BIẾN TÍNH BỀ MẶT MÀNG LỌC POLYETHERSULFONE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------o0o-------------

Nguyễn Thị Minh

BIẾN TÍNH BỀ MẶT MÀNG LỌC POLYETHERSULFONE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------o0o-------------

Nguyễn Thị Minh

BIẾN TÍNH BỀ MẶT MÀNG LỌC POLYETHERSULFONE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá Học
Mã số: 60520301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Thị Dung

HÀ NỘI – 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Biến tính bề mặt màng lọc Polyethersulfone
(PES)” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu kết quả trong đề tài là trung thực và
chưa từng được công bố. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày….. tháng….. năm 2018
Tác giả luận văn


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thị Dung –
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giao đề tài, trực
tiếp hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Hóa Học, đặc biệt là
các thầy cô trong bộ môn Công nghệ hóa học, Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa
học Tự nhiên đã tận tình truyền đạt kiến thức và đóng góp nhiều ý kiến quý báu
trong suốt quá trình em học tập và làm luận văn.
Em xin được cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm giúp đỡ, động viên
và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập nghiên cứu.
Em cũng xin cảm ơn TS. Ngô Hồng Ánh Thu và tập thể các anh chị em
Phòng thí nghiệm nghiên cứu Màng lọc, Bộ môn Công nghệ Hóa học, trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giúp đỡ và động viên em
trong suốt thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Học viên

Nguyễn Thị Minh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN....................................................................................2
1.1. Màng lọc và các quá trình màng.....................................................................2
1.2. Cơ chế tách qua màng......................................................................................5
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách qua màng......................................6
1.4. Hiện tượng tắc màng........................................................................................7
1.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự tắc màng............................................................8
1.4.2. Các giải pháp nâng cao hiệu suất tách lọc cho màng....................................10
1.5. Biến tính bề mặt màng lọc..............................................................................10
1.6. Biến tính bề mặt màng lọc bằng phương pháp trùng hợp ghép..................12
1.6.1. Trùng hợp ghép quang hóa dưới bức xạ tử ngoại..........................................13
1.6.2. Trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử..........................................................16
1.7. Polyethersulfone và màng lọc polyethersulfone (PES)................................17
1.8. Ứng dụng màng lọc trong xử lý nước thải của quá trình chế biến sữa.......18
1.9. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn............................................19
CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM...........................................................................20
2.1. Hóa chất và thiết bị.........................................................................................20
2.1.1. Hóa chất, vật liệu..........................................................................................20
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ............................................................................................20
2.2. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................21
2.2.1. Biến tính bề mặt màng...................................................................................21
2.2.2. Đánh giá đặc tính bề mặt màng.....................................................................23
2.2.3. Đánh giá tính năng tách lọc của màng..........................................................24
2.2.4. Khả năng lọc tách thu hồi protein trong dung dịch sữa loãng.......................26
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..........................27
3.1. Trùng hợp ghép 1-vinyl-2-pyrolidinone (NVP) biến tính bề mặt màng PES......27
3.1.1. Trùng hợp ghép quang hóa NVP lên bề mặt màng PES.................................27
3.1.2. Trùng hợp ghép khơi mào oxi hóa-khử NVP lên bề mặt màng PES...............34
3.2. Trùng hợp ghép poly(etylen glycol) metacrylat (PEGMA)..........................40

3.2.1. Trùng hợp ghép quang hóa PEGMA lên bề mặt màng PES...........................40
3.2.2. Trùng hợp ghép khơi mào oxi hóa khử PEGMA lên bề mặt màng PES.........46
3.3. Khả năng lọc tách thu hồi protein trong dung dịch sữa loãng của màng...53
KẾT LUẬN............................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................59


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Độ thô nhám bề mặt màng PES trước và sau khi trùng hợp ghép với NVP......28
Bảng 3.2. Mức độ trùng hợp ghép NVP lên bề mặt màng PES (UV).............................30
Bảng 3.3. Tính năng tách lọc của màng PES-g-NVP (UV)............................................31
Bảng 3.4. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PES-g-NVP (UV).................32
Bảng 3.5. Mức độ trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa –khử NVP lên bề mặt màng PES. .35
Bảng 3.6. Tính năng lọc tách protein của màng PES-g-NVP (redox).............................36
Bảng 3.7. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PES-g-NVP (redox)..............38
Bảng 3.8: Mức độ trùng hợp ghép quang hóa PEGMA lên bề mặt màng PES................42
Bảng 3.9. Tính năng tách lọc protein của màng PES-g-PEGMA (UV)...........................43
Bảng 3.10. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PES-g-PEGMA (UV)..........44
Bảng 3.11. Mức độ trùng hợp ghép PEGMA (redox) lên bề mặt màng PES (hệ khơi mào
K2S2O8/Na2S2O5)......................................................................................................48
Bảng 3.12. Tính năng tách lọc của màng PES-g-PEGMA (redox).................................50
Bảng 3.13. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PES-g-PEGMA (redox).......51
Bảng 3.14: Kết quả lọc tách thu hồi protein trong dung dịch sữa loãng của màng...........54
Bảng 3.15. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của các màng khi lọc dung dịch
sữa loãng.................................................................................................................55


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của các loại màng lọc khác nhau.........................................................3
Hình 1.2. Giới hạn tách của các quá trình màng...............................................................5

