Issuu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ sản xuất khá phức tạp với nhiều loại hình công nghệ khác nhau. Quá trình sản xuất sử dụng

hơ

các nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau để sản xuất các mặt hàng với mẫu mã, màu sắc, chủng loại rất đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu là xơ bông, xơ nhân tạo để

sản xuất các loại vải cotton và vải pha, ngoài ra còn dùng các nguyên liệu như lông

Q uy

thú, đay gai, tơ tằm …

Thông thường công nghệ dệt nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: Kéo sợi, dệt

vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải. Các công đoạn chính gồm[14-42]:

Kè

Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liệu bông thô chứa các sợi bông có kích

ạy

thước khác nhau cùng với các tạp chất cơ học được đánh tung, làm sạch và trộn đều.

Chải: Các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô.

m /+

Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo sợi thô tại các máy sợi con để giảm kích thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống thích hợp. Sợi con trong các ống nhỏ

đoạn hồ sợi.

được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải. Mắc sợi để chuẩn bị cho công

Hồ sợi dọc: Hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hồ bao

quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi. Ngoài ra còn dùng các loại hồ

nhân tạo như polyvinylalcol PVA, polyacrylat … Dệt vải: Kết hợp sợi ngang và sợi dọc để hình thành tấm vải mộc. Giũ hồ: Tách các thành phần hồ bám trên vải mộc bằng enzim hoặc axit sunfuric 0.5%, sau đó giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi. Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất 2 đến 3 at, nhiệt độ 120 đến 1300C, sau đó vải được giặt nhiều lần. Làm bóng vải: Mục đích làm trương nở sợi cotton, xơ sợi trở nên xốp, thấm nước, bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. Thường dùng dung dịch NaOH nồng độ 300 ppm, nhiệt độ 100C đến 200C, sau đó vải được giặt nhiều lần. Tẩy trắng: Các chất tẩy thường dùng là NaClO2, NaOCl hoặc H2O2 cùng với

hơ

các hóa chất phụ trợ khác.

Nhuộm vải và hoàn thiện: Thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp và

các hóa chất trợ nhuộm để tăng sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm dư không

Q uy

gắn vào vải sẽ đi vào nước thải. Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm trong khoảng 50 đến 98%, tùy thuộc vào công nghệ nhuộm, loại vải, độ màu yêu cầu … Để tăng hiệu quả

quá trình nhuộm, các hóa chất được sử dụng là các loại axit H2SO4, CH3COOH, các

Kè

muối sunfat natri, các chất cầm màu như syntephix, tinofix.

ạy

Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn

hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lượng nước thải chủ yếu do

m /+

quá trình giặt sau mỗi công đoạn, và nước thải công đoạn giặt sau nhuộm chiếm từ 20 đến 60 % tổng lượng nước thải.

1.1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường

Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong công nghiệp dệt nhuộm là ô nhiễm nước thải.

Các chất thải trong nước thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên liệu (tạp

chất thiên nhiên, muối, dầu, mỡ trong bông và len, xơ sợi), hóa chất, thuốc nhuộm

còn tồn dư sau khi hoàn thành công đoạn nhuộm, in hoa và chất thải của các công đoạn phụ trợ. Mức độ ô nhiễm nước thải phụ thuộc chủ yếu vào loại và lượng các hóa chất, chất trợ thuốc nhuộm sử dụng, phụ thuộc vào công nghệ và các máy móc thiết bị trong dây chuyền công nghệ áp dụng. Các chất gây ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm được chia thành ba nhóm chính gồm: * Các chất độc với vi sinh và tôm cá gồm xút, natricabonat, axit vô cơ, các chất khử vô cơ như natrisunfua và natrihidrosunfit, dung môi hữu cơ clo hóa, các

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

dẫn xuất phenol và đi phenol, các hợp chất kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ hay dung môi. * Các chất khó phân giải vi sinh gồm phần lớn thuốc nhuộm và chất tăng trắng quang học, các chất tạo phức-càng hóa, nhũ hóa, làm mềm, các chất hồ sợi, các chất giặt vòng thơm, ankylenoxit dài hay mạch nhánh ankyl. * Các chất tương đối không độc và có thể phân giải vi sinh gồm xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên của chúng, bột sắn không biến tính hóa học dùng để hồ sợi,

hơ

các chất giặt ankyl mạch thẳng, axit axetic và axit fomic, muối trung tính nồng độ thấp.

Các thông số đặc trưng cho tính chất nước thải dệt-nhuộm gồm các thông số

Q uy

vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc, tổng lượng chất rắn lơ lửng, tổng lượng chất rắn hòa tan), các thông số sinh học, sinh thái (BOD, COD, tổng cacbon hữu cơ TOC,

cacbon hữu cơ hòa tan DOC, kim loại nặng, halogen hữu cơ AOX) và các thông số

Kè

hóa học (clo tự do trong nước, nito amoni, nito tổng, phosphor tổng, sulfua, sulfite,

ạy

sunfat, hidrocacbon tổng, các chất thơm, các chất hoạt động bề mặt..).

Đặc tính nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt-nhuộm

m /+

được thể hiện trong bảng sau.

Chất ô nhiễm trong nƣớc thải

Công đoạn

Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm [14 ]

Tinh bột, glucose, carboxy metyl xenlulo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp

BOD cao (34 đến 50 % tổng BOD)

NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, silicat natri và xơ sợi vụn

Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30 % tổng BOD)

Tẩy trắng

Hypoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, AOX, axit …

Độ kiềm cao, chiếm 5 % BOD

Làm bóng

NaOH, tạp chất

Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD)

Nhuộm

Các loại thuốc nhuộm, axit axetic và các muối kim loại

Độ màu rất cao, BOD khá cao, TS cao

Hồ sợi, giũ hồ

Đặc tính của nƣớc thải

Nấu tẩy

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối, kim loại, axit …

Độ màu cao, BOD cao và dầu mỡ

Hoàn thiện

Vết tinh bột, mỡ động vật, muối

Kiềm nhẹ, BOD thấp

Trong các chất thải dệt nhuộm thì thuốc nhuộm là một trong những thành phần rất được quan tâm. Thuốc nhuộm đi vào nước thải do còn tồn dư sau khi hoàn tất công đoạn nhuộm. Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởng nhuộm ở nồng độ 10-50 mppm. Tuy nhiên, tùy thuộc vào qui mô và công nghệ áp dụng, nồng

hơ

độ thuốc nhuộm trong nước thải có thể cao hơn nhiều. Cho đến nay, việc xử lý thuốc nhuộm tồn dư trong nước thải dệt nhuộm vẫn là một thách thức đáng kể với

Q uy

ngành công nghiệp này.

1.1.3. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm

Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm

Kè

có thể thực hiện trong quá trình sản xuất như:

- Giảm nhu cầu sử dụng nước bằng cách thường xuyên kiểm tra hệ thống

ạy

nước cấp, tránh rò rỉ nước. Sử dụng công nghệ tẩy, nhuộm, giặt hợp lý. Tuần hoàn,

sử dụng lại các dòng nước giặt ít ô nhiễm và nước làm nguội.

m /+

- Hạn chế sử dụng các hóa chất trợ, thuốc nhuộm ở dạng độc hay khó phân hủy sinh học. Giảm các chất gây ô nhiễm nước thải trong quá trình tẩy, giảm ô

nhiễm kiềm trong nước thải từ công đoạn làm bóng.

- Thu hồi và sử dụng lại dung dịch hồ từ công đoạn hồ sợi và giũ hồ, phương

pháp lọc màng dùng để thu hồi PVA được ứng dụng lần đầu tiên ở Mỹ năm 1974 và

cho đến nay đã được áp dụng ở nhiều nước châu Âu. - Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thuốc nhuộm và

giảm được ô nhiễm môi trường. Các loại thuốc nhuộm cho phép sử dụng lại nhiều lần gồm: Thuốc nhuộm axit dùng cho len và polyamit, thuốc nhuộm bazo dùng cho polyacrylonitril, thuốc nhuộm trực tiếp cho mặt hàng bông, thuốc nhuộm phân tán cho sợi tổng hợp như polyester. Cho đến nay, việc thu hồi thuốc nhuộm từ dịch nhuộm bằng phương pháp lọc màng đã được thực hiện thành công ở một số nước để thu hồi thuốc nhuộm indigo từ quá trình nhuộm sợi bông. Sau khi nhuộm thì phần

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

thuốc nhuộm không gắn vào sợi sẽ đi vào nước giặt với nồng độ 0,1 ppm. Để thu hồi thuốc nhuộm, dùng phương pháp lọc màng để nâng nồng độ thuốc nhuộm sau lọc lên 60 đến 80 ppm và có thể đưa vào bể nhuộm để sử dụng lại. Do đặc thù của công nghệ, nước thải ngành dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng chất rắn, độ màu, BOD, COD cao. Việc lựa chọn phương pháp xử lý cần phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải … Về nguyên lý, hiện có các phương pháp sau được áp dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm:

hơ

* Phương pháp đông keo tụ: Đây là phương pháp khá thông dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Trong phương pháp này người ta dùng phèn nhôm hoặc phèn sắt

cùng với sữa vôi khử màu và một phần COD. Điều chỉnh pH thích hợp cho từng

Q uy

loại phèn và loại nước thải cần xử lý. Về nguyên tắc, trong hệ phản ứng có các bông hydroxit sắt hoặc nhôm sẽ hấp phụ các hợp chất màu và các chất khó phân hủy sinh

học, lắng xuống tạo thành bùn. Phương pháp này ứng dụng để khử màu của nước

Kè

thải và cho hiệu suất khá cao với thuốc nhuộm phân tán. Có thể áp dụng phương

ạy

pháp keo tụ điện hóa để tăng sự tạo bông và áp dụng trên quy mô lớn. Để tăng sự

tạo bông và trợ lắng người ta thường cho thêm các polime hữu cơ. Tuy nhiên

m /+

phương pháp này tạo ra lượng lớn bùn (từ 0,5 đến 2,5 kg/1 m3 nước thải), bùn này sau đó phải tách nước và chôn lấp đặc biệt, nhưng COD chỉ giảm từ 60 đến 70%.

