Báo cáo seminar môn học công nghệ màng lọc và Ứng dụng chủ Đề màng lọc liquid

Với khả năng loại bỏ các tạp chất, vi khuẩn, và các chất độc hại khỏi nguồn nước, màng lọc chất lỏng không chỉ đáp ứng nhu cầu nước sạch cho sinh hoạt hàng ngày mà còn có ứng dụng rộng r

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO SEMINAR MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC VÀ ỨNG DỤNG

CHỦ ĐỀ: MÀNG LỌC LIQUID GVHD: PGS.TS Mai Huỳnh Cang

Th.S Trần Đỗ Đạt NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 20 DANH SÁCH THÀNH VIÊN

Nguyễn Quang Trường 22139136

Huỳnh Xuân Huy 22139028

Huỳnh Minh Duy 22139012

Nguyễn Thị Hồng Linh 22139046

Lê Thanh Thái Sơn 22139096

Huỳnh Nguyễn Bội Ngọc 22139064

LỜI NÓI ĐẦU

Lời nói đầu tiên cho phép nhóm chúng em gởi lời cảm ơn đến PGS.TS Mai Huỳnh Cang

và ThS Trần Đỗ Đạt vì tất cả những kiến thức, sự hướng dẫn và hỗ trợ mà cô và thầy đã

dành cho chúng em trong suốt thời gian qua Nhờ có sự giảng dạy tận tình, tâm huyết của cô

và thầy, chúng em không chỉ được tiếp thu những kiến thức chuyên môn quý báu trong môn học mà còn khơi dậy niềm đam mê tìm hiểu tiếp cận kiến thức một cách chủ động Cô và thầy luôn mang đến cho chúng em những bài giảng sinh động, dễ hiểu, giúp chúng em tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả nhất Cô và thầy luôn sẵn sàng giải đáp những thắc mắc, giúp đỡ chúng em khi gặp khó khăn, tạo điều kiện tốt nhất để chúng em phát huy khả năng của mình

Có được nguồn kiến thức quý báu ấy nhờ vào sự dẫn dắt đồng hành từ những người “nảy mực cầm cân” có tâm và có tầm là cô thầy ạ

Chúng em xin hứa sẽ luôn ghi nhớ những lời dạy của cô, thầy cố gắng học tập và rèn luyện thật tốt để không phụ lòng mong mỏi của cô và thầy Một lần nữa, chúng em xin kính chúc quý cô và thầy luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp trồng người cao quý

Kính thưa quý thầy cô!

Trong bối cảnh môi trường ngày càng ô nhiễm và nguồn nước sạch trở nên khan hiếm, công nghệ màng lọc chất lỏng đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ và cải thiện chất lượng cuộc sống Với khả năng loại bỏ các tạp chất, vi khuẩn, và các chất độc hại khỏi nguồn nước, màng lọc chất lỏng không chỉ đáp ứng nhu cầu nước sạch cho sinh hoạt hàng ngày mà còn có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, y tế và nghiên cứu khoa học

Bài seminar hôm nay với chủ đề "Màng lọc chất lỏng" sẽ đi sâu vào tìm hiểu về định

nghĩa, đặc tính hóa lý, phương pháp hoạt động, ứng dụng cũng như ưu nhược điểm của màng lọc liquid Hy vọng rằng, qua bài seminar này, chúng ta sẽ có cái nhìn toàn diện hơn

về công nghệ màng lọc chất lỏng, từ đó có thể ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn, góp phần giải quyết các vấn đề về môi trường và nước sạch