Hình 2.1. Hệ thiết bị thí nghiệm trùng hợp ghép quang hóa dùng tia UV..........................22
Hình 2.2. Cell teflon dùng cho thí nghiệm trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử............22
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thiết bị lọc màng phòng thí nghiệm...................................................25
Hình 3.1. Ảnh chụp SEM màng nền và màng trùng hợp ghép NVP ................................27
Hình 3.2. Ảnh chụp AFM bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép NVP ...................28
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại phản xạ (a) màng nền và (b) màng trùng hợp ghép với NVP.....29
Hình 3.4. Mức độ trùng hợp ghép quang hóa NVP lên bề mặt màng PES........................30
Hình 3.5. Độ lưu giữ và năng suất lọc của màng PES-g-NVP (UV)................................32
Hình 3.6. Độ duy trì năng suất lọc của màng PEG-g-NVP (UV).....................................33
Hình 3.7. So sánh lượng protein hấp phụ trên màng PES và màng PES-g-NVP (UV).......34
Hình 3.8. Mức độ trùng hợp ghép khơi mào oxi hóa-khử NVP lên bề mặt màng PES.......35
Hình 3.9. Tính năng lọc tách protein của màng PES-g-NVP (redox)................................37
Hình 3.10. So sánh tính năng lọc tách protein của màng PES-g-NVP..............................39
Hình 3.12. Ảnh chụp SEM bề mặt màng PES và màng PES-g-PEGMA ........................40
Hình 3.13. Phổ hồng ngoại phản xạ bề mặt màng PES và màng PES-g-PEGMA..............41
Hình 3.14. Mức độ trùng hợp ghép quang hóa PEGMA lên bề mặt màng PES.................42
Hình 3.15. Tính năng tách lọc protein của màng nền PES....43 và các màng trùng hợp ghép
PES-g-PEGMA (UV).................................................................................................43
Hình 3.16. Mức độ duy trì năng suất lọc của màng theo thời gian....................................45
Hình 3.17. Lượng protein hấp phụ trên màng PES và màng PES-g-PEGMA (UV)...........45
Hình 3.18. Ảnh chụp SEM bề mặt và mặt cắt các màng nền PES và màng PES-g-PEGMA
(redox) .....................................................................................................................46
Hình 3.19. Phổ hồng ngoại phản xạ bề mặt màng nền PES và màng trùng hợp ghép khơi
mào oxi hóa khử với PEGMA ....................................................................................47
Hình 3.20. Mức độ trùng hợp ghép PEGMA lên bề mặt màng PES (redox)......................49
Hình 3.21. Tính năng tách lọc của màng PES-g-PEGMA (redox)....................................51


Hình 3.22. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PES-g-PEGMA (redox).........52
Hình 3.23. Kết quả lọc tách thu hồi protein trong dung dịch sữa loãng của màng..............55

Hình 3.24. Độ giảm năng suất lọc của màng với dung dịch sữa loãng Ba Vì.....................56
Hình 3.25. Độ giảm năng suất lọc của màng với dung dịch sữa loãng Vinamilk................57


DANH MỤC VIẾT TẮT
Tiếng Anh
Acrylic acid
Atomic force microscopy
Bovine serum albumin
Maintained flux ratio

Tiếng Việt
Acid acrilic
Kính hiển vi lực nguyên tử
Protein huyết thanh bò
Độ duy trì năng suất lọc theo

FTIR-ATR

Attenuated total reflectance-Fourier

thời gian
Phổ hồng ngoại phản xạ toàn

GD
MA
MBAA
MF
MWCO
NF

NVP
NVF
PEG
PEGMA
PES
PVA
Ra
Rms

transform infrared spectroscopy
Graft degree
Maleic acid
N,N-methylen bisacrylamid
Microfiltration
Molecular Weight Cut-of
Nanofiltration
N-vinyl-2-pyrolidinone
N-vinylfonnamide
Poly( ethylene glycol)
Poly(ethylene glycol) methacrylate
Polyethersulfone
Poly(vinyl ancol)
Average roughness
Root mean square

AA
AFM
BSA
FM

RO
Redox
SEM
TEM
UF
UV

phần biến đổi
Mức độ trùng hợp ghép
Acid maleic
Vi lọc
Giới hạn tách phân tử
Lọc nano

Độ thô nhám trung bình
Độ thô nhám bình phương

Reverse osmosis
Reduction-Ocidation
Scanning electron microscopy
Transmission ecltron microscopy

trung bình
Thẩm thấu ngược
Hệ oxi hóa khử
Kính hiển vi điện tử quét
Kính hiển vi điện tử truyền

Ultrafiltration
Ultra violet

qua
Siêu lọc
Bức xạ tử ngoại


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, công nghệ màng lọc phát triển mạnh mẽ và được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ưu điểm của kỹ thuật lọc màng là có thể tách
được các cấu tử có kích thước khác nhau, từ cỡ hạt đến cỡ ion, các cấu tử cần tách
không phải chuyển pha, quá trình tách không cần sử dụng thêm các hóa chất khác, là
phương pháp tách hiện đại, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.
Màng lọc là bộ phận quan trọng nhất trong hệ tách dùng màng, trong đó lớp
bề mặt màng đóng vai trò quyết định khả năng tách lọc của màng. Với các đối
tượng tách lọc khác nhau, những đặc tính đã có của bề mặt màng có thể chưa đáp
ứng hoặc đáp ứng chưa tốt yêu cầu đặt ra. Để có thể nâng cao tính năng tách lọc
của màng đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của những tính chất không mong muốn,
người ta đã tìm cách biến tính bề mặt màng. Phương pháp biến tính bề mặt màng
có nhiều ưu điểm. Một mặt, có thể thay đổi đặc tính lớp bề mặt mà không ảnh
hưởng đến cấu trúc bên trong của màng, vì vậy, vẫn giữ được những đặc tính tốt
của vật liệu màng ban đầu. Mặt khác, lớp bề mặt sau khi biến tính có những đặc
tính phù hợp hơn với đối tượng tách. Ngoài ra, do chỉ cần tác động lên lớp bề mặt
nên có thể tiết kiệm được khá nhiều chi phí so với việc nghiên cứu chế tạo vật liệu
hoàn toàn mới.
Đề tài luận văn "Biến tính bề mặt màng lọc Polyethersulfone (PES)” tiến
hành nghiên cứu biến tính bề mặt màng PES bằng các phương pháp trùng hợp ghép
quang hóa dưới bức xạ tử ngoại và trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử, với hai tác
nhân sử dụng cho quá trình trùng hợp ghép là Poly(ethylene glycol) methacrylate
(PEGMA) và N-vinyl-2-pyrolidinone (NVP). Ảnh hưởng của các điều kiện biến tính
bề mặt đến đặc tính của màng được khảo sát và đánh giá, với đối tượng lọc tách là

protein trong dung dịch.
Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm màng lọc, Bộ môn Công nghệ
hóa học, Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.