* Phương pháp hấp phụ: Dùng để xử lý các chất thải không có khả năng phân hủy

sinh học và các chất hữu cơ không hoặc khó xử lý bằng phương pháp sinh học,

nước thải dệt nhuộm có thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính. Cơ sở của

quá trình là hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn xốp (chất hấp phụ). Các chất hấp

phụ thường là than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magie, trong đó than hoạt tính có bề mặt riêng lớn từ 400 đến 500 m2/g. Tuy nhiên phương pháp này cũng chỉ giảm tối đa 70% COD. * Phương pháp oxi hóa: Các chất nhuộm vải hầu hết đều là các chất bền hóa học nên phải dùng các chất oxi hóa mạnh. Nhiều kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi dùng ozon hoặc không khí có chứa hàm lượng ozon nhất định có khả năng khử màu tốt, đặc biệt cho nước thải có chứa thuốc nhuộm hoạt tính. Theo tài liệu cứ 1g thuốc

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

nhuộm hoạt tính cần 0,5g O3. Tuy nhiên giá thành cho việc sản xuất ozon khá cao. Dùng khí clo là phương pháp kinh tế để khử màu nước thải dệt nhuộm. Xử lý vi sinh tiếp theo sẽ giảm đáng kể tải lượng COD và độ độc. Tuy nhiên, phương pháp này có bất lợi là sinh ra hợp chất clo hữu cơ, do đó làm tăng tổng lượng halogen hữu cơ AOX trong nước thải. Nếu dùng peroxit H2O2 trong môi trường axit với chất xúc tác muối sắt (II) thì gốc hydroxyl trung gian được tạo ra có thể có khả năng oxi hóa cao hơn cả ozon, tuy vậy phương pháp này cũng khá tốn kém.

hơ

* Phương pháp sinh học: Mặc dù thuốc nhuộm hầu hết đều là các chất khó phân hủy nhưng trong thành phần nước thải dệt nhuộm cũng có chứa nhiều chất có thể

phân hủy sinh học. Tuy nhiên trong nước thải dệt nhuộm có nhiều chất gây độc cho

Q uy

vi sinh vật như chất thải vô cơ, fomandehit, kim loại nặng.... và các chất khó phân hủy sinh học như chất tẩy giặt, hồ PVA.... cho nên trước khi đưa vào xử lý sinh học

cần xử lý sơ bộ các chất gây độc, giảm tỷ lệ các chất khó phân hủy. Với phương

Kè

pháp xử lý hiếu khí cần kiểm tra tỷ lệ theo chỉ tiêu BOD5 : N : P = 100:5:1. Do nước

ạy

thải dệt nhuộm có chứa nito và photpho nên các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng

nên trộn cùng nước thải sinh hoạt để đưa vào xử lý sinh học. Các phương pháp sinh

m /+

học thường dùng là phương pháp bùn hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxy hóa hoặc kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc. Các kết quả cho thấy nước sau xử lý không màu và

hàm lượng chất rắn nhỏ song lượng bùn sinh khối tạo ra tương đối lớn. Như vậy sẽ

kèm theo chi phí xử lý bùn và giá thành sẽ lại cao.

Các nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các phương pháp như sinh hóa, hấp phụ,

bùn lắng.... cũng không mang lại hiệu quả cao, chi phí tốn kém nhưng chỉ loại bỏ tối

đa được khoảng 70% COD [41] * Phương pháp màng lọc: Phương pháp này đã được ứng dụng trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi các chất tái sử dụng lại như hồ tinh bột, PVA, thu hồi muối và thuốc nhuộm. Một số kết quả nghiên cứu về việc áp dụng kỹ thuật lọc màng NF và RO đã cho thấy phương pháp này khá hiệu quả, có thể giảm COD tới 99,5 % [41]. Việc áp dụng công nghệ màng có thể giảm lượng nước sạch tiêu tốn cho quá trình nhuộm vải tới 70%. Kỹ thuật lọc màng có thể áp dụng để xử

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

lý nước thải nhuộm tốt hơn rất nhiều so với các phương pháp thông thường [9,17, 18, 26,28,37,46]. 1.2. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng 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

hơ

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

Q uy

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.

Kè

1.2.1. Phân loại màng lọc

Dựa vào bản chất, người ta chia màng thành hai loại: màng sinh học và màng

ạy

tổng hợp. Đây là cách phân loại rõ ràng nhất vì hai loại màng này khác nhau hoàn

toàn cả về cấu trúc và chức năng [27].

m /+

Một cách phân loại khác là dựa vào 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 [28].

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 [4, 28]. Một bước đột phá trong các ứng dụng công nghiệp là sự phát triển của màng bất đối xứng. Loại màng này 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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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 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 [1, 4, 28]. Với cấu trúc đặc biệt như vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả

hơ

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.

Q uy

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,

ạy

1.2.2. Module màng lọc

Kè

có tính năng cơ học và hóa học rất tốt [6, 28, 31].

Trong các ứng dụng lớn ở quy mô công nghiệp và bán công nghiệp, màng

suất lọc[7, 28].

m /+

thường được sử dụng ở dạng module (bộ lọc), để tăng diện tích làm việc và công

 Module sợi rỗng

Hình 1.1. Module sợi rỗng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Module sợi rỗng (hollow fibre) gồm những sợi rỗng rất nhỏ, có đường kính ngoài khoảng 80 μm và đường kính trong khoảng 40 μm. Lớp hoạt động nằm ở phía trong sợi. Loại màng này có thể chịu được áp suất cao.

Q uy

hơ

 Module khung bản

Kè

Hình 1.2. Module khung bản Module khung bản gồm nhiều tấm màng đặt song song nhau. Giữa các tấm

ạy

có lớp đệm, dung dịch đi vào giữa hai tấm màng còn dung dịch thấm qua và dung

m /+

dịch lưu giữ được dẫn ra ngoài theo các kênh khác nhau.  Module cuộn

Module cuộn là các tấm dài được cuộn quanh một lõi. Hai tấm màng dài

được đặt song song ở giữa có lớp đệm xốp. Module cuộn có chiều dài từ 30 – 150

cm với đường kính từ 5 – 30 cm [7,9,28].

Q uy

Hình 1.3. Module cuộn

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

1.2.3. Mô hình dòng qua module và cách sắp xếp hệ thống module màng lọc

Kè

Trong quá trình lọc màng, bao giờ cũng có tối thiểu 3 pha trong một module (bộ lọc) gồm pha đi vào, pha lưu giữ và pha thấm qua. Sơ đồ mô tả các dòng (pha)

m /+

ạy

đi qua một module màng lọc được đưa ra ở Hình 1.3.

Module

Pha lưu giữ

Pha đi vào

Pha thấm qua

Hình 1.4. Sơ đồ dòng qua module màng lọc

Trong phương pháp làm việc gián đoạn, một thể tích nhất định dung dịch được nén qua màng, theo thời gian nồng độ chất bị lưu giữ tăng dần trên bề mặt màng và năng suất lọc giảm dần. Sơ đồ mô tả quá trình được đưa ra ở hình 1.5.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Dung dịch vào

Dung dịch thấm qua

Hình 1.5. Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn

hơ

Trong phương pháp làm việc liên tục, dung dịch vào được bơm liên tục qua

module, sản phẩm (dung dịch thấm qua) được lấy ra liên tục. So với phương pháp

Q uy

gián đoạn, phương pháp này có chất lượng sản phẩm và năng suất lọc ổn định, mặt khác sẽ giảm được hiện tượng phân cực nồng độ và tắc màng.

Dung dịch lưu giữ

ạy

Kè

Dung dịch vào

Dung dịch lưu giữ

Dung dịch thấm qua

Dung dịch vào

m /+

Dung dịch thấm qua

Dung dịch lưu giữ

Dung dịch vào

Dung dịch thấm qua

Hình 1.6. Sơ đồ hệ lọc màng liên tục

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

1.2.4. Một số đặc tính của màng  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 [4,7].

 Độ thấm ướt

hơ

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

Q uy

ướt bởi dung dịch cần lọc [2,4,7].

 Độ xốp của màng

Kè

Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu màng trên

[2,4,6,7].

m /+

 Chiều dày màng

ạy

tổng thể tích của màng. Độ xốp được quyết định bởi kích thước lỗ và mật độ lỗ xốp

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 [4,7].

 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, 7].

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

 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 [4, 7]. 1.2.5. Các quá trình màng dùng động lực áp suất Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thường, vi lọc, siêu lọc,

hơ

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

Q uy

như điện thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng[3,16,28].

 Vi lọc (Microfiltration)

Kè

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

ạy

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).

m /+

 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.  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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

80 bar [2,6,31]. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế hoà tan khuếch tán và hấp phụ mao quản.  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.

hơ

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

Q uy

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

Kè

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

ạy

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

m /+

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 1.7.

Hình 1.7. Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp suất

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

1.2.6. 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[4,7,20]:  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,

hơ

còn cấu tử có kích thước lớn hơn thì bị giữ lại [2,5]. Thuyết này chỉ phù hợp trong

việc giải thích cho các quá trình siêu lọc và vi lọc (chất tan có kích thước lớn).

Q uy

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

Kè

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

ạy

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,

m /+

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.

 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. 1.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

* 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[4,7,28].

hơ

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

Q uy

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[29, 34].

Trong quá trình tách qua màng, có thể xảy ra hiện tượng chất tan bị hấp phụ

Kè

trên bề mặt và trong các lỗ xốp của màng, làm cho năng suất lọc của màng giảm

ạy

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

m /+

tách và vật liệu màng … [1, 31].

* Ảnh hưởng của áp suất làm việc

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:

R

J  1  2  lg P

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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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

hơ

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

Q uy

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 một cách dễ dàng.

* Bản chất của vật liệu màng

ạy

Kè

tan bị giữ laị trên màng trong khi nước hoặc dung môi có thể vận chuyển qua màng

m /+

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 [8, 9].

