tiểu luận môn vật liệu vô cơ chủ đề vật liệu màng

Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
Đề tài: “ Tìm hiểu về vật liệu màng và ứng dụng vật liệu màng”

1


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................4
1. Giới thiệu về màng lọc: ............................................................................................ 5
2. Phân loại màng lọc: ..................................................................................................5
2.1

Phân loại theo cấu trúc màng: ............................................................................5

2.2 Theo các quá trình màng động lực áp suất: ...........................................................6
2.2.1 Vi lọc (Microfiltration) ..................................................................................6

3

2.2.2

Siêu lọc (Ultrafitration) ...............................................................................6

2.2.3

Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis) .........................................................7

2.2.4

Lọc nano (Nanofiltration) ...........................................................................7

Phương pháp chế tạo: .............................................................................................. 8
3.1

Dung kết nhiệt ....................................................................................................8

3.2

Kỹ thuật kéo dãn ................................................................................................ 9

3.3

Kỹ thuật ăn mòn theo vết ...................................................................................9

3.4

Kỹ thuật đảo pha (phase inversion) ...................................................................9

3.5 Kỹ thuật tạo màng electronspning: ....................................................................10
3.6 Kỹ thuật tạo màng spin coating ..........................................................................11
4. Một số đặc tính của màng .........................................................................................11
4.1

Mật độ lỗ ..........................................................................................................11

4.2 Độ thấm ướt .......................................................................................................11
4.3

Độ xốp của màng ............................................................................................. 11

4.4

Chiều dày màng ............................................................................................... 12

4.5

Độ nén ép .........................................................................................................12

4.6

Trở lực của màng ............................................................................................. 12

5. Cơ chế tách qua màng ............................................................................................... 12
2


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

5.1 Thuyết sàng lọc ..................................................................................................12
5.2

Thuyết hòa tan khuếch tán ...............................................................................12

5.3

Thuyết mô hình mao quản ...............................................................................13

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng .................................................13
6.1 Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling)......................................................13
6.2 Ảnh hưởng của áp suất làm việc .......................................................................13
6.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tách ........................................................... 14
6.4 Bản chất của vật liệu màng ...............................................................................14
6.5

Độ nhớt dung dịch............................................................................................ 14

6.6 Các yếu tố ảnh hưởng khác ..............................................................................15
7. Xu hướng hiện nay: ..................................................................................................15
7.1. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt (tạo lớp hoạt động) ................................................16
7.2 Kỹ thuật phủ nhúng ........................................................................................... 16
7.3 Kỹ thuật trùng hợp plasma ...............................................................................17
7.4 Xử lý nhiệt trong môi trường Ozone (O3) .........................................................18
7.5 Trùng hợp ghép quang bằng tia UV ..................................................................18
8. Một số ứng dụng màng lọc trong sản xuất nước sạch và xử lý nước ô nhiễm ..............20
8.1

Khử muối .........................................................................................................20

8.2

Làm trong và khử trùng nước ..........................................................................20

8.3

Sản xuất nước siêu sạch ...................................................................................20

8.4 Xử lý nước .........................................................................................................21
9. Các công trình đã nghiên cứu và công bố: ................................................................ 23

3


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

MỞ ĐẦU
Hiện nay tình trạng các nguồn nước bị ô nhiễm bởi sự có mặt của các chất độc
hại như các ion vô cơ, asen và các kim loại nặng cũng như các hợp chất hữu cơ, các
hóa chất bảo vệ thực vật, dư lượng kháng sinh ….tồn lưu khó phân hủy trong các
nguồn nước đã xuất hiện ở nhiều nơi và kéo theo lượng nước sạch ngày càng hạn
hẹp, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Bên cạnh đó cũng có nhiều nguồn phát thải
khác gây ô nhiễm nước, trong đó phải kể đến một lượng lớn nước thải chứa dầu được
tạo ra hằng ngày từ các quá trình khác nhau của các ngành công nghiệp như luyện kim,
giao thông vận tải, chế biến thực phẩm và hóa dầu cũng như các nhà máy lọc dầu hay
do cả những hoạt động của con người,…Chính điều đó đã làm cho lương nước sạch
trên thế giới ngày càng bị hẹp và hậu quả nghiêm trọng hơn hết chính là con người sẽ
không còn đủ nước sạch cho sinh sống và sản xuất. Bởi vậy, một trong những vấn đề
được quan tâm hiện nay đó là xử lý các nguồn ô nhiễm nói chung và các ô nhiễm nước
nói riêng để giải quyết vấn đề an sinh toàn cầu.
Đã có nhiều công nghệ được sử dụng để xử lý các chất ô nhiễm này trong số đó
phải kể đến công nghệ màng. Phương pháp tách bằng màng là một trong những kỹ
thuật tách hiện đại và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong những năm
gần đây, công nghệ lọc màng đã và đang được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như sản
xuất nước sạch và siêu sạch, lọc - hóa dầu, lọc vô trùng các dung dịch thuốc tiêm; dịch

truyền, lọc trong bia, rượu, nước giải khát, lọc tách enzim và protein… Ưu điểm của
kỹ thuật lọc màng là có thể tách được các cấu tử có kích thước hạt đến cỡ phân tử và
ion mà không cần sử dụng đến hóa chất khác, các cấu tử cần tách không phải chuyển
pha, năng lượng tiêu tốn tương đối thấp, điều kiện vận hành quá trình đơn giản, là
phương pháp tách hiệu quả, đặc biệt thân thiện với môi trường. Ngoài ra do màng tạo
thành có độ bền cơ học cao hơn nên dễ dàng cho việc thu hồi và tái sử dụng màng .
Chính vì lý do đó mà chúng em đã chọn vật liệu màng sử dụng trong công nghệ
màng lọc làm đề tài nghiên cứu tiểu luận. Trong báo cáo chắc chắn có nhiều thiếu sót,
chúng em rất mong nhận được sự góp ý từ Cô và các bạn.

