Luận án tiến sĩ nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc composit polyamid lớp mỏng (TFC PA) và khả năng ứng dụng màng

In this work, the UV-photo-induced grafting, the redox-initiated grafting and the coating of titanium dioxide nanoparticles onto the surface of commercial TFC-PA membrane have been carri

L I CAM OAN

Tác gi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a b n thân tác gi Các

k t qu nghiên c u và các k t lu n trong lu n án này là trung th c, và không sao chép

t b t k m t ngu n tài li u nào và d i b t k hình th c nào Vi c tham kh o các ngu n tài li u đư đ c th c hi n trích d n và ghi ngu n tài li u tham kh o đúng quy

đ nh

Tác gi lu n án

Ngô H ng Ánh Thu

L I C M N

V i lòng bi t n sâu s c, xin cho phép em dành nh ng dòng đ u tiên c a lu n

án g i l i c m n chân thành nh t t i PGS.TS Tr n Th Dung, ng i đư ti p nh n,

giao đ tài, t n tình h ng d n và t o m i đi u ki n thu n l i nh t cho em trong su t quá trình th c hi n lu n án Em xin đ c g i l i tri ân chân thành nh t đ n cô

V i th y h ng d n th hai, PGS.TS Shinsuke Mori, em xin chân thành c m

n th y b i s h ng d n t n tình c a th y, đ c bi t là trong th i gian em sang Nh t

th c t p Em xin c m n th y v món quà c a th y dành cho em

Em c ng xin g i l i c m n chân thành t i các th y cô trong khoa Hoá h c, các th y cô trong B môn Công ngh Hóa h c, các th y cô trong phòng thí nghi m Hóa Môi tr ng đư truy n th cho em nh ng ki n th c quý báu, c ng nh đ ng viên, giúp đ , đóng góp giúp em nhi u ý ki n trong su t quá trình em h c t p và công tác

Tác gi xin đ c c m n TS inh Hùng C ng, TS Tr nh Xuơn i đư

giúp tác gi đo đ c các m u phân tích; xin c m n ThS ình Kh i đư giúp tác

gi r t nhi u v m t k thu t đ tác gi có th hoàn thi n công trình này

Tác gi c ng xin đ c g i l i c m n t i Qu Phát tri n Khoa h c và Công

ngh qu c gia (NAFOSTED), ch ng trình 911 c a Chính ph Vi t Nam, Qu Ryoichi Sasakawa Young Leaders Fellowship Fund (Sylff), i h c Qu c gia Hà

N i (VNU) và T r ng i h c Khoa h c T nhiên (HUS) đư giúp tôi r t nhi u

trong su t th i gian tôi h c t p

Cu i cùng, xin đ c bày t lòng bi t n t i gia đình tôi, đ c bi t là ng i m luôn dõi theo t ng b c tôi đi, ng i m ch ng đư giúp đ tôi r t nhi u, ng i ch ng

là đi m t a v ng ch c, chia s m i khó kh n trong cu c s ng, con gái đáng yêu và

t i các ch em thân thi t, b n bè thân yêu c a tôi

Ngô H ng Ánh Thu

TÓM T T LU N ÁN

Màng l c composit polyamid l p m ng (TFC-PA) là m t trong các lo i màng đang đ c s d ng khá r ng rưi do có tính n ng l c tách v t tr i và có đ b n c

h c, ít b nh h ng b i sinh v t Tuy nhiên, màng TFC-PA có nh c đi m là d b

t c ngh n trong quá trình l c tách, làm gi m hi u qu c a toàn b quá trình màng Cho đ n nay, vi c nâng cao kh n ng ch ng t c mà không làm gi m tính n ng l c tách c a màng nói chung và màng TFC-PA nói riêng v n là m t thách th c trong l nh