* Độ nhớt dung dịch

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. * 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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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. 1.2.8. 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

hơ

bể sinh học … [5,6,7]

Q uy

 Khử muối

Trong nước tự nhiên thường hoà tan một lượng nhất định các muối như

Kè

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 kho , gây ăn mòn bê tông cốt thép, gây đóng

ạy

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

m /+

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.

 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) hay siêu lọc (UF) 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. [15]  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 [2,8,11,13]. Trong công nghiệp điện tử, do việc chế tạo các linh kiện bán dẫn đòi

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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 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[1,3,4].

hơ

 Màng vi lọc được dùng chủ yếu làm tiền lọc (lọc sơ bộ) cho quá trình thẩm thấu

Q uy

nhựa nhỏ, hoặc để giữ lại các vi khuẩn[10,14].

ngược khi xử lý nước, hậu lọc ở phía sau cột nhựa trao đổi ion để giữ lại các hạt  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

Kè

rửa nóng ở nhiệt độ 60 - 80oC.

 Thẩm thấu ngược được dùng cho hệ thống nước cấp để giảm nhẹ khâu loại muối

ạy

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

m /+

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 1.8.

MF, UF

Than hoạt tính

Trao đổi ion

Nước sạch

Bể chứa

UV Nước siêu sạch

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc  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: 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.

hơ

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.

Q uy

Trên thị trường hiện có nhiều loại thiết bị lọc màng được bán kèm với các bộ

Kè

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

ạy

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

m /+

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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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... [21] 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

hơ

thấu. Nếu ta đặt lên phía dung dịch một áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu thì sẽ xảy ra hiện tượng 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

Q uy

màng RO được đưa ra ở Bảng 1.2.

Đối tượng tách

Độ lưu giữ (%) 97

Bicarbonate

Đối tượng tách

Độ lưu giữ (%)

Total dissol

Potassium

Radium

Selenium

Silicate

Silver

Sodium

Fluoride

Strontium

Lead

Sulfate

Magnesium

PCBs

Nickel

Insecticides

Nitrates

Herbicides

Copper

Chromate

m /+

Calcium

ạy

Barium

Cadmium

Detergents

1.3.

Kè

Bảng 1.2. Một số mục tiêu tách loại các chất ô nhiễm của màng RO [23

Biến tính bề mặt màng lọc

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Để nâng cao tính năng tách của màng, giảm mức độ tắc màng nói chung, đặc biệt là trong quá trình tách các chất hữu cơ, ngoài các phương pháp rửa cơ học và lựa chọn chế độ thủy động thích hợp, gần đây việc nghiên cứu biến tính bề mặt màng là một giải pháp rất được quan tâm nghiên cứu. 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

hơ

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 [36].

Q uy

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

Kè

biến nhất là phương pháp vật lý – hóa học, phương pháp này được chia thành ba

ạy

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

m /+

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 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 [11]. 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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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... 1.3.1. 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

hơ

polyme tạo thành (lớp hoạt động) có cấu trúc đặc khít với chiều dày thường nhỏ

ạy

Kè

Q uy

hơn 50 nm [7,8,35,37].

m /+

Hình 1.9. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt

1.3.2. 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 [7].

Hình 1.10. Kỹ thuật phủ nhúng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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 [23, 38]. 1.3.3. 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,

hơ

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

Q uy

thể là tác động vật lý hoặc hoá học hay tác động đồng thời cả vật lý và hoá học [8]. 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

Kè

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

ạy

trường plasma, bản chất vật liệu nền, thời gian trùng hợp, cường độ điện trường…

[33,31,38]

m /+

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 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 [15]. 1.3.4. Xử lý nhiệt trong môi trường Ozone (O3)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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 [9]. Theo phương pháp này, vật liệu polyme được đặt trong môi trường O3, dưới

hơ

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

Q uy

phụ thuộc vào nhiệt độ phân hủy O3, thời gian tiếp xúc của vật liệu với O3, và bản

chất của vật liệu nền.

Kè

1.3.5. Trùng hợp ghép quang bằng tia UV

ạy

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

m /+

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 r , 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 [13,26,34]. Dưới tác dụng của tia

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

UV, chất nhạy sáng bị 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

hơ

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

Q uy

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

Kè

kích thích thích hợp [16,27], và là một kỹ thuật tương đối đơn giản, chi phí thấp và

m /+

Bề mặt

ạy

có thể áp dụng trong phạm vi rộng [25].

UV monome

lỗ xốp

Màng trùng hợp ghép bề mặt

Màng nền

Hình. 1.11. 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

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

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 …[16, 25, 33]. 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

hơ

kiện tiến hành trùng hợp.

Mục tiêu nghiên cứu

1.4.

Q uy

Nội dung của luận văn tập trung vào việc nghiên cứu khả năng tách loại thuốc nhuộm trong dung dịch nước bằng phương pháp lọc màng và đánh giá khả năng

giảm fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng. Các loại màng lọc được

Kè

sử dụng là các màng thương mại Filmtech TW30 (Mỹ) và màng SAEHAN (Hàn

ạy

Quốc), quá trình tách được tiến hành trên các thiết bị lọc liên tục và lọc gián đoạn.

Việc biến tính bề mặt màng lọc được thực hiện bằng kỹ thuật trùng hợp ghép quang fouling cho màng.

m /+

hoá dưới bức xạ tử ngoại cường độ thấp, nhằm làm tăng năng suất lọc và giảm

Các nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như

nồng độ thuốc nhuộm, loại thuốc nhuộm, áp lực dòng vào, mức độ cô đặc dung dịch

đến tính năng lọc tách thuốc nhuộm của màng. Khả năng giảm fouling cho màng

được đánh giá qua mức độ phục hồi năng suất lọc bằng phương pháp rửa với các tác

nhân rửa khác nhau, cũng như sự tăng năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng sau khi được biến tính bề mặt so với màng ban đầu.

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Q uy

CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Kè

2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

Mục đích sử dụng

Ghi chú

Thuốc nhuộm trực tiếp

Pha dung dịch tách

Trung Quốc

Blue MERF

Pha dung dịch tách

Trung Quốc

m /+

Hóa chất

STT

ạy

2.1.1 Hóa chất

Pha dung dịch tách

Trung Quốc

Pha dung dịch tách

Trung Quốc

Red 3BF

Yellow 3GF

Thuốc nhuộm phân tán

Yellow E3G

Axit acrylic, C3H4O2

Monome

98.5%, Trung Quốc

Axit malelic

Monome

99.9%, Nhật

Pha dung dịch ngâm 5

Natri hydroxit

thử độ bền màng

Nước cất

Pha hóa chất

Dung dịch HCl 36.5%

Pha dung dịch ngâm

> 96%, Trung Quốc Trung Quốc

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

thử độ bền màng Màng lọc TW30

Màng nền

Filmtech, Mỹ

Màng lọc CMS®

Màng nền

SAEHAN, Hàn quốc

Natri triphotphat

Pha dung dịch rửa

Trung Quốc

Axit xitric

Pha dung dịch rửa

Trung Quốc

Q uy

hơ

Mục đích sử dụng

Kè

Dụng cụ và thiết bị

STT

Bình nén khí Nitơ

Bình nón, phễu thủy tinh

Cân kỹ thuật

Cân phân tích

Cốc thủy tinh

Cuvet thủy tinh

m /+

ạy

Đĩa petri

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị

Tạo chênh lệch áp suất tách Lọc sơ bộ dung dịch thuốc nhuộm thực trước khi tách Cân hóa chất Cân khối lượng màng trước và sau biến tính Đựng dung dịch, rửa màng,… Đo màu xác định hàm lượng thuốc nhuộm Đựng màng Khuấy dung dịch trong quá trình tách, giảm phân cực nồng độ Đựng mẫu dung dịch thuốc nhuộm Đo thể tích dịch lọc Lấy mẫu, lấy dung dịch

Máy khuấy

9 10 11

Ống nghiệm Ống đong Pipet

Thiết bị lọc màng gián đoạn Đánh giá tính chất tách của màng (Osmonic, USA) trước và sau biến tính

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Biến tính bề mặt màng Quan sát hình thái cấu trúc bề mặt vật liệu màng

Đo độ hấp thụ quang của dung dịch thuốc nhuộm

Xác định nhóm chức trên bề mặt vật liệu màng

hơ

Thiết bị đo quang (Shimazu, Nhật) Thiết bị chiếu bức xạ tử ngoại (tự lắp đặt) Thiết bị chụp hiển vi điện tử quét, SEM (Hitachi S4800, Japan) Thiết bị chụp phổ hồng ngoại phản xạ, FTIR-ATR (GX-PerkinElmer, USA) Thiết bị chụp hiển vi lực nguyên tử AFM, Pico Plus 2500.

Thiết bị lọc màng liên tục (tự lắp Lọc tách thuốc nhuộm trong dung đặt) dịch

Quan sát hình thái cấu trúc bề mặt vật liệu màng

Q uy

Kè

*) Sơ đồ nguyên tắc của thiết bị lọc màng liên tục (tự lắp đặt):

Áp kế

Bơm

Module màng lọc

m /+

ạy

a) Sơ đồ thiết bị

Dịch lưu giữ

Dịch tuần hoàn Dung dịch đầu

Dịch lọc

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị lọc màng liên tục tự lắp đặt b) Nguyên tắc làm việc: Sau khi dung dịch thuốc nhuộm được nạp vào bình chứa, bơm dung dịch qua module màng ở áp suất và lưu lượng dòng xác định. Thu phần dịch lọc thấm qua màng hoặc cho quay vòng trở lại bình chứa, phần dung dịch lưu

Q uy

hơ

giữ bởi màng có thể lấy ra hoặc cũng được trộn trở lại với dung dịch đầu.

