1.

Hóa ch t ............................................................................................................ 27
v


2.2.2.

Thi t b .............................................................................................................. 27

BI N TÍNH MÀNG NYLON 66 B NG PPD .................................................... 28
BI N TÍNH MÀNG N1 B NG MWCNT-COOH D A TRÊN PH N

NG

AMIDATION ....................................................................................................... 30
2.4.1.

Ph n ng amidation trong pha l ng ................................................................. 30

2.4.2.

Ph n

................................................................... 31

2.4.3.


Ph n

t ......................................................... 35
U ........................................................................ 38

2.5.1.

Quang ph h ng ngo i FT IR .......................................................................... 38

2.5.2.

Ph Raman........................................................................................................ 39

2.5.3.

Kính hi

n t quét (SEM) ...................................................................... 39

2.5.4.

t ............................................................................................... 39

2.5.5.

c ion Ca2+ c a màng ................................................................. 40

kh


BI N TÍNH MÀNG N1 ........................................................................................ 41
3.1.1.

i quan c a màng N1 ................................................................... 41

3.1.2.

Kh o sát kh

t c a pPD v i màng nylon 66 ................................. 44

3.1.3.

Kh

t c a màng N1 ......................................................... 47

3.1.4.

K t qu SEM c a màng N1............................................................................... 51

c tính th

BI N TÍNH MÀNG N1 V I MWCNT-COOH TRONG PHA L NG ............... 52
3.2.1.

i quan c a màng N2L ................................................................. 52

3.2.2.


Kh o sát kh

t c a MWCNT-COOH trong màng N2L.................. 55

3.2.3.

Kh

t c a màng N2L ....................................................... 58

3.2.4.

K t qu SEM c a màng N2L ............................................................................. 60

c tính th

BI N TÍNH MÀNG N1 V I MWCNTvi

................... 62


3.3.1.

ng c

3.3.2.

ng c a nhi

3.3.3.


ng c a th i gian ph n

3.3.4.

ng MWCNT-

n màng N2G .................................. 62

ph n

n màng N2G ........................................... 69
n màng N2G .......................................... 76

K t qu SEM c a màng N2G ............................................................................. 82

BI N TÍNH MÀNG N1 V I MWCNT-

T

LIÊN T C ............................................................................................................ 84
3.4.1.

ng c a nhi

3.4.2.

ng c a th i gian ph n

3.4.3.


ph n

n màng N2F ............................................ 84
n màng N2F ........................................... 89

K t qu SEM c a màng N2F ............................................................................. 95
C TÍNH TH

TC

O MÀNG

N2 .......................................................................................................................... 97
C ION CA2+ C A MÀNG SAU Q TRÌNH BI N TÍNH V I

KH

MWCNT-COOH .................................................................................................. 99

K T QU
H N CH

C ..................................................................................... 102
NG PHÁT TRI

TÀI .............................................. 103

4.2.1.


H n ch ........................................................................................................... 103

4.2.2.

ng phát tri n ............................................................................................. 103

DANH M C

............................................................ 104

TÀI LI U THAM KH O ........................................................................................... 105
PH L C-NGUYÊN LI U MWCNT-COOH ............................................................ xiv

vii


DANH M C HÌNH NH
Hình 1.1:

B

c c a các qu c gia trên th gi i .......................... 3

Hình 1.2:

Các lo i màng l

c l x p. .................................................. 4

Hình 1.3:


hình thành và phát tri n m ng bám lên b m t màng...................... 6

Hình 1.4:

Hai ki u dịng ch y qua màng RO ............................................................... 6

Hình 1.5:

H màng (a) d ng t m ph ng, (b) d ng s i r ng và (c) d ng ng ............... 7

Hình 1.6:

T ng quan tình hình nghiên c u v t li u cho màng RO ............................ 10

Hình 1.7:

ph n

ng màng TFC t

các monomer Pararosaniline,

1,3 phenylenediamine và 1,3,5 benzenetricarbonyl trichloride. .............. 11
Hình 1.8:
Hình 1.9:

quy trình ch t o màng TFC có c u trúc tr c giao xen k .............. 12
Quy trình ch t o màng TiO2 b