4


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

1. Giới thiệu về màng lọc:
Màng lọc là một loại vật liệu được sử dụng trong quá trình tách một hỗn hợp
đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí). Một cách khái quát,
có thể coi màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa hai pha – pha đi vào
(feed) và pha thấm qua (filtrate). Trong quá trình tách, màng có khả năng lưu giữ
được một số cấu tử trong hỗn hợp và cho các cấu tử khác đi qua. Quá trình vận
chuyển chất qua màng được thực hiện 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.
2. Phân loại màng lọc:
Tùy theo mục đích nghiên cứu mà người ta có nhiều cách khác nhau để phân
loại màng lọc. Có thể phân loại theo vật liệu chế tạo thì có thể phân thành màng
polime, màng vô cơ hay màng sinh học. Nhưng hiện nay người ta chủ yếu phân loại
theo cấu trúc màng: màng đối xứng và bất đối xứng. Ngoài ra còn có sự phân loại

theo các quá trình màng dùng động lực áp suất.
2.1 Phân loại theo cấu trúc màng:
Đây cũng là một cách phân loại quan trọng vì cấu trúc màng quyết định cơ chế
tách và phạm vi ứng dụng của màng. Trong phạm vi các màng tổng hợp rắn, người ta
chia thành hai loại: 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 như nhau (ví dụ như màng xenlophan, cuprophan). Độ dày của màng
đối xứng (xốp hoặc không xốp) nằm trong khoảng từ 10 đến 200 μm, trở lực chuyển
khối được quyết định bởi độ dày của toàn bộ màng, nếu giảm độ dày của màng thì sẽ
làm tăng tốc độ thấm qua. Loại màng này thường được dùng trong các quá trình vi lọc
để lọc các tiểu phân nhỏ hoặc hoặc dùng cho thẩm tách máu.
Màng bất đối xứng là loại màng có cấu trúc gồm hai lớp: lớp thứ nhất là lớp
hoạt động rất mỏng (cỡ khoảng từ 0.1 đến 0.5 μm), lớp thứ hai là lớp đỡ xốp nằm ở
dưới, lớp này dày hơn rất nhiều so với lớp hoạt động (cỡ khoảng 50 đến 150 μm). Kích
thước lỗ của lớp hoạt động nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước lỗ của lớp đỡ. Trở lực
chuyển khối của màng hoàn toàn do lớp hoạt động quyết định, lớp đỡ có tác dụng làm
tăng độ bền cơ học của màng, giữ cho lớp hoạt động khỏi bị rách nhưng không ảnh
5


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

hưởng tới việc vận chuyển dung môi và các chất qua màng. Do đó, loại màng này có
năng suất lọc rất cao. Các lớp đỡ thường có cấu trúc xốp kiểu ngón tay hoặc kiểu tổ
ong. Với cấu trúc đặc biệt như vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả tách cao, có độ bền
cơ học tốt và được ứng dụng nhiều trong quá trình siêu lọc, lọc nano, tách khí, thẩm
thấu ngược,… Tùy theo điều kiện chế tạo màng ta có thể thay đổi chiều dày và kích
thước lỗ của lớp hoạt động cũng như cấu trúc xốp của lớp đỡ.
Màng composite là một trường hợp đặc biệt của màng bất đối xứng, lớp hoạt

động và lớp đỡ xốp của nó được làm từ hai loại vật liệu khác nhau, mỗi lớp có thể
được chế tạo tối ưu hóa một cách độc lập. Loại màng này có hiệu quả tách rất cao, có
tính năng cơ học và hóa học rất tốt.
2.2

Theo các quá trình màng động lực áp suất:

Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thường, vi lọc, siêu lọc, lọc
nano, thẩm thấu ngược. Việc phân chia thành các quá trình màng dựa theo kích thước
lỗ màng và cũng chỉ mang tính tương đối. Ngoài ra còn một số quá trình khác như điện
thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng.
2.2.1 Vi lọc (Microfiltration)
Màng vi lọc có kích thước lỗ từ 0.1 đến 10µm, có khả năng giữ được những
tiểu phân có kích thước tương đối lớn và các loại vi khuẩn. Loại màng này có độ cản
thuỷ lực thấp. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế sàng lọc. Vật liệu tạo màng
có thể là vô cơ (gốm, thủy tinh, kim loại) hoặc hữu cơ (polyme).
2.2.2 Siêu lọc (Ultrafitration)
Để tách các tiểu phân có kích thước tương đối nhỏ và các phân tử có kích thước
trung bình, người ta phải dùng màng siêu lọc. Màng này có cấu trúc bất đối xứng, vật
liệu tạo màng thường là polyme hoặc gốm. Kích thước lỗ của lớp hoạt động khoảng từ
0.001 đến 0.1µm. Độ cản thủy lực của màng lớn hơn so với màng vi lọc. Quá trình
tách qua màng cũng xảy ra theo cơ chế sàng lọc (rây phân tử). Khả năng tách của
màng được đặc trưng bởi hệ số cắt phân tử (MWCO) hay còn gọi là giới hạn tách phân
tử.

6


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

2.2.3 Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis)
Màng thẩm thấu ngược có kích thước lỗ vô cùng nhỏ, khoảng một vài nm. Loại
màng này có thể tách được các ion trong dung dịch và cho dung môi đi qua. Độ cản
thủy lực của màng này rất lớn, theo đó áp suất làm việc cũng rất lớn, có thể lên đến 80
bar . Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế hoà tan khuếch tán và hấp phụ mao
quản.
2.2.4 Lọc nano (Nanofiltration)
Màng lọc nano có cấu trúc bất đối xứng và thường dùng để tách các tiểu phân
có kích thước nhỏ (đường, amino axit, thuốc trừ sâu, chất diệt cỏ,…) theo cơ chế thấm
khuếch tán và sàng lọc. Độ cản thủy lực của quá trình này cao hơn so với quá trình
siêu lọc.
Màng thẩm thấu ngược và lọc nano dùng cho dung môi nước khá giống nhau về
cấu trúc và phương pháp chế tạo. Tuy nhiên, màng lọc nano có kích thước lỗ lớn hơn
một chút so với màng thẩm thấu ngược và quá trình chuyển khối qua màng lọc nano là
phức tạp hơn vì quá trình tách xảy ra không chỉ do cơ chế thấm khuếch tán mà còn có
cả cơ chế sàng lọc. Màng thẩm thấu ngược và lọc nano cần có tính chất ưa nước, bền
về mặt hoá học (đặc biệt là với các tác nhân làm sạch và khử trùng chứa clo – nước gia
ven), chống được vi khuẩn, và có độ bền cơ học tốt. Màng bất đối xứng làm từ vật liệu
cellulose acetate dùng cho thẩm thấu ngược và lọc nano hiện nay vẫn khá thông dụng.
Tuy nhiên, các loại màng composite (TFC) cũng đang có ưu thế trên thị trường, ví dụ
như màng composite với lớp đỡ là polysulfone hay polyethersulfone và lớp bề mặt
polyamide. So với màng composite, màng làm từ dẫn xuất cellulose có khả năng chịu
được môi trường clo tốt hơn, nhưng khả năng chịu dung môi kém hơn và khoảng pH
làm việc thích hợp hẹp hơn. Giới hạn tách của các loại màng dùng động lực áp suất có
thể được biểu diễn như Hình 1.1.

