Tài liệu Bài 2: Chế tạo các loại màng ppt

Kỹ Thuật Màng và Ứng Dụng Bài 2: Ché tạo các loại màng Giảng viên: Nguyễn Minh Tân Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tannm-dce@mail.hut.edu.vn Ph

Kỹ Thuật Màng và Ứng Dụng

Bài 2: Ché tạo các loại màng

Giảng viên: Nguyễn Minh Tân

Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm

Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tannm-dce@mail.hut.edu.vn

Phân loại màng dựa vào xuất xứ và vật liệu chế tạo

Màng selektive Barriere zwischen zwei verschiedenen Phasen

Tổng hợp Sinh học (anthropogen) Màng lipid

THỦ TT TTTÑ DU UTTTN

1J//J11/1111184A

Nhũ tương Hỗ trợ

Dị thể

Phân loại màng dựa vào cấu trúc

Lỗ rỗng kèm theo lớp hoạt động

Đối xứng

Bene

Tiêu chí chọn Iwa polymer lam vat liệu chế tạo màng

- Tiêu chuẩn cấu trúc vĩ mô:

- độ bền nhiệt

- độ bền hóa

- độ bền cơ

- Tiêu chuẩn cấu trúc vi mô:

- độ thắm qua đối với một chất nào đó

Lựa chọn vật liệu chê tạo màng

CHn | “4 _ OF Polydimethylsiloxan

R = -H, -CH3, -CN, -OH, -Cl, -OOCCH3

CH

I

LE ee Polyvinylidenfluorid ke OT,

2

| Polytrimethylsilylpropin

H3C—Si-CH3

r2: Polytetrafluorethylen bts

CHạ ; +{C)-s3, Polyphenylensulfid Lk ScH7n Polyvinyltrimethysilan

O}_ a Polyeth ether (Arylether) CHs

Polyphenylenoxid R

Rí Rạ |

-P—N,

D

Lựa chọn vật liệu chế tạo màng

` UR

" ” ry

OPO are 22

Oo

Polyethersulphone

1

nO, O on

ụ ane Cellulosenitrat

O O Polyamidimid 2 (Celluloid, Collodium)

Tiên lượng dòng thẩm thấu qua lớp màng day

#)

“© 0,6 -———— C,Hụ CạH:„

C;H; ZL CaHis 0,2 Ƒ cH, ———D

Khối lwong Mol [g/mol]

Tính toán dòng thầm thấu qua lớp màng dày

Abb 2.14 Simulation der Absorption/Permeation von n-Heptan (grau) und Benzol (schwarz) an der Phasengrenze einer Polybenzylmethacrylat-Membran (hellgrau) nach 5.8 ns [19] Es findet kaum eine Absorption/Diffusion der Molekiile statt Das Material ist nur gering permeabel

f

L)

Tính toán dòng tham thau qua lop mang day

Abb 2.15 Simulation der Absorption von n-Heptan (grau) und Benzol (schwarz) an der Phasengrenze einer Poly-(2.4.6,-tri-tert.-butylbenzyl)methacrylat-Membran (hellgrau) nach einer Zeit von 1 ns [19] n-Heptan permeiert sehr gut, Benzol wird zuriickgehalten

Màng hữu cơ bắt đối xứng

Bất đối xứng tích hợp Bất đối xứng hỗn hợp

poröse Trägerschicht

Màng polymer đảo pha Mang composit

Cấu tạo các loại màng hữu cơ bất đối xứng

f

L)

San xuat mang dao pha

Ảnh REM của mặt cắt a) màng phẳng từ Polyamid b) màng rỗng từ Polyamid

- Tao dung dich polymer déng thể (polymer/dung môi/tác nhân kết tủa) có độ nhớt

thích hợp

- Cán và kéo thành màng polymer

- Hóa hơi một phần dung môi

- Kết tủa polymer 7

— - Hoan thiện bề mặt

San xuat mang dao pha

Tam can

(điều chỉnh Khínóng

chiều cao ⁄

được) say

Hỗn hơp đầu - | LN Bay hơi wna ie om

x À et do

Hon hop dau = H— dung môi /

Đưa sang phần gia công màng

Bê dung môi

Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị sản xuất màng đảo pha liên tục

f

L)

Polymer b) Vung mét pha

a)

A Vùng một pha

`

Dung dịch

%

_ S Vung hai pha

B A‘ B’

Vung hai pha

9 P L Polymer = Ƒ— Dung môi

a) Biểu đồ pha

b) Nguyên lý quá trình tách dung dịch polymer bằng phương pháp làm lạnh

Các thông số ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất

của màng đảo pha

Hòa tan — khuyêch

tán

Nông độ polymer ]

Cấu trúc

Loại dung môi

Hoàn thiện bề

mặt

Loại tác nhân kết tủa

San xuat mang dao pha

0S

ys a r

ac x2 Pölymer 10 Gew% Polymer 20 Gew% Polymer

b) 100000

10000

1000

100

10

1

0 0,1 0,2 0,3 04 0,5 Thanh phan polymer [-]

Sản xuất màng đảo pha

60

40 rÌ LO — 0 1.5 Gew-% Nacl H 0.8

\ 03,5 Gew.-% NaCl

30 \ @ 1,5 Gew.-% NaCl 4 0,6

EF I

60 65 70 75 80 85 90 95

Nhiệt độ [°C]

Cac loai mang dao pha cua c6éng ty Koch membrane System

Lớp phụ trợ Lớp hoạt động

Sản xuât màng composit hữu cơ

Lớp hoạt động - mong (30nm)