............................ 13

Hình 1.10: C u trúc màng TFC ma tr n m ng gi a CNT và PA ................................ 14
Hình 1.11: T ng h p màng PA/CNT b

k t h p

trùng h p ghép polymer ............................................................................. 18
Hình 2.1:

l cc

CNT th

ng tr t

t cao .......................................................................................................... 24
Hình 2.2:

C u trúc c

Hình 2.3:
Hình 2.4:

ph n ng t

bi n tính tồn di n màng nylon 66 ............. 25

Quy trình th c nghi m trong


Hình 2.5:
Hình 2.6:

c g n thêm nhóm ch c COOH ....................... 24

tài ............................................................ 26

quy trình bi n tính màng nylon 66 b ng pPD ................................. 28
(a) Màng nylon 66 b th y phân hoàn toàn trong HCl 4M sau 4 gi và
(b) pPD b oxi hóa và k t t a trong dung d ch NaOH 4M......................... 29

Hình 2.7:

Quy trình bi n tính màng N2L .................................................................... 30

Hình 2.8:

Quy trình bi n tính màng N2G .................................................................... 32

Hình 2.9:

Mơ hình h ph MWCNT-COOH lên màng N1 ........................................ 33

Hình 2.10: Quy trình bi n tính màng N2F .................................................................... 36
Hình 2.11:

h th ng thi t b c a h ph n ng .................................................... 37

Hình 2.12: C u t o chi ti t bu ng ph n ng ................................................................ 37
Hình 2.13: H


c ion Ca2+ c a màng thành ph m và thi t b
ng ch t r n hòa tan trong dung d ch ........................................ 40

Hình 3.1:

Màu s c c

ng dung mơi th y phân khác nhau ........ 41
viii


Hình 3.2:

K t qu ngo i quan màng N1 ..................................................................... 42

Hình 3.3:

bi n thiên kh

ng c a màng N1 ..................................................... 43

Hình 3.4:

Ph FT-IR c a các m u bi n tính màng nylon 66 b ng pPD .................... 45

Hình 3.5:

K t qu Raman màng N1 ........................................................................... 46


Hình 3.6:

Góc th

Hình 3.7:

T

Hình 3.8:

K t qu SEM c a (a, b) màng nylon 66 và (c, d) màng N1-NaOH-1,0M

t c a các m u màng N1 ......................................................... 48
th

c c a màng N1 ................................................................ 49

.................................................................................................................... 51
Hình 3.9:

bao ph MWCNT-COOH trên b m t màng N2L ................................ 52

Hình 3.10: K t qu FT-IR c a MWCNT-COOH, màng nylon 66, N1 và N2L ............ 55
Hình 3.11: K t qu Raman c a MWCNT-COOH, màng nylon 66, N1 và N2L ........... 57
Hình 3.12: Góc th

t c a màng N2L

c chu n b trong các h xúc tác/dung


môi khác nhau ............................................................................................ 58
Hình 3.13: T

th

c c a màng N2L

c chu n b trong các h xúc

tác/dung môi khác nhau ............................................................................. 59
Hình 3.14: K t qu SEM (a, b) m
Hình 3.15:

c và (c, d) m t sau c a màng N2L-EtOH ...... 60

xu t cho ph n ng bi n tính màng nylon 66 v i MWCNTCOOH thơng qua c u n i pPD .................................................................. 61

Hình 3.16: K t qu

th

bám dính c a MWCNT-COOH lên màng

(a) N2G-10mg-100 C-6h, (b) N2G-20mg-100 C-6h và (c) N2G-30mg100 C-6h .................................................................................................... 62
Hình 3.17: K t qu FT-IR c a màng N2G

c chu n b

ng MWCNT-


COOH khác nhau ....................................................................................... 64
Hình 3.18: C u trúc màng (a) N2L và (b) màng N2G .................................................... 65
Hình 3.19: K t qu Raman c a màng N2G

c chu n b

ng MWCNT-

COOH khác nhau ....................................................................................... 66
Hình 3.20: Góc th

t c a màng N2G

c chu n b

ng MWCNT-

COOH khác nhau ....................................................................................... 67
Hình 3.21: T

th

c c a màng N2G

c chu n b

ng MWCNT-

COOH khác nhau ....................................................................................... 68


ix


Hình 3.22: K t qu FT-IR c a màng N2G

c chu n b

các nhi

ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 71
Hình 3.23: K t qu Raman c a màng N2G