7

Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

Hình 1.1. Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp suất
3 Phương pháp chế tạo:
Các loại vật liệu tổng hợp khác nhau có thể được sử dụng để chế tạo màng. Các
vật liệu này có thể là các chất vô cơ như ceramic, thủy tinh, kim loại và các hất hữu cơ
bao gồm tất cả các loại polyme. Nhiệm vụ đặt ra là việc gia công vật liệu bằng các
phương pháp thích hợp để thu được màng có cấu trúc phù hợp đáp ứng yêu cầu tách.
Có một số phương pháp chế tạo màng khác nhau, trong đó có các phương pháp
quan trọng nhất là dung kết nhiệt (singtering), kéo dãn (stretching), ăn mòn theo vết
(track-etching), đảo pha (phase inversion), sol-gel, kết tụ hơi (vapor deposition) và
nhúng phủ.
3.1 Dung kết nhiệt
Dung kết nhiệt là một kỹ thuật đơn giản để chế tạo các màng xốp từ các vật liệu
hữu cơ cũng như các vật liệu vô cơ. Phương pháp này như sau: nén bột nguyên liệu có
kích thước xác định sau đó đem nung ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ nung tùy thuộc vào vật
liệu sử dụng. Trong quá trình dung kết, các hạt vật liệu nhỏ kết lại với nhau thành
khối, bề mặt phân cách giữa các hạt tiếp xúc biến mất, các lỗ xốp của màng chính là
khoảng không gian giũa các hạt.
Bằng phương pháp này, rất nhiều loại vật liệu khác nhau được sử dụng ví dụ
như các loại bột polyme, bột kim loại, ceramic, graphite và thủy tinh. Kích thước lỗ
của màng thu được phụ thuộc vào kích thước hạt và sự phân bố cỡ hạt của bột nguyên
liệu. Phổ phân bố cỡ hạt càng hẹp thì màng thu được các lỗ càng đồng đều nghĩa là
phổ phân bố cỡ lỗ của màng cũng càng hẹp. Màng chế tạo theo phương pháp này có
kích thước lỗ từ 0.1 tới 10µm.
Dung kết nhiệt là một kỹ thuật rất thích hợp để chế tạo các màng từ
polytetrafluoroethylene (PTFE). Thực tế tất cả các loại vật liệu nói trên có thể dùng kỹ
thuật dung kết, chúng có đặc trưng đáng chú ý là có độ bền hóa học, chịu được nhiệt
độ và có độ bền cơ học, đặc biệt là các vật liệu vô cơ.

Tuy nhiên kỹ thuật dung kết chỉ dùng để chế tạo các màng vi lọc. Độ xốp của
các màng polyme nói chung là thấp, thường trong phạm vi từ 10 đến 20% hoặc thấp
hơn.
8


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

3.2

Kỹ thuật kéo dãn

Trong phương pháp này, màng được làm từ vật liệu polyme bán tinh thể đặc
biệt ( PTFE, PP, PE), polyme được kéo vuông góc với hướng đùn để vùng kết tinh
được cố định theo hướng song song với hướng đùn. Màng chế tạo theo phương pháp
này có kích thước lỗ từ 0.1µm tới tối đa là 3µm. Độ xốp của các màng được chế tạo từ
kỹ thuật này cao hơn so với độ xốp của các màng chế tạo bằng kỹ thuật dung kết, có
thể đạt tới 90%.
3.3 Kỹ thuật ăn mòn theo vết
Bằng kỹ thuật ăn mòn theo vết (track-etching) có thể tạo ra màng với các mao
quảng song song, đều, hình trụ. Trong kỹ thuật này, màng được chiếu vuông góc bởi
các hạt bức xạ có năng lượng cao. Các hạt này sẽ phá vỡ mạng polyme và tạo thành
vết. Sau đó, màng được nhúng trong môi trường acid hoặc kiềm và vật liệu polyme bị
ăn mòn theo các vết để tạo thành các ống mao quản với dải phân bố lỗ hẹp (kích thước
lỗ đồng đều). Kích thước của các lỗ nằm trong phạm vi từ 0.02µm tới 10µm nhưng độ
xốp bề mặt thấp (tối đa khoảng 10%). Sự lựa chọn vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào độ
dày của màng và năng lượng của hạt bắn phá (thông thường khoảng 1MeV). Chiều sâu
thâm nhập cực đại của các hạt mang năng lượng như vậy khoảng 20µm. Khi năng
lượng hạt tăng bề dày màng cũng có thể tăng lên thậm chí có thể dùng cả vật liệu vô

cơ (ví dụ như mica). Độ xốp của màng phụ thuộc vào thời gian bức xạ trong khi đường
kính lỗ của màng lại phụ thuộc vào thời gian ăn mòn.
3.4

Kỹ thuật đảo pha (phase inversion)

Đảo pha là một kỹ thuật trong đó polyme được chuyển từ trạng thái lỏng sang
trạng thái rắn có kiểm soát. Quá trình hóa rắn thường được bắt đầu bằng sự chuyển
biến từ một trạng thái lỏng thành hai trạng thái lỏng (phân lớp lỏng-lỏng). Tại một thời
điểm nào đó của quá trình phân lớp, một trong các pha lỏng (pha nồng độ polyme cao)
sẽ hóa rắn để tạo thành màng. Bằng cách kiểm soát giai đoạn bắt đầu chuyển pha có
thể khống chế được cấu dạng của màng tạo thành.
Khái niệm đảo pha bao gồm các kỹ thuật khác nhau như bốc hơi dung môi,
đông tụ bằng bốc hơi có kiểm soát, đông tụ nhiệt, đông tụ từ pha hơi và đông tụ chìm.
Chủ yếu các màng đảo pha được chế tạo bằng kỹ thuật đông tụ chìm.
9


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

Các màng đảo pha được chế tạo từ nhiều loại polyme khác nhau. Yêu cầu đặt ra
là polyme cần phải tan trong dung môi hoặc hỗn hợp dung môi.Thông thường,màng
được chế tạo ở hai dạng:màng phẳng (flat) hay màng ống (tubular).
Các màng thương mại thông dụng nhất được chế tạo theo phương pháp đảo pha.
Bằng các kỹ thuật dung kết,kéo dãn, ăn mòn vết chỉ tạo được các màng xốp.
Các màng này cũng có thể được sử dụng như lớp đỡ xốp cho các màng composite.
Việc dùng phương pháp đảo pha có thể cho phép tạo được các màng lỗ rộng cũng như
các màng đặc khít.Vật liệu đỡ cho màng composite thường là các màng bất đối xứng
được chế tạo theo phương pháp đảo pha.