v c nghiên c u ch t o và ng d ng màng l c

Lu n án đư ti n hành nghiên c u bi n tính b m t màng l c composit TFC-PA

b ng m t s ph ng pháp nh trùng h p ghép quang hóa d i b c x t ngo i, trùng

h p ghép kh i mào oxy hóa kh và ph l p h t TiO2 kích th c nanomet lên trên b

m t màng, nh m nâng cao tính n ng l c tách và kh n ng ch ng t c cho màng Các

đ c tính b m t và đ c tính tách l c c a màng đ c kh o sát và đánh giá, v i đ i

t ng tách l c là m t s ch t h u c , vô c và ion kim lo i n ng đ c h i trong n c

Các k t qu nghiên c u cho th y quá trình bi n tính b m t màng l c composit TFC-PA đư làm thay đ i rõ r t đ c tính b m t và tính n ng tách l c c a màng Các

đi u ki n bi n tính b m t màng nh n ng đ tác nhân ghép, th i gian trùng h p ghép,

n ng đ ch t kh i mào, hàm l ng huy n phù TiO2 kích th c nanomet, th i gian kích thích b c x t ngo i (UV)… có nh h ng m nh đ n đ c tính c a màng T các k t qu th c nghi m, có th rút ra các đi u ki n bi n tính b m t màng thích h p

và cho hi u qu tách l c t t nh t là màng trùng h p ghép quang hóa v i acid acrylic

10 g/L trong 7 phút, màng trùng h p ghép kh i mào oxy hóa kh v i acid acrylic 10 g/L trong 5 phút, màng trùng h p ghép quang hóa v i poly (ethylen glycol) 30 g/L trong 10 phút và màng ph l p h t TiO2 kích th c nanomet 15 ppm, chi u b c x

t ngo i trong 30 giây

Ph h ng ngo i ph n x cho th y s xu t hi n các nhóm ch c carbonyl, hydroxyl và TiOH a n c trên b m t màng sau khi bi n tính, t ng ng v i các tác

nhân s d ng là acid acrylic (AA), poly (etylen glycol) (PEG) và TiO2 B m t màng

tr nên a n c h n v i góc th m t gi m m nh, t 51o c a màng n n ban đ u

xu ng kho ng 25o cho các màng trùng h p ghép v i AA, kho ng 15o cho màng trùng

h p ghép v i PEG, kho ng 33o cho màng ph TiO2 và tr nên siêu a n c v i góc

th m t nh h n 10o cho màng ph TiO2 đ c chi u b c x UV nh ch p hi n vi

đi n t quét và hi n vi l c nguyên t cho th y b m t màng sau khi trùng h p ghép

tr nên ch t sít h n và tr n nh n h n do s hình thành l p polyme ghép, đ thô nhám

b m t màng gi m xu ng rõ r t

K t qu đánh giá đ c tính l c tách c a màng bi n tính b m t ch ng t s t ng lên đ ng th i c a c ba thông s g m đ l u gi , n ng su t l c và kh n ng ch ng

t c l u gi t ng kho ng 4 %, trong khi n ng su t l c c a màng t ng t 35 đ n 60

%, m c đ duy trì n ng su t l c cao h n t 20 đ n 40 % so v i màng n n Màng sau khi bi n tính b m t có đ l u gi khá n đ nh trong kho ng pH t 2 đ n 11, đ c bi t

kh n ng ch u chlor ho t đ ng c a màng trùng h p ghép b m t tr nên t t h n nhi u

so v i màng ban đ u

Màng sau khi bi n tính b m t v i AA, PEG và TiO2 kích th c nanomet có

kh n ng tách lo i khá tri t đ các ch t h u c t nhiên tan trong n c, c ng nh các ion kim lo i n ng, amoni, cromat K t qu đánh giá v i m t s m u n c th i th c t cho th y, màng TFC-PA bi n tính b m t có th lo i b g n nh hoàn toàn thu c nhu m d trong n c th i d t nhu m, protein và các ch t h u c trong d ch th i bia sau lên men, các ion kim lo i n ng trong n c th i m , v i các tính n ng tách l c