1


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Màng lọc và các quá trình màng
Màng lọc là vật liệu sử dụng trong quá trình tách các hỗn hợp đồng thể (lỏng
- lỏng, khí - khí) hoặc dị thể (lỏng - rắn, khí - rắn). Một cách khái quát, có thể coi
màng là lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa hai pha - pha đi vào và pha thấm
qua. Màng lọc có khả năng lưu giữ một số cấu tử trong pha đi vào, và cho các cấu
tử khác đi qua theo pha thấm qua (dịch lọc). Quá trình vận chuyển chất qua màng
có thể xảy ra một cách tự nhiên hay cưỡng bức nhờ động lực giữa hai phía màng.
Động lực của quá trình tách qua màng là chênh lệch áp suất, chênh lệch nồng độ,
chênh lệch nhiệt độ hay chênh lệch điện trường [69].
Dựa vào cấu trúc màng, trong phạm vi các màng tổng hợp dạng rắn, người ta
chia thành hai loại màng là màng đối xứng và màng bất đối xứng:
Màng đối xứng là loại màng có cấu trúc đồng nhất từ trên xuống dưới với hai
mặt hoàn toàn giống nhau .Màng đối xứng có thể xốp hoặc không xốp, với độ dày
nằm trong khoảng từ 10 đến 200 μm, trở lực chuyển khối của màng được quyết định
bởi độ dày của toàn bộ màng, nếu giảm độ dày của màng thì sẽ tăng tốc độ thấm
qua. Loại màng này thường dùng trong quá trình vi lọc để lọc các tiểu phân nhỏ
hoặc dùng để thẩm tách máu [50].
Màng bất đối xứng là loại màng có cấu trúc hai lớp: lớp hoạt động ở trên và
lớp đỡ xốp ở dưới. Lớp hoạt động rất mỏng (dày tử 0.1 đến 0.5 μm). Lớp đỡ dày
hơn nhiều so với lớp hoạt động (khoảng từ 50 đến 150 μm), xốp và nằm phía dưới.
Kích thước lỗ của lớp đỡ cũng lớn hơn nhiều so với kích thước lỗ của lớp hoạt
động. Lớp đỡ làm tăng độ bền cơ học của màng, giúp cho lớp hoạt động không bị

rách nhưng không ảnh hưởng đến vận chuyển chất và dung môi qua màng. Các lớp
đỡ thường có cấu trúc xốp kiểu ngón tay hay kiểu tổ ong. Do cấu trúc đặc biệt như
vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả tách cao, độ bền cơ học tốt và được sử dụng
nhiều trong quá trình siêu lọc, lọc nano, tách khí, thẩm thấu ngược. Tùy theo loại
vật liệu và điều kiện chế tạo màng mà ta có thể thay đổi chiều dày và và kích thước
lỗ của lớp hoạt động, cũng như thay đổi cấu trúc xốp của lớp đỡ. Lớp hoạt động và
lớp đỡ có thể làm từ cùng một loại vật liệu hay từ các vật liệu khác nhau [5, 50].

2


Màng composite là trường hợp đặc biệt của màng bất đối xứng, có lớp đỡ và
lớp hoạt động làm từ hai loại vật liệu khác nhau, tính năng của mỗi lớp có thể tối ưu
một cách độc lập khi chế tạo. Loại màng này có hiệu quả tách rất cao, có tính năng
cơ học và hóa học rất tốt [5, 69].
Cấu trúc đối xứng

Cấu trúc bất đối xứng
Lớp đỡ xốp, lớp bề
mặt xốp

Màng xốp dạng mao quản
Lớp đỡ xốp, lớp bề
mặt không xốp
Màng xốp dạng tổ ong

Lớp đỡ xốp, lớp bề
mặt không xốp làm
từ các vật liệu khác
nhau

Màng không xốp

Hình 1.1. Cấu trúc của các loại màng lọc khác nhau
Vi lọc
Màng vi lọc có kích thước lỗ bề mặt từ 0,1 đến 10 μm. Quá trình vi lọc thích
hợp cho việc tách lọc nhũ tương, huyền phù, các tiểu phân được lưu giữ có kích
thước tương đối lớn. Quá trình tách theo cơ chế sàng lọc: các cấu tử có kích thước lớn
hơn kích thước lỗ bề mặt được lưu giữ bởi màng. Vật liệu tạo màng có thể là vật liệu
vô cơ (kim loại, gốm...) hoặc hữu cơ (polime). Vi lọc có nhiều ứng dụng trong sản
xuất dược (lọc trong, lọc vô trùng các dung dịch thuốc tiêm, dịch truyền), trong sản
xuất bia (lọc trong, lọc vô trùng để loại bỏ men bia và các vi khuẩn sau lên men), sản
xuất nước sạch, tiền lọc cho quá trình siêu lọc [69].
Siêu lọc
Màng siêu lọc có kích thước lỗ bề mặt từ 0,001 đến 0,1 μm. Quá trình siêu
lọc dùng tách lọc các phân tử có kích thước lớn và các hạt keo trong dung dịch

3


(trọng lượng phân tử từ vài đến vài chục nghìn dalton). Vật liệu màng thường làm
từ polyme, một số màng được làm từ vật liệu vô cơ. Màng siêu lọc được sử dụng
nhiều trong y tế để lọc máu cho các bệnh nhân suy thận (thận nhân tạo), ngoài ra
còn được dùng để thu hồi và xử lý nước thải công nghiệp, thu hồi dầu mỡ trong
dung dịch nhũ tương dầu-nước, thu hồi tác nhân keo PVA trong nước thải dệt. Trong
công nghiệp thực phẩm và bơ sữa, việc cô đặc sữa bằng màng siêu lọc là một
phương pháp được sử dụng rộng rãi. Sữa chứa protein và các chất có giá trị dinh
dưỡng cao, hàm lượng của các chất này được nâng lên sau khi lọc qua màng. Siêu
lọc còn sử dụng để lọc trong nước quả, độ đục của nước táo ép giảm xuống rõ rệt
sau khi lọc qua màng, nước táo lọc qua màng có thời gian sử dụng lâu hơn do loại

bỏ được tối đa lượng enzym và vi sinh vật có trong nước táo sau khi nghiền [5,11].
Thẩm thấu ngược và lọc nano
Màng thẩm thấu ngược và lọc nano có kích thước lỗ bề mặt vô cùng nhỏ,
khoảng một vài nm. Có cấu trúc bất đối xứng và thường được dùng để lọc tách các
tiểu phân có kích thước nhỏ. Màng có khả năng tách được ion và các chất tan có
trọng lượng phân tử thấp trong môi trường nước. Trở khối thủy lực của quá trình
thẩm thấu ngược và lọc nano lớn hơn nhiều so với vi lọc và siêu lọc. Bên cạnh ảnh
hưởng bởi áp suất động lực thì quá trình thẩm thấu ngược và lọc nano cũng bị ảnh
hưởng bởi nồng độ chất tan. Thẩm thấu ngược và lọc nano có nhiều ứng dụng
quan trọng như làm ngọt nước mặn (50% ứng dụng), sản xuất nước sạch và siêu
sạch phục vụ cho công nghệp dược, xử lý nước thải, trong công nghiệp thực phẩm
(cô đặc sữa, dịch quả) [40]. Hình 1.2 chỉ ra giới hạn tách của các quá trình màng
dùng động lực áp suất.