c chu n b

các nhi

ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 72
Hình 3.24: Góc th

t c a màng N2G

c chu n b

các nhi

ph n ng


khác nhau ................................................................................................... 74
Hình 3.25: T

th

c c a màng N2G

c chu n b

các nhi

ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 75
Hình 3.26: K t qu FT-IR c a màng N2G

c chu n b

các th i gian ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 78
Hình 3.27: K t qu Raman c a màng N2G

c chu n b

các th i gian ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 79
Hình 3.28: Góc th


t c a màng N2G

c chu n b

các th i gian ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 81
Hình 3.29: T

th

c c a màng N2G

c chu n b

các th i gian ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 82
Hình 3.30: K t qu SEM m t bi n tính v i MWCNT

i (a) 2 m,

(b) 500 nm và m t không bi n tính

i (c) 2 m, (d) 500

nm c a màng N2G ....................................................................................... 83
Hình 3.31: K t qu FT-IR c a màng N2F


c chu n b

các nhi

ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 86
Hình 3.32: K t qu Raman c a màng N2F

c chu n b

các nhi

ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 87
Hình 3.33: Góc th

t c a màng N2F

c chu n b

các nhi

ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 88
Hình 3.34: T

th


c c a màng N2F

c chu n b

các nhi

ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 89
Hình 3.35: K t qu FT-IR c a màng N2F

c chu n b

các th i gian ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 91
Hình 3.36: K t qu Raman c a màng N2F

c chu n b

các th i gian ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 92
x


Hình 3.37: Góc th

t c a màng N2F


c chu n b

các th i gian ph n ng

khác nhau ................................................................................................... 93
Hình 3.38: T

th

c c a màng N2F

c chu n b

các th i gian ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 94
Hình 3.39: K t qu SEM m t bi n tính v i MWCNT
(b) 500 nm và m t khơng bi n tính

i (a) 2 m,
i (c) 2 m, (d) 500

nm c a màng N2F ....................................................................................... 95
Hình 3.40:

ph n ng cho tồn q trình .......................................................... 96

Hình 3.41: Góc th
Hình 3.42: T


tc
th

c bi n tính màng .............. 97
cc

Hình 3.43: K t qu so sánh kh

c bi n tính màng ....... 98
i b ion Ca2+ gi a màng nylon 66 ban

u v i màng thành ph m .......................................................................... 99
Hình 3.44: B m

c khi l c, (c, d) m t bi n tính v i MWCNT-

COOH sau khi l c v i CaCl2 và (e, f) m t khơng bi n tính v i
MWCNT-COOH sau khi l c ................................................................... 100

xi


DANH M C B NG BI U
B ng 1.1:

M t s nghiên c u v bi n tính b m t màng PA...................................... 17

B ng 1.2:


M t s nghiên c u v ch t o màng PA-TFC có c u trúc sandwich ......... 19

B ng 2.1:

Hóa ch t s d

tài .................................................................... 27

B ng 2.2:

Thi t b s d

tài ...................................................................... 27

B ng 2.3:

Kh o sát l a ch n dung môi cho ph n ng t o màng N1 .......................... 29

B ng 2.4:

Kh o sát h n h p dung d ch cho ph n ng t o màng N2L ......................... 31

B ng 2.5:

Thông s kh o sát

ng MWCNT-

n ph n ng


............................................................................. 33
B ng 2.6:

Thông s kh o sát

ng c a nhi

n ph n ng amidation

.............................................................................................. 34
B ng 2.7:

Thông s kh o sát

ng c a th

n ph n ng amidation

.............................................................................................. 34
B ng 2.8:

Thông s kh o sát

ng c a nhi

n ph n ng amidation

t .................................................................................... 38
B ng 2.9:


Thông s kh o sát

ng c a th

n ph n ng amidation

t .................................................................................... 38
B ng 3.1:

i quan c a màng N2L ........................................................... 53

B ng 3.2:

Tính ch t c a dung mơi ph n ng ............................................................. 54