3.5 Kỹ thuật tạo màng electronspning:
Electronspining (ES) là một kỹ thuật kéo sợi từ polyme dung dịch hoặc polyme
nóng chảy bằng cách sử dụng lực tĩnh điện (điện trường). Sợi electrospun có đường
kính rất nhỏ (từ nanomet đến micromet) so với úa trình kéo sợi bàng lực cơ học thông
thường (kéo sợi nóng chảy, kéo sợi dung dịch). Sợi nano ES sẽ cho kết quả hệ thống
với diện tích bề mặt so với khối lượng là cao, trọng lượng thấp, mật độ các lỗ hổng cao
và độ thấm với sự kiểm soát cao và kích thước sợi nhỏ.
Nguyên lý tạo sợi ES: Khhi đặt một điện áp cao vào giữa đầu phun và bảng thu sợi sẽ
làm xuất hiện một điện trường lớn. Dòng điện I tạo ra rất nhỏ, làm đầu phun bị nhiễm
điện. Do đó dung dịch polyme khi đi qua đầu phun này cũng sẽ bị nhiễm điện và các
hạt mang điện được gia tốc bởi điện trường, phun ra dung dịch polyme chuyển động
theo chiều của điện trường tạo thành ở trên. Kết quả là dung dịch polyme được tăng
tốc đập vào bản thu sợi mỏng với bán kính từ micromet tới nanomet.

V
Khối cấp cao áp

Kim phun
kim loại

Sợi tích điện
Khối thu xoay

Bộ điều tốc
Hình 1.2. Mô phỏng cho hệ thống electronspinning
10


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

ES thu hút nhiều sự chú ý như một kỹ thuật đa năng, áp dụng cho nhiều lĩnh vực hữu
cơ và vô cơ, kết quả là dẫn đến sự phân chia về kích thước vật liệu nano. Mỗi loại kích
thước của vật liệu có một ứng dụng riêng trong các lĩnh vực khác nhau.
3.6 Kỹ thuật tạo màng spin coating
Có thể hình dung quá trình phủ quay gồm 3 giai đoạn xảy ra liên tiếp:
Giai đoạn 1 (Fluid dispense): dung dịch được nhỏ giọt lên đế. Lượng dung dịch sử
dụng thường nhiều hơn lượng dung dịch cần thiết hình thành màng.
Giai đoạn 2 (Ramp-up, spreading): đế được gia tốc đến vận tốc quay cần thiết. Một
phần dung dịch bị văng ra khỏi đế. Độ nhớt dung dịch quyết định độ dày màng. Đế
quay với vận tốc không đổi, dung dịch tiếp tục chảy lan trên đế dưới tác dụng của độ
nhớt và lực ly tâm.
Giai đoạn 3 (Evaporation): sự bay hơi dung môi quy ết định độ dày màng. Đế tiếp tục
quay với vận tốc không đổi nhưng dòng chảy nhớt không đáng kể.
Theo Meyerhofer, do dung môi bay hơi ra khỏi màng, độ nhớt dung dịch tăng dẫn đến
sự gel hóa của dung dịch sol trên bề mặt đế.
Độ dày màng thu được từ phương pháp phủ quay khá đồng đều.
4. Một số đặc tính của màng
4.1 Mật độ lỗ
Mật độ lỗ là số lỗ trên một đơn vị diện tích bề mặt. Màng công nghiệp thường có
từ 108 – 109 lỗ/cm2. Tính chất này cũng phần nào đánh giá được độ xốp và lưu lượng
lọc của màng. Các màng có cùng đường kính lỗ xốp thì màng nào có mật độ lỗ lớn sẽ
có độ xốp cao hơn, lưu lượng lọc lớn hơn và ngược lại.
4.2 Độ thấm ướt
Độ thấm ướt là một đặc trưng quan trọng của màng. Màng lọc dễ thấm ướt bởi
dung dịch cần lọc thì quá trình lọc xảy ra dễ dàng hơn so với màng lọc không thấm ướt
bởi dung dịch cần lọc.
4.3 Độ xốp của màng
Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu màng trên tổng
thể tích của màng. Độ xốp được quyết định bởi kích thước lỗ và mật độ lỗ xốp.

11


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

4.4 Chiều dày màng
Chiều dày màng là một đặc trưng quan trọng và được khống chế khi chế tạo.
Màng càng dày thì trở lực của màng càng lớn và năng suất lọc của màng bị giảm
nhưng màng sẽ bền hơn, ngược lại nếu màng mỏng thì sẽ không bền. Thông thường
màng polyme được chế tạo với chiều dày từ 300-500 μm, chiều dày của màng chế tạo
thường dao động 10% so với giá trị xác định.
4.5 Độ nén ép
Đối với các quá trình lọc đặc biệt là lọc bằng màng thì đòi hỏi phải có sự chênh
lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc. Trong quá trình lọc, do sự chênh lệch áp suất,
màng bị nén lại làm cho độ xốp của màng bị giảm đi, trở lực của màng tăng lên. Tuỳ
thuộc vào sự chênh lệch áp suất và thời gian làm việc mà màng bị nén ít hay nhiều, khi
đó năng suất lọc cũng bị giảm xuống so với khi chưa bị nén trong cùng điều kiện lọc.
4.6 Trở lực của màng
Trở lực của màng là áp suất thuỷ tĩnh để dung dịch có thể chảy được qua màng với
lưu lượng riêng nào đó. Màng càng dày, càng ít lỗ thì trở lực càng lớn và ngược lại .
5. Cơ chế tách qua màng
Quá trình vận chuyển chất qua màng là một quá trình phức tạp. Qua nghiên cứu
các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết khác nhau để giải thích cơ chế của quá
trình tách qua màng như:
5.1 Thuyết sàng lọc
Thuyết này cho rằng màng gồm nhiều mao quản có kích thước lỗ xác định. Cấu
tử nào có kích thước bé hơn kích thước mao quản thì sẽ vận chuyển qua màng, còn cấu
tử có kích thước lớn hơn thì bị giữ lại. 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.
5.2 Thuyết hòa tan khuếch tán
Thuyết này cho rằng dưới động lực áp suất cao, dung môi và chất tan đều
khuếch tán qua màng. Các phân tử sau khi thẩm thấu vào màng sẽ khuếch tán, nhưng
12


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

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.
5.3 Thuyết mô hình 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 hoá lý, lớp nước hấp phụ này đã mất đi một phần hay toàn bộ
khả năng hoà tan chất tan, vì thế nó 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.
6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng
6.1 Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling)
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 còn chất tan bị giữ lại. Hiện tượng này làm cho
lưu lượng của màng giảm xuống trong quá trình tách. Khi sự phân cực nồng độ lớn thì
chất tan sẽ bám trên bề mặt màng khiến cho bề mặt làm việc của màng giảm xuống,
đồng thời làm tăng vọt áp suất thẩm thấu, do đó hiệu quả làm việc của màng giảm.