4


H2O
(2
Å)

Na+
(3.7
Å)

Sucros
e
(10 Å)

Hemoglobi

n
(70 Å)

Bacteria
(0.28
m)

Virus
(1000
Å)

Bacteri
a
(1 m)

Starch
(10
m)

Filtration
Microfiltration
Ultrafiltration
Reverse osmosis

1Å

10Å

100Å

1000Å

1m

10m

Hình 1.2. Giới hạn tách của các quá trình màng
Ngoài các quá trình dùng màng động lực áp suất (vi lọc, siêu lọc, lọc nano và
thẩm thấu ngược), còn có các quá trình màng khác như thẩm tách, điện thẩm tách,
tách khí, thẩm hơi qua màng, chưng cất qua màng [5].
1.2. Cơ chế tách qua màng
Quá trình vận chuyển chất qua màng là một quá trình phức tạp. Các nhà khoa
học đã đưa ra nhiều giả thuyết khác nhau để giải thích cơ chế của quá trình tách qua
màng như:
- Thuyết sàng lọc
- Thuyết hòa tan khuếch tán
- Thuyết hấp phụ mao quản.
Thuyết sàng lọc
Thuyết này cho rằng bề mặt màng gồm nhiều mao quản có kích thước lỗ xác
định. Cấu tử nào có kích thước bé hơn kích thước lỗ mao quản thì sẽ vận chuyển
qua màng, còn cấu tử có kích thước lớn hơn thì bị màng lưu giữ lại [69]. Thuyết này
chỉ phù hợp trong việc giải thích cho các quá trình siêu lọc và vi lọc (chất tan có
kích thước lớn). Trong trường hợp phân tử chất tan và phân tử dung môi có kích
thước tương đương nhau thì thuyết này không giải thích được.
Thuyết hòa tan khuếch tán

5


Thuyết này cho rằng dưới động lực áp suất, dung môi và chất tan đều khuếch

tán qua màng. Các phân tử sau khi thẩm thấu vào màng sẽ khuếch tán, nhưng dòng
khuếch tán chất tan và dòng khuếch tán dung môi khác nhau về tốc độ, tốc độ này tỉ
lệ với hệ số khuếch tán của chúng trong màng. Hệ số khuếch tán của dung môi càng
lớn và của chất tan càng nhỏ thì quá trình tách càng hiệu quả. Thuyết này cho thấy
ảnh hưởng của vật liệu tạo màng đến hiệu quả tách [69].
Thuyết hấp phụ mao quản
Thuyết này cho rằng màng bán thấm được cấu tạo từ nhiều mao quản, trên
bề mặt màng bán thấm và trong ống mao quản hình thành một lớp nước liên kết hấp
phụ. Do tác dụng của các lực hóa lý, lớp nước hấp phụ này đã mất đi một phần hay
toàn bộ khả năng hòa tan chất tan, vì thế không cho chất tan đi qua các ống mao
quản. Nếu các ống mao quản có đường kính đủ nhỏ hơn hai lần chiều dày lớp nước
liên kết hấp phụ thì màng chỉ cho nước tinh khiết đi qua. Thuyết này giải thích được
khá đầy đủ cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách [69].
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách qua màng
Sự phân cực nồng độ
Sự phân cực nồng độ là hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt màng do
dung môi vận chuyển được qua màng và chất tan bị giữ lại. Hiện tượng này làm cho
năng suất lọc của màng giảm xuống trong quá trình tách. Đối với các thiết bị nhỏ
trong phòng thí nghiệm, có thể dùng dao động rung hoặc khuấy đảo để làm giảm sự
phân cực nồng độ. Trong công nghiệp, cho dòng vào trượt qua bề mặt màng với tốc
độ đủ lớn hoặc tạo dòng xoáy để hạn chế sự ảnh hưởng của sự phân cực nồng độ.
Áp suất làm việc:
Áp suất làm việc có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tách qua màng dùng động
lực áp suất, đặc biệt với quá trình thẩm thấu ngược. Khi tăng áp suất, lúc đầu năng
suất lọc và độ lưu giữu đều tăng, nhưng khi đạt đến một áp suất nào đó thì độ lưu
giữ và năng suất lọc hầu như không thay đổi.

Nồng độ dung dịch tách:

6

Khi tăng nồng độ dung dịch tách, áp suất thẩm thấu của dung dịch tăng lên. Mặt
khác, sự sonvat hóa hay hydrat hóa (trong trường hợp dung môi là nước) cũng phụ
thuộc vào nồng độ chất tan trong dung dịch. Nếu tăng nồng độ dung dịch tách tới
một giá trị nào đó thì trong dung dịch không còn các phân tử nước ở trạng thái tự do
mà chỉ đủ để tạo thành hai hoặc một lớp vỏ hydrat, lúc này độ lưu giữu và năng suất
lọc qua màng giảm xuống rõ rệt.
1.4. Hiện tượng tắc màng
Tắc màng (fouling) được dùng để mô tả sự kết bám không mong muốn của các
tiểu phân bị lưu giữ trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng trong quá trình
lọc tách, làm cho năng suất lọc của màng giảm xuống theo thời gian, khi đó, thường
phải tăng áp suất vận hành, để duy trì lưu lượng dòng mong muốn. Các phương
pháp làm sạch màng thường được áp dụng để loại bỏ các tác nhân gây tắc màng
(foulants) và để phục hồi lưu lượng qua màng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp,
sự tắc màng là bất thuận nghịch và sau một khoảng thời gian màng có thể bị tắc
nghẽn hoàn toàn và buộc phải thay thế [8,25,27,53]. Để giải quyết vấn đề này việc
nghiên cứu các giải pháp chống tắc màng có ý nghĩa quan trọng và đang rất được
quan tâm.
Hiện tượng fouling liên quan đến sự hấp phụ hoặc sự bắt bám (trapping) của các
tiểu phân gây tắc (foulants) có trong thành phần dung dịch tách khi dung dịch
chuyển vận qua màng lọc. Các chất gây tắc màng điển hình là protein, chất béo, vi
khuẩn vv... Nguyên nhân của hiện tượng fouling gồm: 1) sự hình thành lớp bề mặt
mới hay còn gọi là bánh lọc trên bề mặt màng phía dung dịch đi vào, đặc biệt với
các màng siêu lọc; 2) sự bám phủ các tiểu phân gây tắc ở bên trong cấu trúc xốp của
màng, đặc biệt đối với các màng vi lọc và 3) sự bít lỗ màng do các tiểu phân bị lưu
giữ bởi màng.
Hiện tượng fouling khác với sự phân cực nồng độ (concentration polarization).
Sự phân cực nồng độ dẫn đến sự hình thành lớp gel trên bề mặt màng khi nồng độ
chất bị lưu giữ đạt tới một giới hạn xác định, giữa lớp gel tạo thành và bề mặt màng