đ c nâng lên đáng k so v i màng n n

ABSTRACT

The polyamide thin film composite (TFC-PA) membranes exhibit superior water flux and good resistance to pressure compaction They have wide operating pH range and good stability to biological attack Therefore, the TFC-PA membranes are widely accepted as the relevant choice for water treatments, especially for producing of the pure and ultrapure water However, the poor fouling restrain the filtration capacity and lifetime of the TFC-PA membranes, leading to an appreciable increase for operational costs of membrane processes Therefore, the simultaneous improvement of fouling resistance, flux and retention is still very challenging for the development of membrane applications

In this work, the UV-photo-induced grafting, the redox-initiated grafting and the coating of titanium dioxide nanoparticles onto the surface of commercial TFC-PA membrane have been carried out to enhance the membrane separation performance and antifouling property The changes of the membrane surface characteristics were evaluated and the membrane separation performance were determined through the possibility for removal of organic and inorganic compounds, heavy metal ions in water

The experimental results demonstrated that the grafting polymerizations and the coating of titanium dioxide nanoparticles led to changes in the membrane surface characteristics and membrane filtration performance The conditions of the modification

of membrane surface such as monomer concentration, graft polymerization time, TiO2

concentration and UV irradiation time highly influenced on membrane characteristics From the experimental results, the most suitable modification conditions using acid acrylic (AA), poly (ethylene glycol) (PEG) and TiO2 nanoparticles for the membrane characteristics could be obtained: 10 AA-UV 7min, 10 AA-Redox 5min, 30 PEG-UV 10min and TFC-PA/TiO2,UV

The FTIR-ATR analysis verified the appearances of hydrophilic groups such as carbonyl, hydroxyl and Ti-OH after grafting of AA, PEG or coating of TiO2

nanoparticles onto membrane surface The formation of the hydrophilic layer increased the hydrophilicity of membranes with the strongly reduced water contact angles, from

51o of unmodified membrane to about 25o, 15o and 33o for the AA-grafted, PEG-grafted and TiO2-coated membranes, respectively The TiO2-coated membrane surface became super-hydrophilic with the contact angles are less than 10o The SEM and AFM images demonstrated that the grafted membrane surface is more relative compact and smoother after grafting

The filtration experiments illustrated the improved separation performance of the modified membranes with the simultaneous enhancement of membrane flux and retention and antifouling property for separation of the different organic and inorganic substances in an aqueous feed solution The retention increased about 4 %, while the membrane flux increased from 35 to 60 %, the antifouling property increased from 20 to

40 % compared to the unmodified one The modified membranes showed the stable retention for a wide range of pH from 2 to 11, especially the chlorine resistance of the grafted membranes was significantly improved compared to the unmodified one

The modified membranes using AA, PEG and TiO2 nanoparticles showed the good possibility for removal of the polluted substances such as the natural organic matter dissolved, heavy metal ions, ammonium, chromate in water The experimental results for the wastewater treatments indicated that the modified membranes could remove well the residual dyes, organic substances and metal ions in water, with the much better filtration performance compared to the unmodified one

1.3.4 Các tính ch t b m t nh h ng đ n m c đ t c màng 22

1.4.1 Bi n tính b m t màng l c b ng ph ng pháp trùng h p ghép 27 1.4.2 Bi n tính b m t màng l c b ng ph ng pháp ph l p h t kích th c

3.2.1 Kh o sát đ c tính b m t màng t h p TFC-PA/TiO2 89 3.2.2 Kh o sát đ c tính tách l c c a màng t h p TFC-PA/TiO2 93 3.2.3 Kh n ng ch ng t c c a màng t h p TFC-PA/TiO2, UV 95