*) Sơ đồ và nguyên tắc làm việc của thiết bị lọc màng gián đoạn:

m /+

ạy

Kè

a) Sơ đồ thiết bị:

Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị thử màng lọc phòng thí nghiệm Chú thích:

1 – Bình nén khí

4- Tấm đỡ xốp kim loại

2 – Van điều chỉnh áp suất

5- Lối ra của dịch lọc

3 – Bình chứa dung dịch cần lọc

6- Máy khuấy từ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

b) Nguyên tắc làm việc: Màng được đặt lên tấm đỡ kim loại xốp (4) rồi đặt vào đáy của bình chứa dung dịch tách. Nạp dung dịch cần tách vào bình, lắp kín hệ thống, điều chỉnh áp suất tách thích hợp bằng van điều chỉnh (2). Dưới tác động của khí nén, dung dịch trong bình được nén qua màng và dịch lọc đi ra ngoài qua ống (5). Dung dịch lưu giữ được giữ lại trong bình chứa.

2.2.1. Đánh giá khả năng tách thuốc nhuộm của màng

hơ

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

Q uy

Tính chất tách của màng được đánh giá qua màu của dịch lọc (hoặc độ lưu giữ hoặc hiệu suất lọc) và năng suất lọc với các nồng độ khác nhau của dung dịch thuốc

(2.1)

C0 = Nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch ban đầu (mppm)

m /+

Trong đó:

C0  C 100% C0

ạy

R

Kè

của màng được xác định bởi công thức:

nhuộm cũng như mức độ cô đặc dung dịch so với dung dịch ban đầu. Độ lưu giữ

C = Nồng độ thuốc nhuộm trong dịch lọc (mppm)

Với thuốc nhuộm phân tán, khả năng tách của màng được đánh giá qua độ

trong và màu của dịch lọc.

Năng suất lọc của màng được xác định bằng cách đo thể tích dịch lọc vận

chuyển qua màng trong một khoảng thời gian tại áp suất xác định, sau đó áp dụng

công thức:

J

Trong đó:

V S  t  

hoặc J 

V S t

(2.2) [L/m2.h.bar] hoặc [L/m2.h]

V = Thể tích dịch lọc [L hoặc mL]. S = Diện tích bề mặt làm việc của màng [m2 hoặc cm2]. t = Thời gian lọc [h hoặc phút] P = Áp suất tách [bar]

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian Độ giảm năng suất lọc theo thời gian là một chỉ tiêu khá quan trọng trong các quá trình lọc màng, cho phép đánh giá mức độ cũng như khả năng tắc màng sau một thời gian lọc. Độ giảm năng suất lọc càng nhỏ, màng càng sử dụng được lâu (ít bị tắc hơn), lọc được nhiều dung dịch hơn, chu kỳ rửa màng dài hơn, tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình lọc. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành xác định độ giảm năng suất lọc bằng phương pháp đo thể tích dịch lọc theo thời gian, cứ

hơ

sau mỗi 5 phút lại ghi thể tích dịch lọc một lần. Sau đó áp dụng công thức (2.2) để

tính năng suất lọc tại thời điểm tương ứng.

Q uy

2.2.3. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường pH khác nhau Màng được ngâm trong các dung dịch có pH khác nhau (từ 2 đến 10) trong 30

phút, sau đó tiến hành đánh giá các thông số năng suất lọc và độ lưu giữ của màng

Kè

sau khi ngâm so với năng suất lọc và độ lưu giữ của màng ban đầu.

ạy

2.2.4. Đánh giá khả năng phục hồi năng suất lọc bằng phương pháp rửa Màng sau khi lọc được rửa lần lượt bằng nước cất và các dung dịch rửa Na5P3O10

m /+

2%, axit xitric 2%, sau mỗi lần rửa đo độ thấm nước của màng. Khả năng phục hồi năng suất lọc của màng được xác định bằng cách so sánh độ thấm nước của màng

trước và sau khi rửa.

2.2.5. Biến tính bề mặt màng lọc

Bề mặt màng được biến tính bằng phương pháp trùng hợp ghép dưới bức xạ tử

ngoại. Các dung dịch monome được sử dụng trong quá trình trùng hợp bao gồm axit

acrylic và axit maleic. Ảnh hưởng của thời gian và phương thức tiến hành trùng hợp đến tính năng tách của màng được đánh giá qua các thông số: Khả năng lưu giữ (tách) thuốc nhuộm, năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng trong quá trình tách.  Chiếu bức xạ tử ngoại

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trực tiếp trong những khoảng thời gian xác định, để màng ở nhiệt độ phòng sau khoảng 24 tiếng đồng hồ và tiến hành đánh giá khả năng tách của màng.  Trùng hợp ghép song song: Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trong điều kiện xác định, sau đó ngâm trong các dung dịch monome đồng thời chiếu bức xạ tử ngoại trong những khoảng thời gian khác nhau, sấy khô màng và giữ màng ở nhiệt độ phòng sau khoảng 24

hơ

tiếng đồng hồ tiến hành đánh giá khả năng tách của màng.  Trùng hợp ghép nối tiếp:

Q uy

Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trong điều kiện xác định, sau đó ngâm màng trong các dung dịch monome ở các khoảng thời gian khác nhau, sấy khô

màng và giữ màng ở nhiệt độ phòng, sau khoảng 24 tiếng đồng hồ tiến hành đánh

Kè

giá khả năng tách của màng.

Các thí nghiệm thử màng thực hiện ở áp suất 25bar, diện tích màng lọc là

ạy

1.32×10–3 m2, nồng độ dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF 30ppm.

2.2.6. Xác định lượng polyme được trùng hợp ghép lên bề mặt màng

m /+

Lượng polyme trùng hợp ghép lên màng ảnh hưởng đến mức độ chặt khít của bề mặt màng sau khi biến tính. Lượng polyme ghép càng nhiều, bề mặt màng sẽ

càng chặt khít. Lượng polyme trùng hợp ghép được xác định bằng chênh lệch khối

lượng màng trước và sau khi trùng hợp trên một đơn vị diện tích bề mặt màng:

Trong đó:

G = (mb – ma )/A

(mg/cm2) (2.3)

mb = Khối lượng màng trước khi biến tính (mg) ma = Khối lượng màng sau khi biến tính (mg) A = Diện tích bề mặt màng (cm2)

2.2.7. Xác định lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng trong quá trình lọc Lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng là nguyên nhân gây ra độ giảm năng suất lọc của màng theo thời gian. Màng hấp phụ ít thuốc nhuộm hơn sẽ có tốc độ giảm năng suất lọc chậm hơn. Do đó, đây cũng là một thông số quan trọng để đánh giá tính chất lọc của màng.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng được xác định bằng cách so sánh khối lượng của màng trước và sau khi lọc (màng được rửa sạch bằng nước cất và sấy nhẹ đến khô hoàn toàn rồi đem cân khối lượng trên cân phân tích) : (mg/cm2) (2.4)

P = (m0 – m1 )/A Trong đó:

m0 = Khối lượng màng trước khi lọc (mg) m1 = Khối lượng màng sau khi lọc (mg) A = Diện tích bề mặt màng (cm2)

hơ

2.2.8. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất bề mặt màng

Cấu trúc hình thái của bề mặt màng được quan sát qua các ảnh chụp hiển vi điện

tử quét (SEM) và ảnh chụp hiển vi lực nguyên tử (AFM) với các độ khuếch đại

Q uy

khác nhau.

Để xác định các nhóm chức mới xuất hiện trên bề mặt màng sau khi trùng hợp bề

mặt, sử dụng thiết bị đo phổ hồng ngoại phản xạ ngoài FTIR-ATR, với độ phân giải

m /+

ạy

Kè

4 cm-1, góc quét phổ 300.

Q uy

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

Kè

3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch

ạy

3.1.1. Xác định bước sóng hấp thụ cực đại của các dung dịch thuốc nhuộm

Chuẩn bị các dung dịch thuốc nhuộm hòa tan (Red 3BF, Blue MERF, Yellow

m /+

3GF) nồng độ 10 ppm, đo mật độ quang của các dung dịch tại các bước sóng khác nhau trong khoảng từ 300 đến 650 nm, xác định được bước sóng hấp thụ cực đại

của từng loại dung dịch thuốc nhuộm. Kết quả thực nghiệm cho thấy: Dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF hấp thụ cực đại tại bước sóng 540 nm

Dung dịch thuốc nhuộm Blue MERF hấp thụ cực đại tại bước sóng 610nm

Dung dịch thuốc nhuộm Yellow 3GF hấp thụ cực đại tại bước sóng 400nm

oo -

3.1.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch * Thuốc nhuộm Red 3BF: Chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF có nồng độ 500 ppm pha trong nước cất. Lần lượt định mức pha dãy dung dịch có nồng độ từ 5 đến 180 ppm, lắc đều. Đo độ mật độ quang của dung dịch tại bước sóng hấp thụ cực đại. Dựng đường

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm Red 3BF trong

Q uy

hơ

dung dịch (Hình 3.1)

Hình 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Red 3BF

Kè

* Thuốc nhuộm Blue MERF:

Chuẩn bị dãy dung dịch thuốc nhuộm BlueMERF có nồng độ từ 10 đến 200

ạy

ppm, lắc đều. Đo mật độ quang của dung dịch tại bước sóng hấp thụ cực đại. Dựng

m /+

dịch (Hình 3.2)

đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm trong dung

Hình 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Blue MERF * Thuốc nhuộm Yellow 3GF:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Chuẩn bị dãy dung dịch thuốc nhuộm Yellow 3GF có nồng độ từ 5 đến 185 ppm, lắc đều. Đo độ mật độ quang của dung dịch tại bước sóng hấp thụ cực đại. Dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm

Q uy

hơ

Yellow 3GF trong dung dịch (Hình 3.3).