có lực tương tác thấp, trong khi fouling là sự hấp phụ bất thuận nghịch của chất bị
lưu giữ trên bề mặt màng với lực tương tác mạnh hơn.

7


Tùy thuộc vào bản chất hóa học của các tiểu phân gây tắc màng, có thể phân biệt
một số kiểu tắc nghẽn [35,45,63,69] như: tắc nghẽn do các chất vô cơ (inorganic
fouling), tắc nghẽn do các thành phần keo (colloid fouling), tắc nghẽn do các chất
hữu cơ (organic fouling), tắc nghẽn do vi sinh vật (biofouling).
Sự tắc nghẽn màng có thể được kiểm soát bằng cách lựa chọn vật liệu màng phù
hợp, điều chỉnh các điều kiện thực hiện quá trình tách, áp suất vận hành và tiền xử
lý dung dịch ban đầu [53]. Khả năng chống tắc của màng có liên quan chặt chẽ với
các tính chất bề mặt và bản chất vật liệu màng như tính ưa nước/ kỵ nước, tính chất
điện tích, cấu trúc lỗ màng, tính chất hóa học và độ thô nhám bề mặt màng…
1.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự tắc màng
1.4.1.1. Ảnh hưởng của tính chất dung dịch tách
* Nồng độ dung dịch
Các kết quả nghiên cứu của Nobrega [12] chỉ ra rằng việc tăng nồng độ dung
dịch tách làm giảm lưu lượng thấm qua màng nhưng ảnh hưởng không nhiều đến độ
lưu giữ của màng, trừ khi kích thước của tiểu phân lưu giữ thay đổi theo nồng độ.
Với quá trình fouling bề mặt, nồng độ tăng ít ảnh hưởng đến fouling bất thuận
nghịch nhưng làm tăng sự hình thành lớp gel thuận nghịch. Tuy nhiên, khi fouling
xảy ra bên trong cấu trúc xốp chiếm ưu thế, việc tăng nồng độ dung dịch sẽ làm
tăng tốc độ tắc màng.
* pH và lực ion
Trong quá trình tách protein, các phân tử protein tích lũy và tương tác với bề
mặt màng [9]. pH và lực ion có thể làm thay đổi cấu dạng, độ ổn định và điện tích
của protein, do đó ảnh hưởng đến sự kết bám của protein lên bề mặt màng trong quá
trình lọc tách. Sự thay đổi này phụ thuộc vào loại protein, quá trình tiền xử lý và

loại vật liệu màng lọc được sử dụng.
1.4.1.2. Ảnh hưởng của vật liệu màng lọc
* Kích thước lỗ
Các nghiên cứu của Gatenholm [32] và Nobrega [12] chỉ ra rằng màng có kích
thước lỗ càng lớn thì nguy cơ tắc màng càng cao. Tùy theo yêu cầu và đối tượng

8


tách lọc mà chọn màng có kích thước lỗ phù hợp. Kích thước lỗ màng nhỏ hơn kích
thước tối ưu sẽ làm giảm năng suất lọc, kích thước lỗ màng lớn hơn kích thước lỗ
tối ưu sẽ gây ra hiện tượng fouling, cũng dẫn đến giảm năng suất lọc
* Sự phân bố kích thước lỗ
Hầu hết các màng siêu lọc và vi lọc có dải phân bố lỗ rộng. Lưu lượng dòng
qua các lỗ có kích thước lớn nhất quyết định lưu lượng chung của quá trình màng.
Lưu lượng qua màng rất nhạy cảm với sự fouling xảy ra trong các lỗ xốp có kích
thước lớn, ví dụ, sự tích lũy protein trong cấu trúc xốp. Độ chọn lọc (khả năng lưu
giữ) của màng thấp khi màng có kích thước lỗ không đồng đều (dải phân bố lỗ
rộng)
* Các tính chất hóa lý của vật liệu màng
Tính ưa nước: Sự hình thành các liên kết hydro trên bề mặt màng ưa nước tạo
thành lớp nước liên kết, có thể ngăn cản hoặc làm giảm sự hấp phụ hay bám dính
của chất bị lưu giữ bởi màng trong quá trình lọc. Vì vậy, màng có tính ưa nước càng
tốt thì năng suất lọc của màng đối với các dung dịch nước càng cao, đồng thời làm
giảm sự tắc màng một cách hiệu quả [35,69]. Một số nghiên cứu [30,67] chỉ ra rằng
protein sẽ hấp phụ ít hơn trên bề mặt vật liệu màng ưa nước so với bề mặt màng kỵ
nước. Nghiên cứu của Sheldon [64] chỉ ra rằng sự hấp phụ protein trên bề mặt màng
kỵ nước có thể là do sự biến đổi tính chất của protein.
Điện tích bề mặt: Điện tích bề mặt màng là một yếu tố có ảnh hưởng quan trọng
đến tính năng tách của màng. Nếu bề mặt màng có điện tích cùng dấu với điện tích

của chất có khả năng gây tắc thì mức độ tắc nghẽn sẽ giảm, do tương tác lực đẩy
tĩnh điện giữa bề mặt màng và các tiểu phân bị lưu giữ [5,35,69]. Điện tích bề mặt
màng phụ thuộc mạnh vào vật liệu màng, pH và lực ion của dung dịch tách
[19,20,37]. Nghiên cứu của Nakao [52] cho thấy màng có điện tích cùng dấu với
protein sẽ có lưu lượng lọc tăng.
Độ thô nhám bề mặt: Cấu trúc thô nhám của bề mặt sẽ tạo điều kiện thuận lợi
hơn cho các cấu tử bị lưu giữ bám dính trên bề mặt, bề mặt càng trơn nhẵn thì độ
phủ bám hoặc hấp phụ sẽ xảy ra với mức độ thấp hơn, do đó việc giảm độ thô nhám
bề mặt màng cũng góp phần làm hạn chế hiện tượng tắc nghẽn màng [34].