Có nhiều cách làm giảm sự phân cực trên màng bán thấm. Đối với nhiều thiết bị
lớn, để làm mất đi sự phân cực nồng độ trên màng bán thấm người ta thường cho dung
dịch trên màng vận chuyển với tốc độ lớn và tạo dòng xoáy. Còn đối với thiết bị phòng
thí nghiệm người ta thường tạo ra dao động rung hoặc khuấy đảo để làm mất đi sự
phân cực nồng độ trên màng.
Trong quá trình tách qua màng, có thể xảy ra hiện tượng chất tan bị hấp phụ
trên bề mặt và trong các lỗ xốp của màng, làm cho năng suất lọc của màng giảm xuống
theo thời gian, thậm chí màng có thể bị tắc nghẽn. Các yếu tố ảnh hưởng tới mức độ
tắc nghẽn màng bao gồm nồng độ chất cần tách, pH, ái lực giữa chất cần tách và vật
liệu màng ….
6.2 Ảnh hưởng của áp suất làm việc
13


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

Áp suất làm việc ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình tách bằng màng thẩm thấu
ngược. Khi áp suất tăng, lúc đầu lưu lượng lọc và độ lưu giữ đều tăng nhưng khi đạt
đến một áp suất nào đó thì độ lưu giữ R hầu như không thay đổi, trong khi lưu lượng
lọc vẫn tăng theo áp suất. Tuy nhiên, chỉ nên tăng áp suất tách tới một giá trị giới hạn
xác định, để bảo vệ màng và an toàn cho thiết bị.
Sourirajan đã đưa ra công thức liên hệ giữa độ lưu giữ R, năng suất lọc J và áp
suất như sau:
Trong đó:
6.3

J  1   2  lg P

R

1  P

2  P 1

P = Áp suất làm việc, α1, α2, β1, β2 = Các hệ số thực nghiệm

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tách

Trong dung dịch chất tan được solvat hóa (hay còn gọi là hydrat hoá, khi dung
môi là nước). Các ion chất tan được bao bọc bởi hai lớp vỏ hydrat hóa gần và hydrat
hóa xa. Hydrat hóa gần là sự tương tác giữa chất tan với các phân tử nước ở gần nó,
liên kết này khá bền nên các phân tử nước không chuyển động tự do mà gắn liền với
ion chất tan. Do tương tác tĩnh điện nên các phân tử nước ở lớp hyđrat thứ nhất có thể
liên kết với các phân tử nước ở ngoài để thành lớp vỏ hydrat thứ hai, hiện tượng này
gọi là hydrat hoá xa, tương tác này yếu hơn nên các phân tử nước ở lớp vỏ thứ hai
không mất đi khả năng chuyển động tự do và tương đối linh động. Ở vùng nồng độ
loãng, các ion chất tan bị bao bọc bởi hai lớp vỏ hydrat, đồng thời trong dung dịch vẫn
tồn tại các phân tử nước ở trạng thái tự do. Nếu tăng nồng độ chất tan tới một giới hạn
nào đó thì trong dung dịch không còn các phân tử nước ở trạng thái tự do nữa mà chỉ
đủ để tạo thành hai hoặc một lớp vỏ hydrat. Lúc này độ lưu giữ và lưu lượng qua màng
giảm xuống rõ rệt. Do hiện tượng hydrat hoá nên các ion chất tan bị giữ laị trên màng
trong khi nước hoặc dung môi có thể vận chuyển qua màng một cách dễ dàng.
6.4

Bản chất của vật liệu màng

Bản chất của vật liệu làm màng là một đặc tính quan trọng, vật liệu làm màng
có tính thấm cao đối với dung môi cần lọc thì năng suất lọc sẽ cao và ngược lại.
1.5

Độ nhớt dung dịch

14


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

Năng suất lọc tỷ lệ nghịch với độ nhớt của chất lỏng cần lọc. Độ nhớt của dung
dịch càng cao thì năng suất lọc càng nhỏ. Độ nhớt cao làm giảm khả năng chảy qua
màng của chất lỏng.
6.6

Các yếu tố ảnh hưởng khác

Các loại vi khuẩn cũng có ảnh hưởng rất lớn đến màng vì một số vi khuẩn có
thể ăn các polyme, làm giảm chất lượng và thời gian làm việc của màng. Độ pH của
dung dịch có ảnh hưởng đến tuổi thọ của màng. Tuỳ từng loại màng mà điều chỉnh pH
làm việc thích hợp. Nhiệt độ dung dịch tách cũng ảnh hưởng tới tính năng tách của
màng. Khi tăng nhiệt độ dung dịch tách, năng suất lọc của màng tăng nhưng độ lưu giữ
có thể giảm nhẹ.
7. Xu hướng hiện nay:
Các yếu tố ảnh hưởng trên đã ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu suất xử lý màng.
Các màng khi xử lý lọc, theo thời gian sẽ bị tắc nghẽn màng hay thậm chí là thay đổi
bản chất ban đầu của màng chế tạo. Chính vì vậy, hiện nay các nhà nghiên cứu cũng
như các đề tài nghiên cứu tập trung nghiên cứu biến tính bề mặt màng để thay đổi
những đặc điểm còn hạn chế của màng chế tạo trong xử lý môi trường nhằm nâng cao
hiệu quả xử lý.
Phương pháp biến tính bề mặt có nhiều ưu điểm: Cải thiện được tính chất bề

mặt vật liệu mà không gây ảnh hưởng đến tính chất bên trong vật liệu như khả năng
bám dính, độ thấm nước, tính thích ứng sinh học, chống fouling ... mà không cần phải
chế tạo lại toàn bộ khối vật liệu, nhưng vẫn có được bề mặt vật liệu với các tính chất
mong muốn; hơn nữa phương pháp này sẽ giảm bớt chi phí chế tạo vật liệu vì chỉ cần
tác động lên bề mặt mà không cần phải chế tạo toàn bộ khối vật liệu.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp biến tính bề mặt vật liệu đang được nghiên
cứu và phát triển, có thể chia thành ba nhóm chính là: Phương pháp vật lý – hóa học;
Phương pháp cơ học và phương pháp sinh học. Trong đó, đa dạng và phổ biến nhất là
phương pháp vật lý – hóa học, phương pháp này được chia thành ba nhóm nhỏ: thứ
nhất là các phương pháp pha khí – vật liệu được xử lý trong các môi trường khí chứa
các phần tử hoạt động (gốc tự do, electron, các phân tử bị kích thích) hay dưới các bức
xạ điện từ (tia UV, tia γ, điện quang); thứ hai là các phương pháp pha lỏng và khối –
bao gồm các kỹ thuật tạo lớp phủ vật lý hoặc thực hiện các phản ứng hóa học trên bề
15