Kè

Hình 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Yellow 3GF 3.2. Khả năng tách loại thuốc nhuộm của màng ở các điều kiện khác nhau

ạy

3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch

m /+

Trong thí nghiệm này, các dung dịch thuốc nhuộm được lọc qua module màng Filmtech TW30 ở áp suất dòng vào xác định. Dung dịch thuốc nhuộm Red

3BF, Blue MERF, Yellow 3GF được pha lần lượt ở các nồng độ 30ppm, 50ppm,

100ppm, 200 ppm và 300ppm. Tiến hành lọc qua màng các dung dịch thuốc nhuộm

trên thiết bị lọc liên tục và kiểm tra lưu lượng dòng dịch lọc, 5 phút một lần trong

60 phút. Kết quả thực nghiệm được đưa ra trong Hình 3.4 và Bảng 3.1

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thuốc nhuộm đến năng suất lọc: Red

Q uy

3BF (JR), Blue MERF (JB) và Yellow 3GF(JV) Kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc qua màng khá ổn định và có xu

hướng giảm dần khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch ban đầu tăng. Ở cùng

Kè

điều kiện, trong 3 loại thuốc nhuộm, dung dịch Blue MERF cho năng suất lọc thấp

ạy

nhất, dung dịch Yellow 3GF cho năng suất lọc cao nhất. Sự giảm năng suất lọc khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch tăng lên là do sự phân cực nồng độ giữa hai

m /+

phía màng và một phần do sự hấp phụ của thuốc nhuộm lên màng trong quá trình tách, làm tăng trở lực chuyển khối qua màng. Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy,

trong tất cả các thí nghiệm, dịch lọc thu được đều không có màu. Điều đó có nghĩa là trong vùng nồng độ khảo sát, màng có khả năng lưu giữ được gần như hoàn toàn

thuốc nhuộm trong dung dịch.

Bảng 3.1. Năng suất lọc của màng với ba loại dd thuốc nhuộm

C (ppm)

J Red (JR)

J Yellow (JV)

Jblue (JB)

4.480

6.721

4.369

4.395

6.592

4.087

100

4.219

6.329

3.818

200

4.009

6.014

3.555

300

3.932

5.899

3.290

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hiệu suất lọc %

99.9

Màu dịch lọc

Không màu

(J = l/h.m2) 3.2.2. Ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch Trong thí nghiệm này, dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF được pha ở các nồng độ ban đầu 30ppm, 50ppm, 100 ppm, 200ppm và 300ppm, tiến hành lọc qua màng

ở áp suất dòng vào xác định. Sau 60 phút khi dòng ổn định, bắt đầu thu riêng các

hơ

phân đoạn dịch thấm qua theo các tỷ lệ thể tích: 10%; 20%; 30%; 40%; 50%; 60%;

70%; 80%; 90% so với tổng thể tích dung dịch ban đầu. Đo năng suất lọc của dịch

Q uy

thấm qua màng theo từng phân đoạn. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi mức độ cô đặc dung dịch tăng gấp nhiều lần, khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng vẫn

được duy trì tốt (dịch lọc thu được không màu).

Kè

Kết quả xác định năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo thời gian (Hình

ạy

3.5) cho thấy, trong vùng nồng độ khảo sát, năng suất lọc giảm dần khi mức độ cô đặc tăng, tuy nhiên độ giảm năng suất lọc nói chung không lớn lắm (khoảng từ 3

m /+

đến 5%). Ở các nồng độ ban đầu 30ppm, 50ppm năng suất lọc giảm nhẹ hơn so với các nồng độ 200ppm và 300ppm. Khi nâng nồng độ dung dịch thuốc nhuộm lên

1000 ppm, năng suất lọc của dung dịch theo mức độ cô đặc dung dịch giảm mạnh

(từ 10 đến 50 %) (Hình 3.6), nhưng khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng vẫn

được duy trì tốt

Q uy

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.5. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc dung dịch

m /+

ạy

Kè

thuốc nhuộm Red 3BF có nồng độ ban đầu khác nhau

Hình 3.6. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc của dung dịch thuốc nhuộm Blue MERF có nồng độ ban đầu 1000 ppm

3.2.3. Ảnh hưởng của áp suất dòng qua module màng Trong thí nghiệm này, các dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3FG nồng độ 100 ppm được bơm qua module màng với các áp suất

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

dòng vào khác nhau. Sau 60 phút khi dòng ổn định, đo năng suất dịch lọc và các kết

Q uy

hơ

quả thực nghiệm được đưa ra ở Hình 3.7.

Kè

Hình 3.7. Ảnh hưởng của áp suất dòng vào đến năng suất lọc Kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc của màng tăng khá mạnh theo áp

ạy

suất dòng qua module, ví dụ, khi áp suất dòng qua module tăng từ 0.5 bar đến 2.5

bar thì năng suất lọc tăng khoảng 2.5 lần, trong khi màng vẫn có thể lưu giữ được

m /+

gần như hoàn toàn thuốc nhuộm trong dung dịch. Trên thiết bị lọc màng tự lắp đặt, do công suất của máy bơm nhỏ nên chúng tôi không khảo sát được ở các áp suất

dòng vào cao hơn.

Thực tế, các loại màng lọc thương mại chế tạo dùng cho lọc nano và thẩm thấu

ngược có thể làm việc được ở áp suất khá cao. Màng thương mại Filmtech TW30

dùng cho lọc nano có thể làm việc được ở áp lực nén qua màng tối đa khoảng 20

bar. Do đó, trong các hệ thống dùng cho lọc công nghiệp, thường sử dụng các loại bơm cao áp để bơm và nén dung dịch qua màng ở áp lực cao để thu được lưu lượng dòng dịch lọc qua màng lớn. 3.2.4. Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm Trong thí nghiệm này, các dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3GF và dung dịch thuốc nhuộm phân tán Yellow E3G được pha với các nồng độ khác nhau: 50 ppm (1), 100 ppm (2), 200 ppm (3) và được lọc qua màng ở áp lực dòng qua

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

module xác định trên thiết bị liên tục. Kết quả thực nghiệm cho thấy, màng có khả năng lưu giữ tốt đối với cả hai loại thuốc nhuộm, dịch lọc thu được trong và không

hơ

màu (Hình 3.8, Hình 3.9).

Hình 3.9. Màu của dung dịch thuốc

nhuộm trực tiếp Yellow 3FG và dịch

nhuộm phân tán Yellow E3G và dịch

lọc qua màng

m /+

ạy

Kè

Q uy

Hình 3.8. Màu của dung dịch thuốc

Hình 3.10. So sánh năng suất lọc đối với các dung dịch thuốc nhuộm khác nhau: trực tiếp Yellow3GF (DR) và phân tán Yellow E3G (DS) Kết quả đo và so sánh năng suất lọc của màng với các loại dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp và phân tán được đưa ra ở Hình 3.10 cho thấy, với các dung dịch

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

thuốc nhuộm có nồng độ thấp (50 ppm) năng suất lọc của màng đối với hai loại dung dịch thuốc nhuộm không khác nhau nhiều, nhưng với các dung dịch nồng độ cao năng suất lọc của màng đối với dung dịch thuốc nhuộm phân tán thấp hơn khá nhiều so với dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp ở cùng nồng độ (200ppm, 300ppm). Độ giảm năng suất lọc đối với dung dịch thuốc nhuộm phân tán cũng lớn hơn so với dung dịch thuốc nhuộm tan. Kết quả so sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch đối với hai loại dung dịch

hơ

thuốc nhuộm được đưa ra ở Hình 3.11 (dung dịch có nồng độ ban đầu 100 ppm được lọc qua màng ở áp suất xác định trên thiết bị lọc liên tục). Sau 60 phút khi dòng ổn

định, bắt đầu thu riêng các phân đoạn dịch thấm qua theo các tỷ lệ thể tích: 10%;

Q uy

20%; 30%; 40%; 50%; 60%; 70%; 80%; 90% so với thể tích dung dịch thuốc nhuộm ban đầu. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi dung dịch được cô đặc đến 90%, năng

suất lọc của màng đối với dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp giảm nhẹ, trong khi với

Kè

dung dịch thuốc nhuộm phân tán, năng suất lọc giảm khá mạnh. Điều đó có nghĩa là

ạy

khả năng gây tắc màng (fouling) của thuốc nhuộm phân tán cao hơn so với thuốc

m /+

nhuộm trực tiếp ở cùng nồng độ và cùng các điều kiện thực hiện quá trình tách.

Hình 3.11. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc các dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp (DR) và phân tán (DS)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3.2.5. So sánh khả năng lọc thuốc nhuộm của một số loại màng khác nhau Hiện nay trên thị trường có một số loại màng lọc thương mại của các hãng khác nhau. Chúng tôi đã tiến hành so sánh khả năng lọc tách thuốc nhuộm của hai loại màng Filmtech TW-30 (Mỹ) và Saehan CSM (Hàn Quốc) trong cùng các điều kiện tách như nhau. Dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3GF ở các nồng độ 50ppm, 100ppm được tách qua màng trên thiết bị lọc liên tục tại áp lực dòng qua

hơ

module xác định.

J100 CSM®

5.436

5.096

4.505

4.467

5.436

5.096

4.499

4.461

5.430

5.091

4.494

4.460

5.427

5.084

4.491

4.452

5.076

4.482

4.446

5.415

5.067

4.476

4.438

5.407

5.055

4.469

4.431

5.397

5.045

4.461

4.421

5.384

5.028

4.451

4.406

99.9

Màu dịch lọc

Không Màu

m /+

5.421

70 80

Hiệu suất lọc %

J50 TW30

J100 TW30

Kè

ạy

(%)

J50 CSM®

Mức độ cô đặc

Q uy

Bảng 3.2. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch thuốc nhuộm

Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng lọc tách thuốc nhuộm của các loại màng này là tương đương nhau, năng suất lọc của màng Saehan CSM cao hơn một chút so với màng Filmtech TW30, trong khi khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của hai loại màng là như nhau (dịch lọc trong và không màu).

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.12. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch

Q uy

đến năng suất lọc của hai loại màng

Kết quả so sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch thuốc nhuộm đối với

Kè

hai loại màng được đưa ra ở Hình 3.12 và Bảng 3.2 cho thấy, tính năng tách của cả

ạy

hai loại màng vẫn được duy trì tốt khi dung dịch được cô đặc nhiều lần.