9


1.4.2. Các giải pháp nâng cao hiệu suất tách lọc cho màng
Có nhiều giải pháp đã được nghiên cứu để giảm thiểu ảnh hưởng của hiện
tượng fouling và phân cực nồng độ đến hiệu suất tách lọc của màng. Có thể chia
làm bốn nhóm giải pháp gồm: kiểm soát tốc độ dòng trượt qua màng; tạo dòng xoáy
trên bề mặt màng; biến tính bề mặt vật liệu màng lọc; sử dụng các tác động bên
ngoài như từ trường, điện trường.
Khi tăng tốc độ dòng trượt trên bề mặt màng, chiều dày lớp biên thủy lực
giảm, do đó làm giảm trở khối lớp biên [14,15], sự phân cực nồng độ có thể giảm
xuống khi áp dụng chế độ rửa ngược tại chỗ, dùng dịch thấm qua làm tác nhân rửa
[14]. Việc tạo dòng xoáy làm giảm chiều dày lớp biên thủy lực đồng thời làm giảm
sự phân cực nồng độ trên bề mặt màng [15,59].
Tốc độ dòng cao hay tạo dòng xoáy trên bề mặt màng làm giảm sự tiếp xúc
của chất gây fouling với bề mặt vật liệu màng. Tuy nhiên, nếu tác nhân gây tắc có
tương tác với vật liệu màng và tương tác này được ngăn chặn bởi bản thân vật liệu
màng thì hiện tượng fouling sẽ được hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu phát triển vật
liệu màng lọc và/ hoặc biến tính bề mặt màng lọc là một giải pháp tỏ ra khá hữu ích
để giải quyết vấn đề tắc màng.

1.5. Biến tính bề mặt màng lọc
Bề mặt màng lọc có vai trò quan trọng quyết định khả năng tách lọc của
màng. Cấu trúc và đặc tính bề mặt màng thường khác với cấu trúc và đặc tính bên
trong vật liệu màng. Bề mặt màng thường dễ bị hư hỏng bởi các tương tác vật lý,
hóa học trong quá trình lọc tách. Việc nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc nhằm
nâng cao tính năng tách lọc, đồng thời giảm thiểu hiện tượng fouling. Nói chung,
phương pháp biến tính bề mặt màng lọc có nhiều ưu điểm: cải thiện được tính chất
bề mặt mà không làm ảnh hưởng đến tính chất bên trong vật liệu, giảm bớt được
công nghiên cứu chế tạo mà vẫn có được vật liệu màng lọc với tính chất bề mặt như
mong muốn, giảm bớt chi phí sản xuất vì chỉ cần tác động lên bề mặt. Việc thay đổi
đặc tính lớp bề mặt sẽ tác động đến hiệu quả của toàn bộ quá trình tách qua màng.
Phương pháp biến tính bề mặt màng lọc có thể được thực hiện bằng một số
kỹ thuật khác nhau, nhằm làm thay đổi tính chất ưa nước, điện tích, độ thô nhám

10


của bề mặt màng. Hầu hết các loại màng lọc thương mại được làm từ vật liệu
polyme. Tính kỵ nước của vật liệu polyme làm tăng khả năng tắc màng (fouling)
trong quá trình tách, đặc biệt với đối tượng tách lọc là các chất hữu cơ và protein.
Các công trình nghiên cứu [29] chỉ ra rằng màng với bề mặt ưa nước có khả năng
chống tắc tốt hơn. Do đó, việc nâng cao tính ưa nước cho bề mặt màng là một trong
những biện pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề tắc màng gây bởi các chất hữu cơ,
protein, các vi sinh vật và các tiểu phân dễ bám bẩn trên bề mặt màng trong quá
trình tách. Sự tồn tại của các liên kết hydro tạo thành lớp biên nước siêu mỏng ở
trên bề mặt ưa nước, có tác dụng ngăn cản sự hấp phụ hoặc bám phủ của các tiểu
phân gây tắc màng lên trên bề mặt, đồng thời làm tăng tính thấm cho màng.
Việc làm cho bề mặt màng mang điện tích cũng là một giải pháp nhằm nâng
cao tính năng tách lọc cho vật liệu trong trường hợp các tiểu phần bị lưu giữ có khả
năng gây tắc màng mang điện tích. Khi bề mặt màng và chất bị lưu giữ mang cùng

điện tích, lực đẩy tĩnh điện sẽ cản trở sự bám phủ của chất đó lên bề mặt, làm giảm
hiệu ứng tắc màng [7]. Ví dụ, bề mặt màng mang điện tích âm sẽ thuận lợi khi thực
hiện quá trình tách protein ở môi trường pH trung tính, vì hầu hết các protein mang
điện tích âm trong điều kiện này [50]. Ngoài ra, hầu hết các tiểu phân keo, như các
chất hữu cơ (NOMs) cũng đều mang điện tích âm [41]. Tương tự, bề mặt màng mang
điện tích dương sẽ có lực đẩy tĩnh điện với các chất tan mang điện tích dương [43].
Tính thô nhám của bề mặt màng cũng có ảnh hưởng mạnh đến mức độ fouling
[29]. Độ thô nhám của bề mặt càng lớn thì mức độ tắc màng càng cao, bề mặt gồ ghề
sẽ làm tăng tăng diện tích bám phủ của chất bị lưu giữ trên bề mặt [70]. Do đó bề mặt
màng trơn nhẵn sẽ khó hoặc ít bị tắc hơn so với bề mặt thô nhám, mặc dù trong một
chừng mực nào đó thì độ thô nhám của bề mặt làm tăng năng suất lọc tại thời điểm
ban đầu, nhưng trong quá trình lọc thì tốc độ giảm năng suất lọc sẽ lớn hơn.
Trên cơ sở mối quan hệ mật thiết giữa đặc tính bề mặt và tính năng tách lọc
của màng, mục tiêu của việc nghiên cứu biến tính bề mặt là nhằm nâng cao tính ưa
nước, độ trơn nhẵn và đưa vào bề mặt màng các nhóm chức mang điện tích nhằm
giảm thiểu tương tác giữa bề mặt và các chất gây tắc màng [7,39,58].