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

I Tổng quan màng lọc liquid 6

1 Giới thiệu 6

2 Phân loại 6

II Tính chất 8

1 Tính chất vật lý 8

2 Tính chất hóa học 8

III Phương pháp sản xuất màng liquid 9

1 Phương pháp quay phủ (Spin Coating) 9

2 Phương pháp nhúng phủ (Dip Coating) 10

3 Phương pháp phủ dao gạt (Blade Coating hoặc Doctor Blade) 10

4 Phương pháp in lưới (In lụa) 11

5 Phương pháp lắng đọng Langmuir-Blodgett (LB) 11

6 Phương pháp trầm lắng tự gắn ghép (Self-Assembly hoặc Layer-by-Layer - LbL) 12

IV Ứng dụng của màng Liquid 12

V Ưu ,nhược điểm của màng Liquid 15

1 Ưu điểm 15

2 Nhược điểm 15

VI So sánh màng lọc liquid với một số loại màng lọc khác 16

1 Màng lọc vi lọc (Microfiltration - MF) 16

2 Màng lọc siêu lọc (Ultrafiltration - UF) 16

3 Màng lọc nano (Nanofiltration - NF) 17

4 Màng lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) 17

5 Màng lọc khí 18

6 Màng lọc thô 18

VII Kết luận 19

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Màng liquid 5

Hình 2: Màng lỏng hỗ trợ (SLM) 5

Hình 3: Màng lỏng nhũ tương (ELM) 6

Hình 4: Màng lỏng tự do (BLM) 6

Hình 5: Phương pháp quay phủ 9

Hình 6: Phương pháp nhúng phủ 9

Hình 7: Phương pháp phủ dao gạt 10

Hình 8: Phương pháp in lưới (In lụa) 10

Hình 9: Phương pháp lắng đọng Langmuir-Blodgett (LB) 10

Hình 10: Phương pháp trầm lắng tự gắn ghép (Self-Assembly hoặc Layer-by-Layer - LbL) 11

Hình 11: Màn hình OLED 12

Hình 12: Lớp phủ bảo vệ quang học 12

Hình 13: Màng chống thấm đàn hồi dạng lỏng 13

Hình 14: Màng lọc vi lọc (Microfiltration - MF) 15

Hình 15: Màng lọc siêu lọc (Ultrafiltration - UF) 15

Hình 16: Màng lọc nano (Nanofiltration - NF) 16

Hình 17: Màng lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) 16

Hình 18: Màng lọc khí 17

Hình 19: Màng lọc thô 17

I Tổng quan màng lọc liquid

1. Giới thiệu

Màng liquid còn được gọi là màng lỏng là một loại màng mỏng có khả năng phân tách hai pha khác nhau và chủ yếu ở trạng thái lỏng Màng này thường được sử dụng trong các quá trình tách chọn lọc, chẳng hạn như chiết xuất, lọc hoặc vận chuyển ion

Hình 1: Màng liquid

2 Phân loại

Màng liquid có thể được chia thành ba loại chính:

 Màng lỏng hỗ trợ (Supported Liquid Membrane - SLM): Màng lỏng được giữ

trong cấu trúc rỗng của một vật liệu xốp, thường là polymer.Ứng dụng trong tách kim loại nặng, xử lý nước thải

Hình 2: Màng lỏng hỗ trợ (SLM)

 Màng lỏng nhũ tương (Emulsion Liquid Membrane - ELM): Gồm các giọt chất

lỏng được bao bọc bởi một lớp màng bền vững.Được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi nước hoặc tách các hợp chất hữu cơ

Hình 3: Màng lỏng nhũ tương (ELM)

 Màng lỏng tự do (Bulk Liquid Membrane – BLM: Một lớp chất lỏng ngăn cách

hai pha khác nhau mà không cần vật liệu hỗ trợ.Thường dùng trong nghiên cứu về vận chuyển ion

Hình 4: Màng lỏng tự do (BLM)

II. Tính chất

1. Tính chất vật lý

 Độ dày: Màng lỏng thường có độ dày nhỏ, thường từ vài micromet (µm) đến vài milimet (mm), tùy vào loại màng và ứng dụng cụ thể Độ dày ảnh hưởng đến tốc

độ vận chuyển các chất qua màng

 Tính linh động: Ở trạng thái lỏng, các phân tử trong màng có khả năng di chuyển linh hoạt, cho phép khuếch tán nhanh hơn so với màng rắn.Tính linh động này giúp màng có khả năng tự tái tạo khi bị hư hỏng nhỏ

 Độ nhớt: Độ nhớt của màng lỏng phụ thuộc vào loại dung môi và thành phần hóa học của nó Độ nhớt cao có thể làm giảm tốc độ vận chuyển chất qua màng

 Tính thấm (Permeability): Màng lỏng có khả năng cho phép một số phân tử hoặc ion đi qua nhưng cản trở các chất khác, phụ thuộc vào độ hòa tan và động học khuếch tán của chúng Tính thấm có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi thành phần hóa học của màng