3.2.6. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường có pH khác nhau

m /+

Để đánh giá ảnh hưởng của pH, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm như sau: màng Filmtech TW30 được cắt thành các tấm vừa với kích thước của thiết bị lọc

gián đoạn và được ngâm 30 phút trong các dung dịch có pH từ 2 đến 10, sau đó

màng được rửa sạch và dùng để lọc dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ

30ppm trên thiết bị lọc gián đoạn. Kết quả thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của pH

đến tính năng tách của màng sau khi ngâm trong các dung dịch có pH khác nhau

được đưa ra ở Bảng 3.3 và Hình 3.13, 3.14 cho thấy, trong khoảng pH từ 5 đến 8, tính năng tách của màng không bị ảnh hưởng nhiều. Trong khoảng pH nhỏ hơn 5 và lớn hơn 8, năng suất lọc của màng tăng lên nhưng khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng suy giảm so với màng ban đầu. Ảnh chụp SEM (Hình 3.15) cho thấy bề mặt màng đã bị ảnh hưởng bởi các môi trường quá axit hoặc quá kiềm, trong đó môi trường axit có tác động mạnh hơn so với môi trường kiềm.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Bảng 3.3. Năng suất lọc và hiệu suất lọc thuốc nhuộm của màng sau khi ngâm màng trong các môi trường có pH khác nhau pH = 5 pH =6

pH =7

pH =8 pH =9 pH=10

1.026

0.978

0.830

0.620

0.598

0.590

0.638

0.996

1.033

0.696

0.672

0.601

0.478

0.460

0.457

0.572

0.756

0.720

0.579

0.563

0.514

0.416

0.408

0.406

0.498

0.610

0.596

0.517

0.505

0.468

0.384

0.379

0.377

0.451

0.548

0.530

0.478

0.468

0.439

0.371

0.360

0.358

0.429

0.519

0.488

0.451

0.443

0.418

0.350

0.347

0.345

0.404

0.472

0.459

0.430

0.424

0.402

0.340

0.337

0.336

0.448

0.438

0.415

0.409

0.393

0.332

0.403

0.398

0.377

0.326

0.404

0.401

0.378

0.321

0.389

0.381

0.364

0.370

0.372

0.354

Hiệu suất lọc %

88.240

86.437

91.040

0.346

0.329

0.328

0.385

0.431

0.421

0.323

0.322

0.365

0.413

0.409

0.318

0.317

0.372

0.405

0.402

0.316

0.314

0.313

0.368

0.397

0.390

0.312

0.311

0.310

0.365

0.386

94.655

95.328

95.860 93.337 91.970 90.111

m /+

ạy

Kè

pH = 4

hơ

pH = 3

Q uy

t(phút) pH = 2

Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến sự thay đổi tính năng tách của màng

Q uy

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Kè

Hình 3.14. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng

ạy

sau khi ngâm trong các môi trường có pH khác nhau

m /+

dung dịch có pH khác nhau

Hình 3.15 là ảnh chụp SEM bề mặt màng trước và sau khi ngâm trong các

Hình 3.15. Ảnh chụp SEM bề mặt màng ban đầu (trái) và sau khi ngâm trong các môi trường pH 10 (gi a) và pH

1 (phải)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3.2.7. Kết quả tách thuốc nhuộm trên một số mẫu nước thải nhuộm thực tế Chúng tôi đã tiến hành khảo sát khả năng tách thuốc nhuộm dư trong một số mẫu nước thải nhuộm thực tế bằng phương pháp lọc màng, sử dụng màng lọc Filmtech TW30. Các mẫu nước thải nhuộm được lấy ở xưởng nhuộm tư nhân tại Hoài Đức, Hà nội. Khi kiểm tra pH của các mẫu nước thải thực tế, các kết quả đo đều cho giá trị

pH ban đầu lớn hơn 9 và có mùi rất khó chịu. Trước khi lọc qua màng, các mẫu

hơ

dung dịch được điều chỉnh về pH trung tính. Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS)

trong các mẫu dung dịch nước thải nhuộm ban đầu nằm trong trong khoảng 70 -100,

Q uy

sau khi lọc giá trị TSS đạt gần về 0.

Kết quả so sánh trực quan màu của các dung dịch nước thải nhuộm trước và

sau khi lọc qua màng được đưa ra ở Hình 3.16. Tính chất các mẫu nước thải trước

Kè

và sau xử lý đưa ra ở Bảng 3.4 cho thấy, các mẫu nước thải nhuộm sau khi lọc qua màng đều đạt chất lượng tốt về tiêu chuẩn dòng thải đối với các chỉ tiêu về màu sắc

ạy

và các thông số COD, BOD, chất rắn lơ lửng. Mặt khác, dịch lọc thu được có thể

được quay vòng lại dùng làm nước cấp cho quá trình nhuộm, dịch thuốc nhuộm lưu

m /+

giữ được thu gom và xử lý tập trung hoặc tái sử dụng lại.

Mẫu 1

Mẫu 2

Hình 3.16. So sánh màu sắc và độ trong của một số mẫu nước thải nhuộm thực tế trước và sau khi lọc qua màng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Bảng 3.4. Tính chất các mẫu nước thải nhuộm trước và sau khi lọc qua màng

nƣớc

COD (mppm)

BOD (mppm)

Màu sắc, độ trong (trực quan)

thải Trƣớc

Trƣớc

lọc

3681

100

120

2017

100

1684

150

Sẫm màu,

màu, trong

Màu đỏ

Không

màu, trong

Q uy

sậm, đục

Đen, đục

Không màu, trong

m /+

ạy

Kè

Không

hơ

đục

Sau lọc

Mẫu

Hình 3.17. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc dung dịch các mẫu nước thải thực tế Kết quả thực nghiệm cho thấy, các giá trị COD và BOD của các mẫu nước

thải đều giảm mạnh (từ 95 đến 97 %) sau khi lọc qua màng, dịch lọc thu được trong và không có màu. Kết quả kiểm tra và so sánh năng suất lọc (Hình 3.17) cho thấy mẫu 1 và mẫu 2 có năng suất lọc tương đương nhau, mẫu 3 cho năng suất lọc thấp hơn so với các mẫu 1 và 2.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3.3. Khả năng giảm fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng 3.3.1. Làm sạch màng bằng phương pháp rửa Trong quá trình lọc dung dịch thuốc nhuộm qua màng, năng suất lọc của màng thường giảm dần theo thời gian lọc. Hiện tượng giảm năng suất lọc của màng theo thời gian (fouling) là do sự tích tụ hoặc sự hấp phụ của chất bị lưu giữ ở trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng. Để phục hồi năng suất lọc cho màng có thể dùng

phương pháp rửa màng định kỳ.

hơ

Chúng tôi đã khảo sát khả năng làm sạch màng bằng phương pháp rửa với một

số tác nhân rửa khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành như sau: Màng ban đầu được

Q uy

kiểm tra lưu lượng dòng nước tinh khiết qua màng (J w0) ở áp suất xác định. Tiếp theo tiến hành lọc tách dung dịch thuốc nhuộm qua màng. Sau khi thực hiện quá

trình tách dung dịch thuốc nhuộm, rửa màng bằng nước tinh khiết trong 1 giờ đồng

Kè

hồ ở áp lực dòng vào xác định, đo lưu lượng nước qua màng sau khi rửa (J w1). Tiếp

ạy

tục rửa màng với các tác nhân rửa là dung dịch Na5P3O10 nồng độ 2 % và dung dịch axit xitric nồng độ 2 % ở điều kiện áp suất tương tự, đo lưu lượng dòng nước qua

m /+

màng sau khi rửa, thu được các giá trị lưu lượng dòng tương ứng (Jw2 và Jw3).

Hình 3.18. Khả năng làm sạch màng bằng phương pháp rửa với các tác nhân rửa khác nhau: nước (Jw1), Na5P3O10 (Jw2) và axit xitric (Jw3)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Kết quả thực nghiệm (Hình 3.18) cho thấy, năng suất lọc của màng được phục hồi khoảng 94.6 % so với màng ban đầu sau khi rửa bằng nước tinh khiết, phục hồi 96.6 % sau khi rửa bằng Na5P3O10 và đạt 98.7 % sau khi tiếp tục rửa bằng axit xitric. Điều đó chứng tỏ, màng có khả năng được làm sạch và tái sử dụng tốt bằng phương pháp rửa với các tác nhân rửa trên.

hơ

3.3.2.1. Tác động bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng

3.3.2. Biến tính bề mặt màng

Trong thí nghiệm này, bề mặt màng FilmtechTW30 được chiếu bức xạ tử

Q uy

ngoại với cường độ 30W và 60W trong các khoảng thời gian khác nhau, khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt màng là 20 cm. Sau đó, màng được kiểm tra tính

năng tách với dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ 30 ppm trên thiết bị lọc

Kè

gián đoạn ở áp suất xác định. Kết quả thực nghiệm (Hình 3.19. 3.20 và Bảng 3.5)

ạy

cho thấy, sau khi tác động bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng, khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng được duy trì tốt trong khi năng suất lọc của màng tăng mạnh so

m /+

với màng nền ban đầu. Tốc độ giảm năng suất lọc của màng chậm hơn và có xu

hướng trở nên ổn định khi thời gian lọc kéo dài.