3.3 Kh n ng ch u pH, chlor ho t đ ng, nhi t đ vƠ đ n đ nh c a màng

DANH M C T VI T T T

AFM Atomic force microscopy Kính hi n vi l c nguyên t

BOD Biochemical oxygen demand Nhu c u oxy sinh hóa

BSA Bovine serum albumin Protein huy t thanh bò

COD Chemical oxygen demand Nhu c u oxy hóa h c

m t

DB 56 Disperse blue 56 Thu c nhu m xanh phân tán 56

FM Maintained flux ratio duy trì n ng su t l c theo

MWCO Molecular Weight Cut-off Gi i h n tách phân t

NF Nanofiltration L c nano

NOM Natural organic matter Các ch t h u c t nhiên

PAN Polyacrylonitrile

PEG Poly(ethylene glycol) Poly(ethylen glycol)

PS Polysulfone

Rms Root mean square Roughness thô nhám bình ph ng trung

bình

RR 261 Reactive Red 261 Thu c nhu m đ ho t tính 261

SEM Scanning electron microscopy Kính hi n vi đi n t quét

TDS Total dissolved solids T ng ch t r n hòa tan

TEM Transmission electron microscopy Kính hi n vi đi n t truy n qua TFC-PA Thin film composite - polyamide Composit polyamid l p m ng

TofSIMS Time of flight secondary ion mass

spectrometry

Ph kh i l ng ion th c p

l p h t TiO2

52

Hình 2.4 S đ h thi t b l c màng phòng thí nghi m 55

Hình 3.1 nh SEM màng n n (a-1, a-2, a-3) và các màng trùng h p ghép quang

hóa 10AA-UV 7min (b-1, b-2, b-3) và 50AA-UV 7min (c-1, c-2, c-3)

61

Hình 3.2 nh SEM màng n n (a-1, a-2, a-3) và màng trùng h p ghép

10AA-Redox 5min (d-1, d-2, d-3)

62

Hình 3.3 nh SEM màng n n (a-1, a-2, a-3) và các màng trùng h p ghép

30PEG-UV 1min (e-1, e-2, e-3) và 30PEG-UV 10min (f-1, f-2, f-3)

63

Hình 3.4 nh AFM b m t (a) màng n n và các màng trùng h p ghép quang

hóa (b) 10AA-UV 7min, (c) 50AA-UV 7min

64

Hình 3.5 nh AFM b m t (a) màng n n và các màng trùng h p ghép kh i

mào oxy hóa kh (d) 10AA-Redox 1min, (d’) 50AA-Redox 1min

64

Hình 3.6 nh AFM b m t (a) màng n n và các màng trùng h p ghép quang

hóa (e) 30PEG-UV 1min, (f) 30PEG-UV 10min

64

Hình 3.7 Ph h ng ngo i ph n x FTIR-ATR b m t màng n n TFC-PA và

các màng trùng h p ghép v i AA (a) 10 AA-UV 1min, (b) 10 AA-UV 5min,

(c) 50 AA-UV 5min và (d) 10AA-Redox 5min

67

Hình 3.8 C ch d đoán c a quá trình trùng h p ghép AA lên b m t màng

TFC-PA

68

Hình 3.9 Ph h ng ngo i ph n x FTIR-ATR b m t màng n n TFC-PA và

các màng trùng h p ghép quang hóa (e) 30PEG-10 min, (f) 50PEG-10 min

Hình 3.15 M c đ trùng h p ghép kh i mào oxy hóa kh v i AA 74 Hình 3.16 M c đ trùng h p ghép quang hóa v i PEG 74 Hình 3.17 th m n c c a màng TFC-PA và màng trùng h p ghép v i AA