11


Có nhiều phương pháp biến tính bề mặt màng khác nhau, có thể chia làm
hai nhóm là phương pháp vật lý và phương pháp hóa học


Biến tính bề mặt màng bằng phương pháp vật lý

Biến tính bề mặt màng bằng phương pháp vật lý bao gồm các quá trình đánh
bóng, mài, xử lý nhiệt để thay đổi tính chất vật lý của bề mặt màng (độ nhám, kích
thước lỗ). Phương pháp vật lý nói chung đơn giản, tiết kiệm chi phí và thân thiện với
môi trường. Tuy nhiên, phạm vi áp dụng của phương pháp hạn chế. Trong hầu hết các

trường hợp, phương pháp vật lý chỉ thích hợp cho màng tấm mà không thích hợp cho
các màng sợi rỗng. Các kỹ thuật như đánh bóng và mài thích hợp cho màng làm từ
các vật liệu vô cơ (kim loại, ceramic ...)


Biến tính bề mặt màng bằng phương pháp hóa học

Trong phương pháp hóa học, các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình
biến tính bề mặt màng làm thay đổi cấu trúc hóa học bề mặt màng. Trong hầu hết
các trường hợp, bề mặt màng sau khi biến tính có độ ổn định tốt và có thể áp dụng
cho nhiều loại vật liệu tạo màng khác nhau (polyme, kim loại, gốm sứ). Các phương
pháp đã và đang được nghiên cứu gồm: xử lý bề mặt màng bằng tia bức xạ UV,
ozon, plasma,… trùng hợp ghép bề mặt.
1.6. Biến tính bề mặt màng lọc bằng phương pháp trùng hợp ghép
Trùng hợp ghép biến tính bề mặt màng lọc là một kỹ thuật có thể tiến hành
trong pha lỏng hay pha hơi theo các phương thức khác nhau. Về nguyên tắc, quá
trình trùng hợp ghép có khả năng đưa vào bề mặt vật liệu các nhóm chức có tính
chất ưa hoặc kỵ nước. Đối với các polyme kỵ nước, kỹ thuật trùng hợp ghép có thể
làm tăng tính ưa nước cho bề mặt vật liệu bằng cách đưa vào các nhóm chức chứa
oxi hay nito (ví dụ nhóm hydroxyl, cacbonyl, amin …). Trong một số trường hợp
đặc biệt, tính kỵ nước của bề mặt vật liệu lại cần được tăng cường, điều này có thể
thực hiện bằng cách đưa vào bề mặt các nhóm chức có tính chất kỵ nước. Quá trình
trùng hợp ghép có thể tiến hành qua một bước hay còn gọi là phương pháp đồng
hành, nghĩa là sự trùng hợp xảy ra khi có mặt đồng thời cả monome và chất khơi
mào, hoặc có thể tiến hành qua hai bước như là một kỹ thuật phối hợp, ở đây trước
hết các vị trí kích thích được tạo ra trên bề mặt vật liệu, sau đó quá trình trùng hợp

12

ghép xảy ra dưới tác động của nhiệt hoặc bức xạ. Đặc tính của lớp polyme trùng
hợp ghép phụ thuộc mạnh vào các điều kiện cũng như phương thức tiến hành trùng
hợp. Bằng cách thay đổi và kiểm soát các điều kiện trùng hợp, có thể tạo được bề
mặt vật liệu với các tính chất mong muốn. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, màng
sau khi trùng hợp ghép bề mặt có khả năng chống tắc (antifouling) tốt hơn so với
màng nền ban đầu.
1.6.1. Trùng hợp ghép quang hóa dưới bức xạ tử ngoại
Phương pháp trùng hợp ghép biến tính bề mặt màng dùng bức xạ tử ngoại
nhận được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu do một số ưu điểm như: tốc độ
phản ứng trùng hợp ghép nhanh, chi phí quá trình thấp, thiết bị đơn giản, dễ triển
khai trong thực tế.
Trùng hợp ghép quang hóa dùng tia UV có thể được thực hiện theo nhiều
cách khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu nền, tác nhân trùng hợp ghép và mục đích sử
dụng của vật liệu sau khi biến tính. Có hai kỹ thuật thường được sử dụng là kỹ thuật
ngâm chìm (immersion method), trong đó vật liệu ban đầu được phủ chất nhạy sáng
(nếu cần), sau đó ngâm vào dung dịch chứa tác nhân trùng hợp ghép, đồng thời
chiếu bức xạ tử ngoại, hoặc kỹ thuật phủ nhúng (dip method), trong đó màng được
ngâm vào dung dịch chứa tác nhân trùng hợp ghép, sau đó lấy ra khỏi dung dịch và
được chiếu bức xạ tử ngoại [6,28]. Trong trường hợp có sử dụng chất nhạy sáng,
dưới tác dụng của tia UV, chất nhạy sáng bị kích thích, ở trạng thái kích thích, nó có
khả năng tách proton trên bề mặt vật liệu nền, tạo thành các gốc tự do, khơi mào
cho quá trình trùng hợp ghép. Nếu vật liệu nền có chứa các nhóm chức carbonyl
hoặc este thì có thể không cần dùng chất khơi mào quang, khi đó, dưới tác dụng của
tia UV, bản thân vật liệu có thể tự tách proton hoặc nhóm nhạy sáng để tạo ra các
gốc tự do, khơi mào cho quá trình trùng hợp ghép. Tuy nhiên, bức xạ quang hóa có
thể gây tác động tổn hại đến bề mặt màng, do đó, cần phải kiểm soát các thông số
như thời gian phơi chiếu và năng lượng bức xạ.
Khi so sánh hai kỹ thuật trùng hợp ghép nói trên thì kỹ thuật ngâm chìm cần
sử dụng lượng tác nhân trùng hợp ghép lớn hơn [28]. Với cùng loại màng nền, nồng
độ tác nhân trùng hợp ghép, thời gian chiếu bức xạ, tốc độ trùng hợp ghép bề mặt