Hình 3.19. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng khi bề mặt màng được tác động bởi bức xạ tử ngoại trong các điều kiện khác nhau

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Bảng 3.5. Hiệu suất lọc và năng suất lọc của màng sau khi chiếu bức xạ tử ngoại J, 30w,

J, 30w,

J, 60w,

nền

1phút

2 phút

3 phút

1phút

2 phút

3 phút

0.590

0.886

0.849

0.775

0.701

0.904

0.457

0.877

0.838

0.747

0.683

0.677

0.867

0.406

0.860

0.829

0.747

0.670

0.662

0.843

0.377

0.857

0.823

0.745

0.661

0.650

0.825

0.359

0.855

0.819

0.743

0.654

0.345

0.852

0.815

0.740

0.336

0.850

0.812

0.328

0.848

0.323

0.811

0.648

0.634

0.800

0.735

0.644

0.628

0.791

0.809

0.733

0.640

0.624

0.784

0.847

0.807

0.719

0.636

0.778

0.317

0.845

0.805

0.728

0.6336

0.616

0.773

0.313

0.844

0.803

0.726

0.630

0.612

0.769

0.310

0.843

0.724

0.628

0.610

0.764

91.070

97.0948

85.427

77.097

Q uy

Kè

ạy 0.802

88.568

84.422

m /+

Hiệu suất 95.860 lọc % J (l/m2.h.bar)

hơ

0.641

Màng

t(phút)

Hình 3.20. Ảnh hưởng của chiếu bức xạ đến tính năng tách của màng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

572.8

697.6 717.3

501.8

408.4

441.5

633.9 664.2

877.5 839.9 857.5 967.9

738.6

1590.5

1463.0

1112.3 1078.0 1014.3

2402.6

2588.9

0.2

1959.0

1751.1

2971.5

0.3

2101.9

0.4

2281.8

3554.1

Absorbance

0.5

3067.3

0.6

1508.0

0.7

1328.5

1298.4 1257.3

1156.9 1175.7

0.8

-0.1 4000

3500

3000

2500

2000

Wavenumbers (cm-1)

1000

500

Q uy

Number of sample scans: 64 Number of background scans: 64 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00

1500

-0.0

hơ

0.1

Hình 3.21. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng trước (dưới) và sau khi chiếu bức xạ

m /+

ạy

Kè

nh 3.21. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng sau khi chiếu bức xạ tử ngoại (60W, 1 phút)

Bề mặt màng trước khi chiếu

Bề mặt màng sau khi chiếu bức xạ tử

bức xạ tử ngoại

ngoại cường độ 60W trong 1 phút.

Hình 3.22. Ảnh chụp AMF bề mặt màng trước và sau khi chiếu bức xạ tử ngoại

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Kết quả thực nghiệm cho thấy, độ giảm năng suất lọc của các màng sau khi chiếu bức xạ tử ngoại thấp hơn nhiều so với màng không có tác động bức xạ tử ngoại (giảm từ 47% đối với màng ban đầu xuống 15% sau khi được chiếu bức xạ). Trong các điều kiện đã khảo sát, màng được tác động bức xạ cường độ 60W trong thời gian 3 phút cho năng suất lọc ban đầu cao nhất, nhưng tốc độ giảm năng suất lọc của màng này lớn hơn so với các màng được chiếu bức xạ cường độ 30W trong thời gian 1 phút và 2 phút. Màng được chiếu bức xạ cường độ 60W trong 1 phút có

hơ

năng suất lọc thấp hơn so với các màng khác, tuy nhiên năng suất lọc của màng này vẫn cao gấp 2 lần so với màng nền ban đầu. Sự tăng năng suất lọc có thể do hai

nguyên nhân: (1) Sự mở rộng nhẹ kích thước lỗ bề mặt màng và (2) sự tăng tính ưa

Q uy

nước của bề mặt sau khi chiếu bức xạ.

Kết quả đo phổ hồng ngoại phản xạ ngoài (Hình 3.21) cho thấy không có sự

thay đổi nhiều về các nhóm chức trên bề mặt màng. Sự tăng nhẹ cường độ tín hiệu

ạy

màng sau khi chiếu bức xạ.

Kè

trong vùng 1250 cm-1 có thể do sự tương tác của oxi trong không khí lên bề mặt

Trong những điều kiện đã khảo sát, có thể thấy màng được tác động bởi bức xạ

m /+

cường độ 60W trong thời gian 1 phút cho kết quả tốt nhất, sau khi chiếu bức xạ ở điều kiện này, năng suất lọc tăng lên rõ rệt so với màng nền trong khi độ lưu giữ của

màng vẫn được duy trì tốt. Do đó, chúng tôi đã chọn điều kiện này để thực hiện

những khảo sát tiếp theo, nhằm nâng cao hơn nữa năng suất lọc và khả năng chống

fouling của màng.

3.3.2.2. Trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng Axit maleic là một axit hữu cơ không no có nối đôi trong phân tử, sự có mặt

của liên kết kép và nhóm chức cacboxylic trong axit maleic là những yếu tố thuận lợi để thực hiện quá trình trùng hợp ghép bề mặt nhằm nâng cao tính ưa nước và giảm mức độ fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng. Chúng tôi đã thực hiện quá trình trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng bằng hai phương pháp khác nhau: Song song và nối tiếp.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

a) Phương pháp song song: Kích thích bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng, sau đó ngâm màng vào dung dịch monome đồng thời chiếu bức xạ tử ngoại. Trong thí nghiệm này, bề mặt màng được kích thích dưới bức xạ tử ngoại 60W trong 1 phút, sau đó ngâm màng vào dung dịch monome axit maleic nồng độ 5% và tiếp tục chiếu bức xạ (60W) trong những khoảng thời gian khác nhau, màng được rửa sạch, sấy khô và tiến hành đánh giá khả năng tách với dung dịch thuốc nhuộm

Red 3BF có nồng độ 30ppm trên thiết bị lọc gián đoạn

J, S,

3 phút

5 phút

1.033

0.886

0.904

1.026

0.871

0.886

1.024

0.870

0.873

0.762

1.020

0.863

0.864

0.757

1.0176

0.857

0.856

0.754

1.010

0.852

0.850

0.336

0.752

1.003

0.845

1 phút

2 phút

0.591

0.775

0.457

0.771

0.406

0.768

0.377

0.358

0.345

0.328

0.750

0.972

0.840

0.323

0.748

0.990

0.836

0.317

0.746

0.985

0.843

0.832

0.313

0.745

0.980

0.841

0.830

0.310

0.744

0.976

0.840

0.827

Hiệu suất lọc % Màu dịch lọc

95.8 Nhạt

97.0 Nhạt

99.9 Không màu

ạy D

m /+

Kè

Màng nền

Q uy

J, S,

t(phút)

J, S,

hơ

Bảng 3.6. Tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép với MA (dd 5%)

J (l/m2.h.bar)

Q uy

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.23. So sánh tính năng lọc của màng nền (J mn) và màng trùng hợp (J,SS)

Kết quả thí nghiệm được đưa ra ở Bảng 3.6 và Hình 3.23 cho thấy, trong

Kè

khoảng thời gian trùng hợp từ 1 đến 5 phút, tính năng tách của màng tăng lên rõ rệt

ạy

so với màng nền ban đầu với sự tăng mạnh của năng suất lọc, trong đó thời gian

trùng hợp 2 phút cho hiệu quả tốt nhất: Năng suất lọc của màng sau khi trùng hợp

m /+

ghép tăng gấp hơn 3 lần so với màng nền trong khi độ lưu giữ vẫn được duy trì tốt (99.9 %). Mặt khác, độ giảm năng suất lọc của các màng được trùng hợp ghép đều

chậm hơn so với màng nền. Có thể giải thích như sau: Sự trùng hợp ghép các

monome axit maleic tạo thành một lớp polyme ghép trên bề mặt làm tăng khả năng

lưu giữ đồng thời làm cho bề mặt màng trở nên ưa nước hơn, do đó năng suất lọc

của màng tăng, đồng thời lớp polyme trùng hợp ghép cũng làm giảm sự hấp phụ

thuốc nhuộm lên trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng, do đó, tốc độ giảm năng suất của màng sẽ chậm hơn. b) Phương pháp nối tiếp: Sau khi chiếu bức xạ tử ngoại lên bề mặt, màng được ngâm (không chiếu bức xạ) trong dung dịch monome. Bề mặt màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại cường độ 60W trong 1 phút, sau đó ngâm màng trong dung dịch monome axit maleic 5% với các khoảng thời gian khác nhau, rửa sạch, sấy khô và tiến hành đánh giá khả năng tách của màng với

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ 30ppm trên thiết bị lọc gián đoạn. Các kết quả thực nghiệm được trình bày trong Bảng 3.7 và Hình 3.24 cho thấy, năng suất lọc của màng sau khi trùng hợp đều cao hơn, độ giảm năng suất lọc chậm hơn và ổn định hơn so với màng nền. Khoảng thời gian trùng hợp trong 3 phút cho kết quả tốt nhất, năng suất lọc tăng gấp khoảng 3-4 lần so với màng nền. Độ lưu giữ của màng sau khi trùng hợp ghép bằng phương pháp nối tiếp trong các điều kiện này là

tương đương so với phương pháp song song.

J, T, 1phút

J, T, 2phút

J, T, 3 phút

Màng nền

1.107

1.070

1.218

0.590

1.052

1.033

1.200

0.457

1.021

1.009

1.187

0.406

1.001

0.992

1.187

0.377

0.991

0.984

1.185

0.358

0.978

0.972

1.183

0.345

0.970

0.965

1.182

0.336

0.964

0.960

1.182

0.328

0.960

0.955

1.179

0.322

0.993

0.952

1.178

0.317

0.953

0.949

1.178

0.313

0.950

0.947

1.177

0.310

Hiệu suất lọc

99.9

99.3

95.8

Không màu

Màu nhạt

Màu dịch lọc

Q uy

ạy

m /+

t(phút)

Kè

hơ

Bảng 3.7. Tính năng tách của màng trùng hợp ghép MA theo phương pháp nối tiếp

Không màu Không màu

J (l/h.bar.m2)

Q uy

hơ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.24. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng nền và

màng đã trùng hợp ghép theo phương pháp nối tiếp

Kè

Kết quả so sánh lượng polyme được trùng hợp ghép lên bề mặt màng theo hai

ạy

phương pháp được đưa ra ở Bảng 3.8

m /+

Bảng 3.8. So sánh lượng polyme được trùng hợp ghép từ axit maleic lên màng Thời gian trùng hợp

(phút)

Phương pháp nối tiếp

2.88

1.97

3.79

2.43

4.70

3.87

5.68

4.77

Phương pháp song song

Lượng polyme ghép lên màng (mg/cm2)

Kết quả so sánh cho thấy, trong cùng điều kiện trùng hợp, lượng polyme trùng hợp ghép lên màng bằng phương pháp song song lớn hơn so với lượng polyme trùng hợp ghép bằng phương pháp nối tiếp. Điều đó chứng tỏ tốc độ trùng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

hợp ghép bằng phương pháp song song lớn hơn tốc độ trùng hợp trong phương pháp nối tiếp. Kết quả so sánh lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng sau khi lọc dung dịch thuốc nhuộm được đưa ra ở Bảng 3.9. Bảng 3.9. So sánh lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng Lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng (mg/cm2) Phương pháp song song

0.30

0.23

Phương pháp nối tiếp

hơ

(phút)

Thời gian trùng hợp

Q uy

0.53 0.38

Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong quá trình lọc lượng thuốc nhuộm bị hấp

Kè

phụ lên màng trùng hợp ghép theo phương pháp song song nhỏ hơn lượng thuốc

ạy

nhuộm bị hấp phụ lên màng trùng hợp ghép theo phương pháp nối tiếp. Sự giảm

lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng không chỉ làm tăng năng suất lọc mà còn

m /+

làm cho độ giảm năng suất lọc của màng theo thời gian chậm hơn.