 Sự ổn định nhiệt: Phạm vi ổn định nhiệt của màng lỏng phụ thuộc vào loại dung môi sử dụng Một số màng có thể bay hơi hoặc phân hủy ở nhiệt độ cao.Trong các ứng dụng công nghiệp, màng cần có khả năng chịu nhiệt tốt để đảm bảo hiệu suất làm việc lâu dài

 Tính chọn lọc: Màng lỏng có thể được thiết kế để chọn lọc một số chất nhất định dựa trên các yếu tố như kích thước phân tử, độ hòa tan hoặc ái lực hóa học.Điều này rất quan trọng trong quá trình tách lọc kim loại nặng hoặc phân tách các hợp chất hữu cơ

2 Tính chất hóa học

 Tính hòa tan và khả năng tương tác hóa học: Màng lỏng có thể hòa tan hoặc hấp thụ các chất khác nhau tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi tạo màng.Khả năng hòa tan này ảnh hưởng đến sự chọn lọc và hiệu suất vận chuyển ion hoặc phân tử qua màng

 Tính chọn lọc hóa học: Màng lỏng có thể được thiết kế để chỉ cho phép một số ion hoặc phân tử nhất định đi qua dựa trên tính chất hóa học của chúng, chẳng hạn như điện tích, độ phân cực hoặc ái lực hóa học Điều này được điều chỉnh bằng cách sử dụng các chất chiết xuất (carrier) có khả năng tạo phức với các ion hoặc phân tử mục tiêu

 Tính ổn định hóa học: Màng lỏng có thể bị phân hủy hoặc biến đổi theo thời gian

do phản ứng hóa học với môi trường xung quanh (oxy hóa, thủy phân, phân hủy nhiệt ) Một số màng có thể bị thoái hóa khi tiếp xúc với axit hoặc bazơ mạnh, làm giảm hiệu suất của quá trình lọc hoặc chiết xuất Để cải thiện độ bền, có thể

bổ sung các chất ổn định hoặc chọn dung môi có tính kháng hóa học cao

 Khả năng tạo phức và vận chuyển ion: Màng lỏng có thể hoạt động như một pha trung gian để vận chuyển ion từ pha này sang pha khác thông qua cơ chế tạo phức Một số chất mang (carrier) có thể gắn với ion kim loại, tạo thành phức tan trong màng và sau đó giải phóng ion đó vào pha bên kia

 Khả năng chống oxy hóa và phản ứng với môi trường: Một số màng lỏng có thể

bị oxy hóa khi tiếp xúc với oxy không khí hoặc các chất oxy hóa mạnh, làm thay đổi tính chất hóa học của chúng Các dung môi hữu cơ dễ bay hơi có thể bị phân hủy theo thời gian, ảnh hưởng đến độ ổn định của màng Để hạn chế vấn đề này, các chất chống oxy hóa hoặc dung môi có tính ổn định cao thường được sử dụng trong các hệ màng lỏng

III Phương pháp sản xuất màng liquid

1 Phương pháp quay phủ (Spin Coating)

 Sử dụng để tạo lớp sơn lót tốt nhất trên bề mặt chất nền

 Dung dịch được thu nhỏ lên bề mặt, sau đó quay với tốc độ cao để dung dịch lan rộng và tạo nền móng

 Được sử dụng nhiều trong công nghệ chế tạo sơn móng hữu cơ, linh kiện quang điện, OLED, cảm biến sinh học,

Hình 5: Phương pháp quay phủ

2 Phương pháp nhúng phủ (Dip Coating)

 Nhúng vật liệu vào dung dịch phủ, sau đó rút ra với tốc độ kiểm soát để tạo màng mỏng

 Chế tạo màng mỏng polymer, nano trong điện tử & quang học, lớp phủ chống thấm, chống ăn mòn trên kính, kim loại, màng sinh học, cảm biến y sinh,

Hình 6: Phương pháp nhúng phủ

3 Phương pháp phủ dao gạt (Blade Coating hoặc Doctor Blade)

 Sử dụng lưỡi dao gạt để trải đều lớp chất lỏng trên bề mặt, tạo màng có độ dày xác định