13


bằng kỹ thuật phủ nhúng cao hơn so với kỹ thuật ngâm chìm [28]. Ví dụ, khi biến
tính màng PES có giới hạn tách 50kDa, với tác nhân trùng hợp ghép NPV, sử dụng
hai phương pháp ngâm chìm và phương pháp phủ nhúng trong cùng điều kiện, để
đạt cùng một đặc tính tách lọc, thì phương pháp phủ nhúng chỉ mất thời gian trùng
hợp là 30 giây trong khi phương pháp ngâm chìm cần thời gian trùng hợp lên tới
300 giây [28].
Tuy nhiên, khi thực hiện các phản ứng trùng hợp ghép bằng kỹ thuật phủ
nhúng, do các tia bức xạ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt màng nên đòi hỏi các điều
kiện khắt khe để có thể giảm thiểu tối ảnh hưởng bất lợi của tia bức xạ lên bề mặt
màng. Hơn nữa, để hạn chế ảnh hưởng của nguyên tử oxy sinh ra trong môi trường
không khí dưới tác dụng của bức xạ tử ngoại, cần tiến hành quá trình trùng hợp
ghép trong môi trường khí trơ, điều này cũng là một trở ngại đáng kể khi triển khai
kỹ thuật phủ nhúng ở qui mô công nghiệp. Trong kỹ thuật ngâm chìm, dung dịch tác
nhân trùng hợp ghép có thể hấp thụ một phần năng lượng bức xạ, do đó bề mặt
màng không bị ảnh hưởng trực tiếp bởi tia bức xạ, quá trình phản ứng xảy ra êm dịu
và dễ kiểm soát hơn, mặt khác quá trình trùng hợp ghép bề mặt có thể kết nối dễ
dàng với công đoạn cuối của quá trình chế tạo màng [28].
Để tạo nên lớp polyme ghép có tính chất phù hợp và nâng cao được hiệu quả
tách lọc của màng sau khi biến tính bề mặt. Các điều kiện tiến hành quá trình trùng
hợp ghép như năng lượng tia bức xạ, thời gian trùng hợp, loại monome/polyme và
nồng độ của dung dịch ghép cũng như phương thức tiến hành quá trình... cần được
lựa chọn và kiểm soát tốt. Nếu không được kiểm soát tốt, quá trình trùng hợp ghép có
thể dẫn tới sự hình thành các homopolyme, tạo nhánh và/ hoặc liên kết chéo giữa các
chuỗi ghép, thậm chỉ có thể gây đứt gãy các liên kết và làm hư hại bề mặt màng nền.
Pieracciz và cộng sự [55] đã tiến hành quá trình trùng hợp ghép quang hóa,
sử dụng các monome ưa nước là N-vinyl-2-pyrrolidinone (NVP), Mvinylformamide (NVF) và N-vinylcaprolactam (NVC) biến tính bề mặt màng PES

có giới hạn tách 10kDa, kết quả cho thấy tính ưa nước của màng được nâng lên và
mức độ tắc màng giảm 49% khi lọc tách protein (BSA) trong dung dịch nước.
Ngoài NVP, nhiều loại monome ưa nước khác cũng có thể sử dụng để trùng hợp

14


ghép quang hóa biến tính bề mặt màng PES, như acid acrylic (AA), acid maleic
(MA), poly(ethylen glycol) methacrylate (PEGMA), N-vinylfonnamide (NVF).
Taniguchi và Belfort [68] đã tiến hành trùng hợp ghép biến tính bề mặt màng PES
sử dụng các loại monome khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính ưa nước của
màng PES được nâng lên rõ rệt sau khi trùng hợp ghép bề mặt, tính năng lọc tách
của màng thay đổi tùy thuộc loại monome sử dụng cho quá trình trùng hợp ghép.
Liu và Kim [46] đã nghiên cứu biến tính bề mặt màng PES thương mại bằng
cách trùng hợp ghép các monome lên bề mặt màng nhằm giảm thiểu hiện tượng
fouling. Các polyme ưa nước được sử dụng gồm poly(vinyl ancol) (PVA),
poly(ethylen glycol) (PEG). Kết quả cho thấy sau khi trùng hợp ghép bề mặt, khả
năng chống tắc của màng được nâng lên đáng kể.
Ulbricht và cộng sự [50] đã biến tính bề mặt màng PES bằng phương pháp
trùng hợp ghép quang hóa sử dụng tác nhân PEGMA. Kết quả nghiên cứu cho thấy
thời gian chiếu bức xạ và nồng độ monome là các yếu tố ảnh hưởng mạnh đến mức
độ trùng hợp ghép. Các màng sau khi biến tính bề mặt có độ lưu giữ cao hơn và khả
năng chống tắc tốt hơn so với màng nền ban đầu. Tuy nhiên sự suy giảm năng suất
lọc có thể xảy ra do sự thu hẹp kích thước lỗ màng nếu các điều kiện tiến hành
trùng hợp ghép không được kiểm soát tốt.
Susanto và cộng sự [65] đã nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc PES nhằm
giảm mức độ fouling cho màng bằng phương pháp trùng hợp ghép sử dụng PEGMA
và một monome khác, để tạo liên kết chéo (cross-linker), là N,N’-methylen
bisacrylamid (MBAA). Kết quả cho thấy màng sau khi biến tính bề mặt có khả năng
chống tắc vượt trội so với màng nền.

Hình 1.3 thể hiện cơ chế của quá trình trùng hợp ghép quang hóa biến tính bề
mặt màng PES dưới bức xạ UV [21,66] vật liệu nền (polysulfone hay
polyethersulfune) có chứa nhóm nhạy sáng, dưới tác dụng của tia UV, bản thân
màng PES có thể tự tách nhóm nhạy sáng tạo ra các gốc tự do. Sau đó các gốc tự do
sẽ trùng hợp ghép với các monome. Kết quả tạo thành chuỗi polyme ghép lên bề
mặt và có thể ở bên trong lỗ xốp của màng lọc.

15