B ng 3.3:

i quan c a màng N2G

c chu n b

ng

MWCNT-COOH khác nhau ...................................................................... 63
B ng 3.4:

i quan c a màng N2G

c chu n b


các nhi

ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 69
B ng 3.5:

giá ngo i quan c a màng N2G

c chu n b

các th i gian ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 76
B ng 3.6:

i quan c a màng N2F

c chu n b

các nhi

ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 85
B ng 3.7:

i quan c a màng N2F

c chu n b


các th i gian ph n

ng khác nhau ............................................................................................ 90

xii


DANH SÁCH CÁC T

VI T T T

T vi t t t

Cách vi

gi

AEM

Anion exchange membrane

AFM

Atomic force microscope Kính hi n vi l c nguyên t

AL

Active layer L p ho


CEM

Cation exchange membrane

CNT

Carbon nanotubes

FO

Forward osmosis Th m th u t nhiên

FT IR

Fourier transform infrared spectroscopy

i anion

ng c a màng
i cation

ng nano carbon

Ph h ng ngo i bi

i

Fourier
IP


Interfacial polymerization

p polymer trên b

m t
MED

Multi effect distillation

ng

MLD

Molecular layer deposition

MMMs

Mixed matrix membranes Màng ma tr n m ng

MSF

Multi stage flash distillation

MTLab

Materials Technologies Laboratory

ng l p phân t

ng

Phòng thí nghi m Tr

Cơng Ngh V t Li u
MVC

Mechanical vapor compression

NIPS

Non solvent induced phase separation
c n dung môi

SEM

Scanning Electron Microscope Kính hi

SI ATRP

Surface initiated atom transfers radical polymerization

SuL

Support layer L

m h tr c a màng.

xiii

n t quét


m


M

U

Cơng ngh màng l c hi

m t vai trị quan tr ng trong các ngành

công nghi

ng, th c ph

ngh màng l c là có th

c các c u t

c ph

m c a công
c khác nhau, t phân t

t i ion mà không c n ph i s d ng thêm các hóa ch t khác, các c u t c n tách không
ph i chuy n pha, ti t ki

ng và thân thi n v

l c d dàng b


ng. Tuy nhiên, màng

i các lo i phân t

c nh

c l x p và cho phép nh ng lo i phân t không mong mu

y cho

u nghiên c u trên th gi i t p trung vào gi i quy t v
màng. H u h t các nghiên c

u t p trung vào vi c t o ra m t l p polyamide m i có

cl x

n

khó ki

mc

cl x

u c a s n ph m và khó áp d ng quy

mơ cơng nghi p. Các lo i màng có kh


c ion v

cao do quá trình ch t o ph c t
kh

này c a

i ít v i giá thành

c nghiên c

t o ra m t lo i màng có

t

t quan

c ion giá thành r v

tr ng.
Hi n nay, màng l

i có giá thành r

d ng r

c s n xu

lo i màng này là có kho
v


u ki n làm vi c r

ng. Tuy nhiên, m t s v

màng thô nhám, k

c, d

làm gi m hi u qu
c
m

c s ch và x

c ô nhi
b

cs
mc a

c cao và thân thi n

ng g p c a màng polyamide là b m t

n hi

ng t c ngh n, d b bám b n trên b m t màng,
tl cc


c i thi n các tính ch t

s d ng cho màng, vi c bi n tính màng polyamide là
ng nghiên c u ti

c quan tâm. Vi c bi n tính màng giúp

c tính c a màng mà khơng làm
giúp màng không ch gi

n c u trúc khung c a màng,

b nv

c kh

ng bám

b n và hi u qu l c c a màng. Ngồi ra, q trình bi n tính t
m i s giúp kh ng ch

c l x p d dàng và ti t ki

vi c nghiên c u ch t o v t li u màng l c m i.

Trang 1 / 115

i



M

u

HVTH: Nguy

ng nano carbon (CNT)
b nt t
thi

c bi

n v i kh

c Bình

n cao, ch ng bám

xu t hi n c a CNT trên màng PA s giúp c i
b n, kh

ng, ch ng bám b n, t

và hi u su t l c c a

c g n lên
giúp màng có kh

ib


n tính cịn

c các ion kim lo

u qu khi l

c,

i b kim lo i n ng t n t i trong ch t th i công nghi p.
Vi t Nam hi n nay v
tính màng polyamide b

c nào v vi c nghiên c u bi n
n ng d ng l c ion kim lo i ra kh

tách chi t d ch th c ph
m

n bi n tính màng l
c ion Ca2+ thành màng

c l x p ~0,45 m, khơng có kh

composite có c
polyamide v i 3 c
h p ph . T nh

c và

a


n tính v i màng
i b ion Ca2+ nh q trình

c l x p và có kh

Nghiên c u ch t o c

u khi n

trong c u trúc l x p c a màng l c n n polyamide b ng ng nano carbon
và mang tính c p thi t v i m c tiêu nâng cao kh
m t cách kinh t và hi u qu
c, gi m thi u ô nhi

ng d ng công ngh màng l c
c, nh m tái s d ng, ti t ki m ngu n

ng và phát tri n b n v ng.