 Phương pháp này được ứng dụng trong in mạch điện tử linh hoạt, pin perovskite, OLED

Hình 7: Phương pháp phủ dao gạt

4 Phương pháp in lưới (In lụa)

 Đẩy chất lỏng qua lưới in để tạo màng mỏng trên bề mặt vật liệu

 Ứng dụng trong tạo màng polymer, nano trong điện tử & vật liệu tiên tiến, sản xuất màng hydrogel y sinh, lớp phủ chống bám bẩn, chống thấm nước,

Hình 8: Phương pháp in lưới (In lụa)

5 Phương pháp lắng đọng Langmuir-Blodgett (LB)

 Sử dụng bề mặt nước để kiểm soát việc sắp xếp các phân tử trước khi chuyển chúng lên chất nền

 Thường áp dụng trong nghiên cứu vật liệu nano, ngủ lipid, và cảm biến sinh học

Hình 9: Phương pháp lắng đọng Langmuir-Blodgett (LB)

6 Phương pháp trầm lắng tự gắn ghép (SelfAssembly hoặc LayerbyLayer -LbL)

 Các phân tử hoặc hạt nano tự động sắp xếp thành lớp đơn hoặc đa lớp trên bề mặt vật liệu nền thông qua tương tác hóa học hoặc vật lý

 Ứng dụng trong chế độ tạo màng sinh học, màng sơn polymer, và đệm ion

Hình 10: Phương pháp trầm lắng tự gắn ghép (Self-Assembly hoặc Layer-by-Layer - LbL)

Mỗi phương pháp đều có những nhược điểm khác nhau tùy thuộc vào độ dày, tính đồng nhất và yêu cầu về vật chất

IV.Ứng dụng của màng Liquid

 Ứng dụng trong điện tử và công nghệ nano: Màn hình OLED & LCD: Chất lỏng

được sử dụng làm lớp bảo vệ lớp phủ hoặc lớp điện trong màn hình; Bán dẫn & vi mạch phụ kiện; Mạch in linh hoạt;…

Hình 11: Màn hình OLED

 Ứng dụng trong quang học: Lưới chống phản xạ (AR Coating); Cảm biến quang

học; Lớp phủ bảo vệ quang học: Bảo vệ bề mặt kính, màn hình điện thoại, kính mắt khỏi bị trầy và tia UV

Hình 12: Lớp phủ bảo vệ quang học

 Ứng dụng trong sản phẩm y tế & dược phẩm: Cảm biến sinh học & xét nghiệm y

khoa: dịch lỏng có thể giúp phát hiện vi rút, vi khuẩn hoặc các dấu hiệu sinh học trong xét nghiệm máu và nước tiểu.Vận chuyển thuốc (Giao thuốc):Sử dụng bong bóng để bọc và kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc vào cơ thể.Mô phỏng màng tế

bào:Sử dụng để nghiên cứu sự tương tác giữa tế bào và thuốc trong lĩnh vực sinh học phân tử

 Ứng dụng trong môi trường công nghệ: Lọc nước & khí thải:Màng có thể hoạt

động như một bộ lọc phân tử để loại bỏ kim loại nặng, vi khuẩn và chất ô nhiễm từ nước và không khí; Xử lý tràn dầu:Màng có thể hấp thụ dầu mà không hấp thụ nước, giúp xử lý sự cố tràn dầu trên biển

 Ứng dụng năng lượng tái tạo: Pin mặt trời (Solar Cell):Màng được sử dụng trong

công nghệ sơn móng perovskite, giúp tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời; Pin nhiên liệu & pin lithium-ion:Sử dụng lớp điện phân hoặc bảo vệ giúp cải thiện độ bền và hiệu suất của pin

 Ứng dụng trong công nghệ thực tế: Bảo quản thực phẩm: Màng chất lỏng có thể

tạo thành lớp phủ kháng khuẩn, giúp bảo quản trái cây và thực phẩm tươi lâu hơn; Cảm biến phát hiện chất độc trong thực phẩm:Màng chất lỏng có thể được tích hợp vào biến cảm ứng để tạo dư lượng thuốc trừ sâu hoặc độc tố trong thực phẩm; Là chất chống thấm, chống rỉ, chất phủ bề mặt