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

mặt vật liệu; thứ ba là kết hợp hai phương pháp thứ nhất và thứ hai tạo ra các lớp
polyme trùng hợp ghép trên bề mặt vật liệu, ngoài ra người ta còn có thể biến tính bề
mặt vật liệu trong những môi trường khí được phóng điện với tần số cao – môi trường
plasma, kỹ thuật này có tác dụng chủ yếu là ăn mòn bề mặt, tạo các liên kết ngang trên
bề mặt và phủ một lớp polyme mới lên trên bề mặt của vật liệu nền. Phương pháp cơ
học chủ yếu là làm nhám bề mặt vật liệu (roughing). Phương pháp biến tính sinh học
gồm có: hấp phụ vật lý các phân tử sinh học (protein, lipid, receptor,...) lên bề mặt vật
liệu, tạo liên kết hóa học của các phân tử sinh học với các nhóm bề mặt hay nuôi cấy tế
bào trên bề mặt vật liệu.
Hiện nay, việc nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc polyme là một vấn đề thu
hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chế tạo màng do những

ưu thế đặc biệt của phương pháp này. Một số kỹ thuật đã và đang được nghiên cứu là:
kỹ thuật trùng hợp bề mặt, kỹ thuật phủ bề mặt, kỹ thuật plasma, kỹ thuật xử lý ozon,
kỹ thuật trùng hợp ghép quang dùng tia UV...
7.1. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt (tạo lớp hoạt động)
Lớp đỡ xốp được ngâm trong dung dịch chứa một monome hoạt động, sau đó
đưa vào dung dịch chứa một monome hoạt động khác. Hai monome này tương tác
với nhau tạo thành một lớp polyme phủ trên bề mặt lớp đỡ xốp. Lớp polyme tạo
thành (lớp hoạt động) có cấu trúc đặc khít với chiều dày thường nhỏ hơn 50 nm.

Hình 1.3. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt
7.2 Kỹ thuật phủ nhúng
Lớp đỡ (hay lớp đế) của màng bất đối xứng được nhúng vào dung dịch phủ có
chứa một loại polyme hoặc monome. Nồng độ dung dịch phủ nhúng thấp (thường < 1
%). Khi lấy màng ra khỏi bể nhúng sẽ có một lớp mỏng dung dịch bám vào bề mặt lớp
đỡ. Sau đó màng được xử lý nhiệt, bay hơi dung môi để cố định lớp phủ trên lớp đỡ.
16


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

Hình 1.4. Kỹ thuật phủ nhúng
Phủ nhúng là phương pháp biến tính vật lý, nó có nhược điểm là lớp phủ không
liên kết với bề mặt vật liệu bởi liên kết cộng hóa trị, do đó lớp phủ có xu hướng không
bền và dễ bị loại bỏ khỏi bề mặt vật liệu.
7.3

Kỹ thuật trùng hợp plasma

Plasma là một dạng tồn tại thứ tư của vật chất (ngoài ba dạng rắn, lỏng, khí).

Plasma tạo thành khi một chất khí hoặc hỗn hợp khí được đặt trong điện trường thích
hợp. Môi trường plasma chứa các phần tử bị kích thích (nguyên tử, phân tử, ion, điện
tử). Khi đặt một chất nền vào môi trường plasma thì bề mặt chất nền sẽ bị tác dụng bởi
các phần tử kích thích trong môi trường plasma, các tác động này có thể là tác động
vật lý hoặc hoá học hay tác động đồng thời cả vật lý và hoá học.
Khi đặt một lớp đỡ (màng vi lọc hay siêu lọc) vào môi trường plasma tạo bởi
các monome có khả năng trùng hợp. Trên bề mặt chất nền sẽ tạo thành một lớp màng
cực mỏng (lớp bề mặt cho màng composite). Tính chất của lớp màng trùng hợp bằng
kỹ thuật plasma phụ thuộc vào các yếu tố: Nồng độ monome trong môi trường plasma,
bản chất vật liệu nền, thời gian trùng hợp, cường độ điện trường…
Thông thường, kỹ thuật plasma được sử dụng để cải thiện tính ưa nước của bề
mặt màng lọc polyme, theo đó làm giảm khả năng hấp phụ của bề mặt đối với protein
cũng như các đối tượng tách có tính âm điện khác. Các tác giả trường đại học
Colorado, Mỹ đã tiến hành nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc polyme trong môi
trường plasma CO2 được đưa thêm vào một số hợp chất chứa oxy như axit carboxylic,
ketone/aldehyde, các chất có nhóm chức ester. Quá trình xử lý trong môi trường
plasma CO2 sẽ làm oxy hóa bề mặt vật liệu và hình thành nên bề mặt mới có tính ưa
nước cao hơn. Kết quả thực nghiệm với màng vi lọc polyethersulfone cho thấy màng

17


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

sau khi biến tính có tính ưa nước cao hơn hẳn và tính ưa nước của nó không hề thay
đổi thậm chí sau sáu tháng để tiếp xúc với không khí.
7.4 Xử lý nhiệt trong môi trường Ozone (O3)
Trong những năm gần đây, công nghệ hóa học xanh đang thu hút được nhiều
mối quan tâm trong vấn đề biến tính bề mặt vật liệu dưới các điều kiện êm dịu và an

toàn, không đòi hỏi năng lượng cao. So với kỹ thuật plasma, kỹ thuật xử lý bằng O3 có
một số ưu điểm như: an toàn với môi trường (vì O3 chỉ phân hủy thành O2), bề mặt
polyme có thể được biến tính dưới áp suất khí quyển, tuy nhiên, hiệu quả biến tính
bằng O3 thấp hơn một chút.
Theo phương pháp này, vật liệu polyme được đặt trong môi trường O3, dưới tác
dụng của nhiệt độ, O3 phân hủy thành O2 và O, O có tính oxy hóa mạnh, nó phản ứng
với bề mặt vật liệu tạo thành các nhóm C–O và C=O, sự có mặt của các nhóm này làm
cho bề mặt vật liệu trở nên ưa nước hơn. Hiệu quả của phương pháp phụ thuộc vào
nhiệt độ phân hủy O3, thời gian tiếp xúc của vật liệu với O3, và bản chất của vật liệu
nền.
7.5 Trùng hợp ghép quang bằng tia UV
Tia UV được sử dụng rộng rãi trong quá trình trùng hợp ghép bề mặt vật liệu,
tùy từng trường hợp, người ta có thể thêm các chất khơi mào quang hoặc chất nhạy
sáng (điển hình là benzophenone và các dẫn xuất) để làm tăng tốc độ cũng như hiệu
quả của quá trình trùng hợp. So với các phương pháp biến tính khác, trùng hợp ghép
bề mặt bằng bức xạ UV cho thấy được những ưu điểm nổi bật như: tốc độ phản ứng
nhanh, giá thành rẻ, thiết bị đơn giản, dễ dàng triển khai ở quy mô công nghiệp và
quan trọng nhất là các chuỗi polyme được ghép chỉ giới hạn ở bề mặt vật liệu [23].
Trùng hợp ghép quang bằng tia UV có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau,
tùy thuộc vào từng loại vật liệu nền, loại monome và mục đích sử dụng vật liệu sau
biến tính. Quá trình có thể được mô tả khái quát như sau: vật liệu nền ban đầu được
phủ chất nhạy sáng (nếu có), sau đó ngâm vật liệu vào dung dịch monome (có khả
năng trùng hợp) rồi lấy ra chiếu bức xạ UV, hoặc trong quá trình ngâm kết hợp đồng
thời chiếu tia UV, cũng có thể chiếu bức xạ UV lên bề mặt vật liệu trước sau đó mới
ngâm vật liệu vào dung dịch monome. Dưới tác dụng của tia UV, chất nhạy sáng bị
18