Trang 2 / 115


T NG QUAN V

TÀI

NHU C U NGHIÊN C U V MÀNG L C
Dân s trên th gi


v

thái và tài nguyên thiên nhiên, v

ng th i kéo theo h l y ngu

n ki t nhanh chóng trong khi nhu c u v
m t cách nhanh chóng. Liên H p Qu c d

1,8 t

c [1]

i trên th gi i s

hi n nay,

a lý trên th gi i s b

ng b i tình
c

c a T ch c Y t Th gi i (WHO) và Qu

c ng t

c s ch trên toàn c
ng v i t

a, m t n a các khu v

tr ng khan hi m n

ng, h sinh

c và v sinh

ng Liên Hi p Qu
d

c u ng b ô nhi m [2]. Theo báo

cáo c a Vi n Tài nguyên Th gi i (WRI) công b vào ngày 6/8/2019 cho th y m t ph n
th gi

im tv iv

thi

c. Nh ng qu

c

tr m tr ng nh t bao g m Quatar,

Hình 1.1: B

c c a các qu c gia trên th gi i [3].

Vi c x


t quan tr

t các ngành công nghi
Ph n l n các v

h n ch vi c x

c th i tr c ti p
p th c ph m.

c a ngành công nghi p th c ph m k trên liên quan tr c ti
Trang 3 / 115

n


ng quan v

tài

HVTH: Nguy

c Bình

vi c lo i b , l c, tách các thành ph n khác nhau có trong ngu n nguyên li u ho c thành
ph m, tùy theo yêu c u. Các công ngh phân tách b ng nhi
t ng (multi

a tác d ng (multi


effect
n

th

t, hi u su

tính th c ph

n

phân tách b

ai trị quy

nh trong

t xuyên su t quá trình s n xu
ch t (bao g m d ch th c ph m bán thành ph m ho c thành ph

c r a, ch t th

i áp l c cao trong dây chuy n s n xu t. Qua m
ng các ch

n,

c kh ng ch b ng các h th ng phân
p màng l c s


nh hi u qu phân riêng

c a h th ng d a trên hi u su

iv it

l c có c u trúc x p, bán th m v

ng phân riêng. Các màng

c l x p khác nhau có th l

n, phân t h

cl n

ng c

ng

nh , protein, h p ch t vơ

i ta có th s d ng các lo i màng,
c (microfiltration, MF), siêu l c (ultrafiltration,

UF), l c nano (nanofiltration, NF) và th m th
[4]

c (reverse osmosis, RO) (hình 1.2)


màng l c RO có th

c nh nh t.

Khác v i cách l c th m th u t nhiên, công ngh RO s d ng áp l
l ng qua các màng l

t c a quá trình.

Hình 1.2: Các lo i màng l c

Trang 4 / 115

c l x p [4].

y ngu n


ng quan v
Màng l

tài

HVTH: Nguy

ng d b ô nhi m, bám b n, gi m hi u su

c Bình

ng c a các quá


trình sau:
- Phân c c n

(concentration polarization) là hi

ch t tan c a kh i dung d ch t i l p ranh gi i m ng b m t màng phía bên dung
d ch vào. Phân c c n



ng tiêu c

n hi u su t màng RO, gi m

c qua màng [5].
- S t c ngh n màng (membrane fouling) là quá trình x y ra s l
ch

ng các

ng ho c ch t hòa tan t i các l x p trên b m t ho c trong màng, t o

thành l p b n làm gi m hi u su t l c c a màng. L p b n này cịn có th làm
i c u trúc, tính ch t c a v t li u màng do x y ra ph n ng ho c b bi n
tính. S t c ngh n c a màng th m th
Các ch

c là g


c gi l

tránh kh i.