Hình 13: Màng chống thấm đàn hồi dạng lỏng

V Ưu ,nhược điểm của màng Liquid

1 Ưu điểm

 Tính chọn lọc cao: Màng liquid có khả năng chọn lọc để chỉ tương tác với những phân tử hoặc yếu tố đặc thù, chẳng hạn như chỉ lọc các tạp chất hoặc vi sinh vật nhất định

 Có chất mang: là yếu tố quan trọng giúp cải thiện tính linh hoạt, hiệu quả bảo vệ, tiết kiệm chi phí

 Nhận dạng được các phân tử đặc thù: Màng liquid có thể nhận dạng và tương tác với các phân tử cụ thể trong môi trường Điều này giúp màng chỉ lọc hoặc tách các phân

tử, ion hoặc phân tử hữu cơ mà nó "nhận diện", mà không làm ảnh hưởng đến các phân tử khác không cần thiết

Ngoài ra, SLM còn nhiều lợi thế như vốn thấp, năng lượng hoạt động và khối lượng pha hữu cơ thấp, khối lượng đơn vị vận chuyển khối lượng cao ELM diện tích bề mặt cao, tiêu thụ năng lượng thấp, nồng độ chất tan thấp, chiết và tách trong một giai đoạn, thân thiện với môi trường

2 Nhược điểm

SLM/ILM

 Sự mất mát của pha hữu cơ (hoặc tách ra)

 Sự làm ướt dần dần các lỗ hở do hậu quả của pha nước ngấm vào các lỗ xốp

 Áp lực qua màng lớn các chất lỏng ra

ELM

 Phải kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và ổn định của nhũ: ion mạnh, pH,…

 Để khôi phục lại các giai đoạn tiếp nhận và để bổ sung giai đoạn vận chuyển, có thể phá vỡ thể nhũ tương

 Chi phí cao

 Khó tái tạo khi hỏng

VI.So sánh màng lọc liquid với một số loại màng lọc khác

1 Màng lọc vi lọc (Microfiltration - MF)

MF là một loại màng lọc chất lỏng, nhưng nó có kích thước lỗ lọc lớn hơn so với siêu lọc (UF), nano lọc (NF) và thẩm thấu ngược (RO).MF có thể loại bỏ vi khuẩn và một số loại virus, trong khi các loại màng lọc chất lỏng khác có thể loại bỏ các hạt nhỏ hơn và thậm chí cả các ion hòa tan

Hình 14: Màng lọc vi lọc (Microfiltration - MF)

2. Màng lọc siêu lọc (Ultrafiltration - UF)

UF là một loại màng lọc chất lỏng có kích thước lỗ lọc nhỏ hơn MF.UF có thể loại bỏ virus và các phân tử hữu cơ lớn, cung cấp khả năng lọc tinh vi hơn so với MF

Hình 15: Màng lọc siêu lọc (Ultrafiltration - UF)

3. Màng lọc nano (Nanofiltration - NF)

NF là một loại màng lọc chất lỏng có khả năng loại bỏ các ion đa hóa trị và kim loại nặng NF có khả năng lọc cao hơn UF, và được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu loại

bỏ các chất hòa tan cụ thể

Hình 16: Màng lọc nano (Nanofiltration - NF)

4. Màng lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO)

RO là loại màng lọc chất lỏng có kích thước lỗ lọc nhỏ nhất, có khả năng loại bỏ hầu hết các tạp chất, bao gồm cả muối hòa tan RO cung cấp mức độ lọc cao nhất và được

sử dụng để sản xuất nước tinh khiết

Hình 17: Màng lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO)

5 Màng lọc khí

Được thiết kế để loại bỏ các hạt bụi, phấn hoa, vi khuẩn và virus từ không khí.Ứng dụng trong hệ thống thông gió, máy lọc không khí và khẩu trang Sự khác biệt lớn nhất là môi trường lọc: chất lỏng và chất khí

Hình 18: Màng lọc khí

6 Màng lọc thô

Có kích thước lỗ lọc lớn, chỉ loại bỏ các hạt lớn như cặn bẩn và cát Thường được sử dụng làm bước lọc sơ bộ trước khi sử dụng màng lọc chất lỏng tinh vi hơn

Hình 19: Màng lọc thô