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

kích thích, ở trạng thái kích thích nó có khả năng lấy đi một proton của vật liệu nền,
tạo thành các gốc tự do trên bề mặt vật liệu, khơi mào cho quá trình trùng hợp. Với vật
liệu nền có chứa các nhóm chức carbonyl hoặc ester 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 ra
một proton hoặc một nhóm nhạy sáng để tạo các gốc tự do và quá trình trùng hợp vẫn
xảy ra. Hoặc nếu sử dụng monome có khả năng tự trùng hợp (như axit acrylic, axit
methacrylic, glycidyl acrylate, styrene,…) thì cũng không cần dùng chất khơi mào
quang.
Việc ứng dụng kỹ thuật trùng hợp ghép quang trong lĩnh vực chế tạo màng lọc là
một hướng nghiên cứu đang được quan tâm và phát triển do những lợi thế đặc biệt của
phương pháp này. Ưu thế của kỹ thuật trùng hợp ghép bề mặt là phương pháp này có
thể thực hiện được ở các điều kiện phản ứng êm dịu và nhiệt độ thấp, có độ chọn lọc
cao bằng cách lựa chọn các chất nhạy sáng và chiều dài bước sóng kích thích thích
hợp, và là một kỹ thuật tương đối đơn giản, chi phí thấp và có thể áp dụng trong phạm
vi rộng.
Bề mặt
UV
lỗ
xốp

Màng nền

monome
Màng trùng hợp
ghép bề mặt

Hình. 1.5. Quá trình trùng hợp ghép bề mặt dưới bức xạ UV
Một trong những mục đích chủ yếu của phương pháp biến tính trùng hợp ghép
bề mặt màng lọc là nhằm làm tăng tính ưa dung môi cần lọc và giảm thiểu mức độ tắc

màng (fouling), nâng cao hiệu quả của quá trình tách qua màng. Tính chất bề mặt
màng sau khi trùng hợp ghép phụ thuộc mạnh vào các điều kiện tiến hành trùng hợp
như tính chất vật liệu nền, bản chất monome, nồng độ dung dịch monome, cường độ
bức xạ, thời gian trùng hợp...

19


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

Khi được kích thích bởi bức xạ tử ngoại, trên bề mặt màng sẽ xuất hiện các gốc
tự do, monome sẽ được trùng hợp ghép vào vị trí của các gốc tự do này và tạo thành
một lớp polyme ghép trên bề mặt màng lọc, làm thay đổi tính chất của màng. Chiều
dài của mạch ghép, mức độ chặt khít của lớp ghép phụ thuộc vào các điều kiện tiến
hành trùng hợp.
8. Một số ứng dụng màng lọc trong sản xuất nước sạch và xử lý nước ô nhiễm
Cho tới nay màng lọc được sử dụng rất phổ biến ở các nước phát triển và được
dùng trong các lĩnh vực như: khử muối, làm trong và khử trùng nước, sản xuất nước
siêu sạch, xử lý nước thải công nghiệp, xử lý tuần hoàn nước thải đô thị, các bể sinh
học …
8.1 Khử muối
Trong nước tự nhiên thường hoà tan một lượng nhất định các muối như NaCl,
KCl, CaSO4, MgCl2, Mg(NO3)2... Hàm lượng các muối này nếu vượt quá giới hạn nào
đó sẽ không có lợi cho sức khoẻ, gây ăn mòn bê tông cốt thép, gây đóng cặn thành và
đáy nồi … Do đó trước khi sử dụng cần phải xử lý để loại bỏ đến giới hạn cho phép.
Có nhiều phương pháp được ứng dụng trong công nghiệp, trong đó phương pháp màng
lọc có nhiều ưu thế và ngày càng cạnh tranh với các phương pháp khác do những ưu
điểm đặc biệt của phương pháp này.
8.2 Làm trong và khử trùng nước

Việc sản xuất nước uống cũng như phần lớn các loại nước sản xuất trong công
nghiệp từ nước tự nhiên luôn coi trọng việc loại bỏ huyền phù dù có nguồn gốc hay
bản chất như thế nào. Các màng vi lọc (MF micro filter) hay siêu lọc (UF ultra filter)
có giới hạn tách tốt, có thể sử dụng cho công đoạn lọc trong. Các màng lọc này tạo ra
một lớp chắn đối với vi khuẩn, thậm chí cả virut.
8.3

Sản xuất nước siêu sạch

Nước siêu sạch hết sức cần thiết cho nhiều lĩnh vực công nghiệp như sản xuất
vật liệu bán dẫn, nước cấp cho nồi hơi và trong sản xuất thuốc tiêm dịch truyền. Trong
công nghiệp điện tử, do việc chế tạo các linh kiện bán dẫn đòi hỏi phải có nguồn nước
rất tinh khiết, do đó sơ đồ xử lý nước cho công nghiệp điện tử đòi hỏi rất phức tạp và
thường kết hợp với các xử lý khác như: xử lý ô nhiễm vô cơ hoà tan, xử lý ô nhiễm
20


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

hữu cơ và các vi khuẩn. Ô nhiễm vô cơ hoà tan được loại bỏ bằng hai phương pháp
chính là: thẩm thấu ngược và trao đổi ion. Ô nhiễm hữu cơ và vi khuẩn được xử lý
bằng các biện pháp là: khử trùng, ôxi hoá, diệt các vi khuẩn, oxy hoá ít nhiều hay toàn
bộ chất hữu cơ, dùng màng lọc để loại bỏ ô nhiễm đặc biệt và hữu cơ.
 Màng vi lọc được dùng chủ yếu làm tiền lọc (lọc sơ bộ) cho quá trình thẩm thấu
ngược khi xử lý nước, hậu lọc ở phía sau cột nhựa trao đổi ion để giữ lại các hạt
nhựa nhỏ, hoặc để giữ lại các vi khuẩn.
 Màng siêu lọc được dùng trong các chu trình sản xuất ở khâu xử lý kết thúc để giữ
lại các virut, phân tử lớn và các hạt. Nó được sử dụng nhiều nhất là khi súc rửa
nóng ở nhiệt độ 60 - 80oC.