_— Lớp phụ trợ a

~1um

— Lớp sợi — { i Polyester

Sơ đồ cấu tạo của màng composit dùng trong quá trình RO

a) từ Polyamid b) từ Xenlulô Axetat 7

Sản xuất màng composit hữu cơ

Các phương pháp chính sản xuất màng composit

-Sản xuất lớp hoạt đôgjng riêng, sau đó gắn lên trên

lớp phụ trợ

- Các phương pháp tích hợp:

- Nhúng lớp hoạt động vào một dung dịch polymer (hoặc phun dịch polymer lên trên lớp hoạt động có săn), đông thời xứ lý nhiệt, làm khô

-Polymer hóa bề mặt phân chia pha

-Polymer hóa bằng phương pháp plasma

Sản xuất màng composit hữu cơ

Phương pháp nhúng

Hướng kéo ogg

Lop dé Tham wot IOI

Composit

polymer

Nguyên lý phương pháp Nhúng

Sản xuất màng composit hữu cơ

Phương pháp Polymer hóa bề mặt phân chia pha

Lớp đề Lớp Gel Lớp dung dịch Lớp monomer Màng composit

monomer-nước kị nước

Nguyên lý phương pháp Polymer hóa bề mặt phân chia pha

Biến tính màng Polymer

Màng trước và sau khi biến tính bằng Plasma

- Biến tính hóa học

- Grafting

- Biến tính bằng Plasma

1]

Màng hữu cơ đối xứng

- Sản xuất bằng phương pháp đảo pha

- Tác nhân kết tủa được đưa vào cùng với khí nóng

đang sây màng vừa được cán

- Grafting

- Biến tính bằng Plasma

-Thiêu kết bột các chất hữu cơ

Màng vô cơ

Ưu điêm của màng vô cơ

- Độ bền nhiệt, bền hóa cao

- Sự lão hóa của màng tháp, vòng đời màng dài

- Thuận lợi cho việc rửa màng

- Đặc trưng phân tách có thể tính toán trước và điều khiển đuocj

Nhược điểm của màng vô cơ

- Đòi hỏi cấu trúc riêng

- Hệ số chịu nhiệt thay đối theo thành phần hóah ọc của màng, đòi hỏi các phương pháp làm kín đặc biệt

- Phương pháp ché tạo phức tạp

- Chi phí lớn

Mang v6 co Màng có đề vô cơ rỗng đối xứng

- Lớp dé được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết bột kim loại

- Lớp đề được phủ lớp hoạt động lên phía trên

- Bố trí mô đun giống thiết trị truyền nhiệt ống chùm

- Độ bền nhiệt, bền áp suất cao

- màng vô cơ bát đói cứng Cac bon, thủy tinh

Màng có đề vô cơ rỗng bắt đối xứng

- Lớp đề vô cơ : đùn ép bột sứ, thiêu kết

- Lớp hoạt động được phủ lên trên lớp đế: dip coating, spin coating,

Màng vô cơ Sản xuất cấu trúc phục trợ bằng vật liệu vô cơ

Ảnh REM của màng gốm

Mang v6 co

Sản xuất cấu trúc phục trợ bằng vật liệu vô cơ

pordse Stiitzkeramik

Anh REM của a) màng Nhôm b) màng Silic s

Màng vô cơ Sản xuất cấu trúc phục trợ bằng vật liệu vô cơ

II TH HT Ath

HỆ iy! 4 tH PE, 1h}

jzz® ore",

ki xa

i : eat

© at ett,

14

Mang v6 co Sản xuất cấu trúc phục trợ bằng vật liệu vô cơ

Màng Carbon

Màng vô cơ Sản xuất cấu trúc phục trợ bằng vật liệu vô cơ

Màng Carbon- Monolith

15

Mang v6 co

Mang Zeolith

Cấu trúc bề mặt của màng gốm

Màng vô cơ

Màng Zeolith

Bé mat man ZSM-5 Zeolith

Mang v6 co

Mang Zeolith

| TT

“4 [` "`

VBY? / (—ts~)

A-Typ ZSM-5-Typ

Lớp hoạt động làm bằng Zeolith

Màng vô cơ

Màng Zeolith

Kết tinh Zeolith

thành lớp hoạt Phu Sol-Gel

[— ——— —] MFI,FAU,LTA SiO;-Polymersole SiO,-Netzwerke

e/

Te à ` {|

ngắn

Nguyên lý chế tạo các loại màng “ sàng phân tử”

17

àng vô cơ

Màng Zeolith

as

<,

`

as .>

R

<,

S

“

2

4

ˆ i Taree

EXOD

a a!

| Ì

<,

TH”,

.—

os

`

ị J ¡

<,

onan

=

| J |

<

—

te 029252526092

>

jokes

th

Zeol

uc cua mang >

ác cau trú

Cc

ai

Mang kim lo

Dung dich

2

Permeat

dé

lop

at trên

g Pd-Ag d

ớp hoạt độn àng Pallad

ủa màng >

Hinh REMc

18

Mang Perowthskit

Mixed lonic Electronic Conductor

Ap suat cao o,

4e 202

Dan Electron | +

O;

Áp suất thấp ©

2

Nguyén ly dan ion cua mang Perowthskit

Mang long

Pha ngoai lién tuc Màng lòng 6 @®

Sg

Dich vao

Nguyên lý hoạt động của màng lỏng

a) không trộn lẫn

L)

19

Mang long

a)

Khuéch

tan

A

ý tôm |4

i

I

I

I

I

I

I

|

Ỷ Nha hap

phu

Mang long

a) Khong chat mang

b) Mang lỏng có chất mang động

b) — ym A B 14 \7

Mang Hoa tan

long - (Henry)

Chat

Khuyéch mang A phan ứng

tan chat hóa học mang (¿ _ thuận

nghịch

v Nha hap

phu

20