3.3.2.3. Trùng hợp ghép axit acrylic Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã tiến hành trùng hợp ghép axit acrylic bằng

các phương pháp song song và nối tiếp với các điều kiện trùng hợp tương tự như

khi tiến hành trùng hợp ghép với axit maleic, các kết quả thực nghiệm được so sánh với thí nghiệm trùng hợp ghép axit maleic ở trên.

Với phương pháp trùng hợp song song, kết quả thực nghiệm (Bảng 3.10) cho

thấy, năng suất lọc của màng trùng hợp ghép với axit acrylic thấp hơn so với màng trùng hợp ghép với axit maleic, trong khi độ lưu giữ của các màng là tương đương nhau và đều cao hơn so với màng nền ban đầu. Hình 3.25 là kết quả so sánh năng suất lọc của màng nền ban đầu và các màng sau khi trùng hợp ghép với axit acrylic và axit maleic (5%, 5 phút).

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Bảng 3.10. So sánh gi a các màng trùng hợp axit maleic (MA) và axit acrylic (AA)

J, AA, 1

J, AA,3

J, AA,5

0.775

0.886

0.904

0.590

0.417

0.628

0.828

0.771

0.871

0.886

0.457

0.398

0.768

0.870

0.873

0.406

0.762

0.863

0.864

0.377

0.757

0.857

0.856

0.754

0.852

0.850

0.752

0.845

0.750

0.840

0.748

0.836

0.746

0.843

0.745

0.744

0.813

0.388

0.597

0.797

0.381

0.588

0.789

0.358

0.375

0.581

0.782

0.346

0.370

0.576

0.777

0.845

0.336

0.366

0.571

0.771

0.840

0.328

0.363

0.568

0.769

0.836

0.322

0.360

0.565

0.766

0.832

0.317

0.357

0.561

0.763

0.841

0.830

0.313

0.355

0.559

0.758

0.840

0.827

0.310

0.353

0.557

0.752

99.9

95.86

99.9

Kè

m /+

Q uy

0.610

Hiệu suất 99.9 lọc % J = (l/h.bar.m2)

nền

J, MA,5

hơ

J, MA,3

Màng

J, MA,1

ạy

t(phút)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

hơ

Hình 3.25. So sánh năng suất lọc của màng nền (J,mn) và các màng

trùng hợp ghép axit maleic (J,MA) và axit acrylic (J, AA)

Q uy

Theo phương pháp nối tiếp, kết quả thực nghiệm (Bảng 3.11) cho thấy, năng suất lọc của màng trùng hợp ghép với MA cao hơn so với màng trùng hợp ghép

Kè

AA, khả năng lưu giữ của các màng tương đương nhau và đều cao hơn màng nền.

J, AA, 1

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Hiệu suất lọc %

0.417 0.398 0.388 0.381 0.375 0.370 0.366 0.363 0.360 0.357 0.355 0.353 99.9

oo G

J, AA, 3

J, MA,1

J, MA,3

Nền

0.443 0.406 0.406 0.396 0.387 0.380 0.374 0.369 0.365 0.361 0.358 0.355

1.107 1.052 1.021 1.001 0.991 0.978 0.970 0.964 0.960 0.993 0.953 0.950

1.218 1.200 1.187 1.187 1.185 1.183 1.182 1.181 1.179 1.178 1.178 1.177

0.590 0.457 0.406 0.377 0.358 0.345 0.336 0.328 0.322 0.317 0.313 0.310

99.9

99.3

95.86

m /+

t (phút)

ạy

Bảng 3.11. So sánh tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép AA 5% và MA 5%

Trùng hợp ghép AA

Trùng hợp ghép MA

hơ

Màng nền

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Q uy

Hình 3.26. Ảnh chụp AFM bề mặt màng nền và màng trùng hợp với MA và AA

Kết quả chụp hiển vi lực nguyên tử (Hình 3.26) cho thấy lớp polyme kiểu như

bàn chải (“brush”) đã hình thành trên bề mặt màng sau khi trùng hợp ghép với các

Kè

monome AA và MA. Lớp polyme ghép này đã làm giảm sự hấp phụ của thuốc

ạy

nhuộm lên bề mặt màng, làm tăng độ lưu giữ, nâng cao năng suất lọc đồng thời

giảm mức độ tắc màng (fouling).

m /+

Hình 3.27 và 3.28 là phổ hồng ngoại phản xạ ngoài (FTIR-ATR) bề mặt màng nền và các màng sau khi trùng hợp ghép với các monome axit maleic và axit

acrylic.

Các kết quả đo phổ hồng ngoại phản xạ cho thấy có sự thay đổi khá rõ rệt về

cấu trúc hóa học bề mặt màng sau khi trùng hợp ghép với axit acrylic và axit

maleic. Sự tăng cường độ tín hiệu hấp thụ trong phổ hồng ngoại phản xạ (3000 –

3500 cm-1) và (1700-1750 cm-1) chứng tỏ sự xuất hiện của các nhóm chức hydroxyl và cacbonyl trên bề mặt màng sau khi trùng hợp ghép. Sự có mặt của các nhóm

chức này đã làm tăng thêm tính ưa nước cho bề mặt màng và do đó, năng suất lọc của các màng sau khi trùng hợp ghép tăng mạnh. Các kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng tách của màng cho thấy, sau khi được trùng hợp ghép bề mặt, tính năng tách và khả năng giảm fouling cho màng đã được nâng lên rõ rệt so với màng nền ban đầu.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

639.5 698.6

412.5

545.1

580.9

869.8 1180.0 1115.3 1079.2 1014.8 951.1

0.20

1903.6

3552.2

0.25

1594.2

0.30

790.6

1703.3 3055.1

0.35

Absorbance

1512.9

1746.3

0.40

1287.9

1468.2

0.45

2038.3

0.15 0.10

0.05

3500

3000

2500

hơ

0.00 2000

1500

1000

500

Wavenumbers (cm-1)

Q uy

Number of sample scans: 64 Number of background scans: 64 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00

0.10

465.1

697.3 718.2 634.0

1080.7 1018.7

878.6

1112.7

1157.3

573.9

1305.0 1328.9 1259.4 1207.4

1416.8

1592.4 1907.5

0.05

2083.3

0.15

2405.1

0.20

0.25

Absorbance

0.30

2592.2

0.35

2282.2

3070.3

0.40

2974.2

0.45

1510.4

1754.4

m /+

0.50

ạy

Kè

Hình 3.27.Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền (dưới) và màng trùng hợp ghép với MA

-0.00

-0.05 -0.10

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

Wavenumbers (cm-1)

Number of sample scans: 64 Number of background scans: 64 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00

Hình 3.28. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền (dưới) và màng trùng hợp ghép với AA

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

KẾT LUẬN Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khảo sát các điều kiện tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng. Từ các kết quả thực nghiệm thu được, chúng tôi rút ra một số kết luận chính như sau: 1. Phương pháp lọc màng tỏ ra rất hiệu quả trong việc tách thu hồi thuốc

nhuộm dư trong dòng thải nhuộm. Các loại màng lọc Filmtech TW30 và

hơ

Saehan có khả năng lưu giữ gần như hoàn toàn thuốc nhuộm trong dung

dịch. Dung dịch sau khi lọc qua màng trong và không có màu, các giá trị

Q uy

COD và BOD đều giảm mạnh (từ 95 đến 97%) so với dung dịch ban đầu. Hiệu suất của quá trình tách phụ thuộc vào loại thuốc nhuộm, nồng độ thuốc

nhuộm, pH và áp lực dòng trượt qua màng.

Kè

2. Việc biến tính bề mặt màng bằng phương pháp trùng hợp ghép dưới bức xạ tử ngoại sử dụng các monome là axit maleic và axit acrylic trong điều kiện

ạy

thích hợp đã nâng cao rõ rệt tính năng tách cho màng. Năng suất lọc của

màng tăng từ 2 đến 4 lần, mức độ tắc màng giảm mạnh trong khi khả năng

m /+

lưu giữ thuốc nhuộm của màng vẫn được duy trì tốt. Ngoài ra, khi sử dụng các tác nhân rửa là dung dịch natri triphotphat và dung dịch axit xitric, năng

suất lọc của màng có thể được phục hồi từ 94 đến 98 % .

3. Kết quả chụp hiển vi lực nguyên tử cho thấy sự hình thành lớp polyme ghép

kiểu bàn chải ở trên bề mặt màng, làm giảm sự hấp phụ thuốc nhuộm lên

màng trong quá trình lọc. Phép đo phổ hồng ngoại phản xạ chứng tỏ sự xuất hiện của các nhóm chức chứa ôxi trên bề mặt màng sau khi trùng hợp, làm tăng tính ưa nước cho màng. Do đó, tính năng tách và khả năng giảm fouling của màng được nâng lên rõ rệt so với màng nền.