 Thẩm thấu ngược được dùng cho hệ thống nước cấp để giảm nhẹ khâu loại muối
khoáng, mặt khác có thể loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ khác.
Trong công nghiệp dược phẩm, yêu cầu về lượng nước thấp hơn nhưng về chất
lượng thì cũng tương tự như trong công nghiệp điện tử. Do vậy, đã có nhiều kỹ thuật
xử lý khác nhau trong đó kỹ thuật màng cũng được nghiên cứu để triển khai ứng dụng.
Sơ đồ một hệ thống sản xuất nước siêu sạch được đưa ra ở hình 1.6.
MF, UF

Than
hoạt
tính

RO

Trao
đổi
ion

Nước sạch

UV
Nước siêu
sạch

Bể chứa

Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc
8.4 Xử lý nước
Màng lọc có khả năng giải quyết một cách hiệu quả các vấn đề về xử lý nước,
xét về khía cạnh kinh tế ngày nay kỹ thuật này được ứng dụng ngày càng nhiều trong

xử lý công nghiệp nhằm:
21


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

-

Thu hồi nước có chất lượng cao để dùng lại.

-

Làm tăng giá trị chất cô đặc. Trong trường hợp này, thu hồi chất thải đồng thời
loại bỏ ô nhiễm và làm tăng giá trị chất cô đặc.

-

Xử lý các chất thải khó và ít có khả năng phân huỷ sinh học hay gây độc...

-

Cô đặc huyền phù từ 30 ppm đến 300 ppm

-

Làm trong các dung dịch chứa các tạp chất dưới dạng huyền phù, dầu và mỡ.
Trên thị trường hiện có nhiều loại thiết bị lọc màng được bán kèm với các bộ

lọc khác nhau, nhiều nhất là các thiết bị lọc dùng cho các hộ gia đình và cơ quan để lọc

làm sạch nước dùng cho sinh hoạt và ăn uống.
Các bộ lọc đi kèm hệ thống thiết bị gồm các lõi lọc thô và lọc tinh, lọc tiệt
trùng, lọc tạo khoáng …. Một hệ lọc thường gồm ít nhất 3 lõi lọc và nhiều nhất là 7
lõi. Bộ phận quan trọng nhất quyết định chất lượng nước sản phẩm là lõi lọc RO/NF.
Thông thường, sau một thời gian sử dụng thì phải thay thế các lõi lọc để đảm bảo chất
lượng của nước sử dụng. Các lõi lọc RO hiện có trên thị trường do nước ngoài sản
xuất gồm Filmtech (Mỹ), Vontron (Trung quốc), Nasa (Nhật), Hansan (Hàn Quốc) …
Màng lọc RO viết tắt từ hai chữ REVERSE OSMOSIS (thẩm thấu ngược).
Màng lọc RO được sản xuất từ chất liệu Polyamide (PA) hoặc Cellulose Acetate (CA)
với kích thước lỗ màng từ 0.001-0.0001µm. Công nghệ lọc RO được phát minh và
nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển hoàn thiện vào thập niên 80
sau đó. Đầu tiên màng RO được nghiên cứu và ứng dụng chủ yếu cho lĩnh vực hàng
hải và vũ trụ của Mỹ. Sau này công nghệ RO được ứng dụng rộng rãi vào trong đời
sống và sản xuất, như sản xuất nước uống, cung cấp nước tinh khiết cho sản xuất thực
phẩm, dược phẩm hay phòng thí nghiệm...
Nguyên lý làm việc của quá trình thẩm thấu ngược có thể tóm tắt như sau: Khi
đặt màng bán thấm vào giữa dung môi và dung dịch, một cách tự nhiên dung môi sẽ
vận chuyển qua màng sang phía dung dịch cho tới khi chênh lệch áp suất thủy tĩnh
ngăn không cho dung môi tiếp tục đi sang phía dung dịch. Hiện tượng này gọi là hiện
tượng thẩm thấu và chênh lệch áp suất thủy tĩnh chính bằng áp suất thẩm thấu. Nếu ta
đặt lên phía dung dịch một áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu thì sẽ xảy ra hiện tượng
22


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

ngược lại, dung môi sẽ đi từ phía dung dịch sang phía dung môi, hiện tượng này gọi là
thẩm thấu ngược. Một số mục tiêu tách loại các chất ô nhiễm của màng RO được đưa
ra ở Bảng 1.1.

Bảng 1.1. Một số mục tiêu tách loại các chất ô nhiễm của màng RO
Đối tượng tách

Độ lưu giữ (%)

Đối tượng tách

Độ lưu giữ (%)

Barium

97

Total dissol

95

Bicarbonate

94

Potassium

92

Cadmium

97

Radium

97

Calcium

97

Selenium

97

Chromate

92

Silicate

96

Copper

97

Silver

85

Detergents

97

Sodium

92

Fluoride

90

Strontium

97

Lead

97

Sulfate

97

Magnesium

97

PCBs

97

Nickel

97

Insecticides

97

Nitrates

80

Herbicides

97

9. Các công trình đã nghiên cứu và công bố:
 Năm 2014, nhóm nghiên cứu do TS. Lê Thị Nhi Công, Viện Công nghệ Sinh
học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã Nghiên cứu thành
công sự hình thành màng sinh học (BIOFILM) từ các vi sinh vật phân lập tại
Việt Nam nhằm định hướng ứng dụng xử lý ô nhiễm dầu mỏ.
 PGS.TS Lê Viết Kim Ba đã chủ trì nghiên cứu các loại màng lọc sau:
- Màng thẩm thấu ngược để làm ngọt nước biển
- Màng siêu lọc máu để điều trị cho các bệnh nhân suy thận
23


Trung tâm gia sư Tuệ Tâm
Sđt: 0979425112

- Các loại màng lọc dịch tiêm truyền để sản xuất thuốc tiêm, dịch truyền và

vacxin gồm:
+ Màng lọc vi khuẩn với kích thước lỗ 0.22mm
+ Màng lọc trong với các kích thước lỗ 0.45mm, 1.2mm và 3.0mm
+ Màng tiền lọc với kích thước lỗ 5.0mm
+ Màng lọc dịch tiêm truyền compozit dùng cho các máy lọc lớn, công
suất cao
+ Màng lọc hai chức năng: lọc thô và lọc tinh, sử dụng đặc biệt hiệu quả
cho các dung dịch có nhiều cặn


Năm 2010, PGS.TS. Trần Đức Hạ và KS. Trần Hoài Sơn đã nghiên cứu ứng
dụng màng lọc nano trong công nghệ xử lý nước biển áp lực thấp thành nước
sinh hoạt cho các vùng ven biển và hải đảo Việt Nam.

24