ng cho sinh kh i, d

n các ph n

ng sinh h c.
- S

ng bám trên b m t màng (membrane scaling) là hình th c ơ

nhi m

phía dung d ch vào, x y ra khi các ch

ng l

t quá gi i

h n hòa tan c a chúng. Các màng bám ngày càng m r ng quy mô và tr m tr ng
eo th i gian n
C
t c ngh n. C
x p và l

nh kì.

hình thành và phát tri n m ng bám lên b m t khác nhau tùy vào t ng lo i

c a t c ngh n màng
ng d

ng

c chia

n hình thành l p m ng bám. Vi

vào t s
- V i

c làm s

: h p ph , khóa l
ph thu c

(hình 1.3).
:

ch h p ph .

- V i

khóa l x p.

- V i

l


ng d

n hình thành l p m ng bám lên màng.

Trang 5 / 115


ng quan v

Hình 1.3:

tài

HVTH: Nguy

hình thành và phát tri n m ng bám lên b m t màng.

Công ngh RO có 2 ch

ho

ng khác nhau tùy thu c vào 2 ki u dòng ch y:

ki u dòng ch y ngang (cross flow) và ki u dòng ch
dòng ch y ngang kh c ph
ch y

ng

ch y ngang,


c Bình

ng (dead end) (hình 1.4). Ki u

m t c ngh n màng nhanh chóng c a ki u dòng

c s d ng r ng rãi trong các quy trình x
t có áp su

c. Trong ki u dòng

c ch y ngang trên b m t màng t

cao làm h n

ch s t c ngh n do các ch t b n chen vào l x p và t o l p m ng bám bên trên b m t
màng.

Hình 1.4: Hai ki u dịng ch y qua màng RO.
Thi t k c a 1 h màng RO ch y

c chia thành 3 lo

ng v i 2

ki u dịng ch y (hình 1.5):
- D ng t m ph ng (flat sheet): các h m
t th
dung d


c x lý có ch a n

nh t cao [6, 7].

Trang 6 / 115

c s d ng nhi u trong x lý
ch t b n cao ho c các


ng quan v

tài

HVTH: Nguy

- D ng s i r ng (hollow fiber): các h
cl

m

c s d ng trong x lý th

c bi n ho c x

c th i

- D ng ng (tubular): Các h màng này ch y
l c [10]. Các h hình

phong

c Bình

h

[8, 9].

c s d ng trong vi l c và siêu
s n xu t vì chúng ch yêu c u niêm

u.

Hình 1.5: H màng (a) d ng t m ph ng, (b) d ng s i r ng và (c) d ng ng.
Màng RO r t d b t c ngh n, bám b n làm gi m kh
dung d ch
x
ch

cc

c thô (MF, UF, NF), các
c khi cho qua màng RO. Màng RO c

b

c áp l c l n trong su t quá trình s d ng.

ct t


gi i quy t v

n ti n
màng có th
này, màng RO

ng là màng thin film composite (TFC) g m 3 l p:
- L p ho

ng có ch

l i các

phân t và các ch t r n hịa tan. Các tính ch
tách

n kh

c l x p, hình thái b m t ho

tích b m t và tính k

c c a v t li u [11]

phân tách các ch t r n hịa

tan trong dung d ch d a trên cá
khơng gian, l

- L p


m 1 có tác d

m2

n tr

n, tính k

ng c c).
b

ng trùng h p t o thành l p ho
- L

i ch

n cho các ch
ng c c

n

có tác d

c cho l

y ra ph n

ng giao thoa v i l
b


i v i nhau.

Trang 7 / 115

m 1.

c cho l p màng b ng các s i


ng quan v

tài

Các lo

HVTH: Nguy

c Bình

i hi n nay ch s d ng l

b n

th c hi n ph n ng polymer hóa t o l p ho
n d ng h t vai trò c a l
r ir cg ml x

polymer. C u trúc l x p trong màng phân b


c macro t o b i c u trúc khung c a l

c meso t o b i c u trúc khung l p ho
ct

polymer và kích

t ki u màng m i t n d ng

al

o 1 l p màng TFC phân b

các c u trúc l x

ng

u và

c quan tâm nghiên c u. Các lo i màng l

m i hi n nay ch y u g m 4 lo i v t li u chính:
- Cellulose acetate (CA) kh
h

u dung mơi kém, kho ng pH làm vi c thích

i h p (4,5 7,9), d b

ng b i vi sinh v t và d b


ng

áp su t cao.
-

c tính n i b
hóa ch

b

nh nhi t, kháng

c tuy t v i. PVDF là m t polymer bán tinh th , trong

cung c

b

c và kh

p trong khi pha

nh hình mang l i s linh ho t, kh

c t t [12]

nh khi b t n cơng b i các hóa ch

p ch t h


acid và các ch t oxi hóa m

n
m

b n hóa h c c

là m t c n tr cho vi c bi n tính, c i thi n tính ch t b m t màng.
-

c tính n i b t gi ng v i PVDF
[13]

ng b m t th p và b m t th hi n tính k

c n ph i bi n tính b m

phù h p v i công ngh

h c c a màng PTFE l i gây c n tr
d

b n hóa
c bi n tính b m t màng

c s d ng cho màng l c RO.

- Polyamide (PA) có th ch


c nhi

cao, kho ng pH làm vi c r ng, khó

b phân h y khi có m t vi sinh v t, và
hi n kh

t và ch n l

b

c s d ng r ng rã

i màng l c có nhi
m n, x

trong các quy trình phân tách các dòng s n ph m v
b m t màng PA th hi n tính k

c cao. Màng PA còn th

t tr i.

T nh ng lý do trên, màng l c PAt tr

c nên màng PTFE

m
c th i và


c khác nhau. Tuy nhiên,

c và thô nhám nên màng d b t c do s bám b n
Trang 8 / 115


ng quan v

tài

HVTH: Nguy

c a các ch t tan trong quá trình l c [14, 15]. Các ch t b
màng ho c trên thành c a l x p, d
màng. Kh
(chlorine ho

ng k t t a trên b m t

n gi m hi u qu

ng chlorine ho

c Bình

t l c và tu i th c a

ng c a lo i màng này khá th p

ng và nh ng h p ch t ch a chlorine ho


c

do quá trình kh trùng, làm s ch vi khu n), các h p ch t ch a chlorine ho
ph n ng v i nhóm amide ( CONH ) trên b m
c tính tách c a màng [16-18]

gi i quy

ng có th

h i và làm suy gi m
m trên c a màng polyamdie,

ng t i m t cách ti p c n m i là bi n tính tồn di n c u trúc màng, c trên
b m t và bên trong c u trúc l x p c a màng nh m t o l p màng TFC th h m i.
TÌNH HÌNH NGHIÊN C U V V T LI U MÀNG L C
các nhà máy, dây chuy n s n xu t th c ph m ho
nghiên c u v màng l

c th c hi n liên t c nh m tìm ra các màng có tính th

ch n l
làm s

ng có l i nhu n, các

ng th i, màng ph

c tính ch ng bám b n, t


gi m chi phí thay th , b o trì. Có r t nhi u các nghiên c

th c hi n nh m c i thi n kh

c

t b ng công ngh RO.

ng nghiên c u v c i thi

c quan tâm nhi u nh t

vì ngày càng có nhi u lo i v t li u m i có tính ch t, c
nhi

ng v v t li u c a màng l

ra trong s n xu

xu

c tìm ra. Có r t
gi i quy t v

t c ngh n x y

xu t b i các nhóm nghiên c u trên th gi

ng nghiên c


c

gi i quy t v

c l x p l n ho c thay th

i v i vi c x

n giá tr t i h n nh

thay th b ng v t li u siêu x

polymer

nh, k c

iv

kh

quy mô ng d ng s n xu

n vi c bi n tính tồn di n c u trúc c a màng l
al

c th

c bi t. Theo


th c s kh thi v m t tri n khai, m r ng

d ng t

ng h p

d ng trong công

nghi p do tu i th c a các lo i màng sinh h c này v n còn r t th p và ch m
ng d

c

i v i vi c s d ng màng t bào sinh v t,

các nghiên c u và công ngh hi

nghi m trong m t s

polymer

polymer b ng các v t li u x p khác; (ii) s

d ng màng l c có ngu n g c t bào sinh v
l x p c a v t li u ch có th

này là: (i) s d

polymer


Trang 9 / 115

b n, gi

i. Do
i, t n
cl x p


×