Hình 3.29 nh SEM b m t (a) màng n n và màng ph h t TiO2 kích th c

nanomet khi s d ng huy n phù TiO2 (b) 15 ppm và (c) 80 ppm

89

Hình 3.30 Ph kh i Tof-SIMS (MiniSIMS) b m t (a) màng n n và màng ph

h t TiO2 kích th c nanomet s d ng huy n phù TiO2 (b) 15 ppm, (c) 80 ppm

90

Hình 3.31 Góc th m t c a màng n n TFC-PA và các màng ph h t TiO2 15

và 35 ppm có chi u và không chi u b c x t ngo i

91

Hình 3.32 Ph h ng ngo i ph n x FTIR-ATR b m t màng n n TFC-PA,

(b,b1) màng ph h t TiO2 không chi u UV và (c,c1) màng ph h t TiO2 có

DANH M C B NG

Trang

B ng 1.1 Tác nhân gây t c màng trong n c sinh ho t tr c x lý 21

B ng 1.2 M t s nghiên c u trùng h p ghép quang hóa bi n tính b m t

B ng 3.9 M t s thông s ban đ u m u n c th i m chromi 116

B ng 3.10 Hàm l ng chromi trong d ch l c và t l J/Jo khi l c qua màng

n n TFC-PA và các màng TFC-PA bi n tính b m t

117

M U

Cùng v i s gia t ng dân s , công nghi p hóa và đô th hóa, nhu c u s d ng n c

s ch đang tr thành m i quan tâm l n c a con ng i Tuy nhiên, hi n r t nhi u ngu n

n c s ch đang d n tr nên không th s d ng đ c b i đư b ô nhi m do các ho t đ ng công nghi p c tính, h n m t t ng i không có n c s ch đ u ng, và kho ng h n hai t ng i (41 % dân s th gi i) đang s ng trong vùng thi u n c [34] Do đó, vi c tái t otài nguyên n c, c ng nh gi i quy t v n đ ô nhi m môi tr ng n c đang d n

tr nên vô cùng c p thi t

Trong nh ng n m g n đây, vi c áp d ng công ngh màng l c trong s n xu t n c

s ch, x lý n c ô nhi m và/ ho c tái s d ng ngu n n c đư và đang đ c phát tri n

m nh m u đi m c a ph ng pháp l c màng là có th tách đ c các c u t có kích

th c r t khác nhau, t c phân t t i c ion mà không c n ph i s d ng thêm các hoá

ch t khác, các c u t c n tách không ph i chuy n pha, là ph ng pháp tách hi n đ i, ti t

ki m n ng l ng và thân thi n v i môi tr ng

Trong s các lo i v t li u màng l c th ng m i hi n nay, màng l c composit polyamid l p m ng (TFC-PA) đang đ c s d ng nhi u trong s n xu t n c s ch, n c siêu s ch và x lý n c ô nhi m S phát tri n c a màng l c TFC-PA là b c đ t phá quan tr ng trong công ngh màng do lo i màng này có đ c tính tách l c v t tr i, b n

c h c, và ch u đ c môi tr ng có pH thay đ i trong m t kho ng r ng Tuy nhiên, m t

v n đ th ng g p trong các quá trình l c màng nói chung, và l c màng TFC-PA nói riêng là hi n t ng t c màng (fouling), do tính ch t k n c và thô nhám c a l p ho t

đ ng polyamid, khi n các c u t l u gi d b tích l y trên b m t màng trong quá trình

l c, làm gi m n ng su t l c, và làm t ng chi phí cho toàn b quá trình màng [49]

Vi c nghiên c u các gi i pháp nh m nâng cao đ c tính tách l c và gi m hi n

t ng t c màng có ý ngh a r t quan tr ng, góp ph n làm t ng hi u qu cho quá trình l c

màng Trong đó, bi n tính b m t màng l c là m t gi i pháp h u ích, và đang r t đ c quan tâm Vi c bi n tính b m t có th làm thay đ i các đ c tính b m t màng mà không

nh h ng đ n c u trúc bên trong, do đó, v n duy trì đ c nh ng tính ch t v n có c a

v t li u, trong khi l p b m t sau bi n tính đáp ng đ c yêu c u đ t ra; thêm n a, vì ch

c n tác đ ng lên l p b m t nên s ti t ki m đ c khá nhi u chi phí so v i vi c nghiên

c u ch t o v t li u màng l c hoàn toàn m i [83,94]

Cho đ n nay, vi c nghiên c u bi n tính b m t m t s lo i màng polyme nh polyethersulfone (PES), polysulfone (PS) hay polyethylen (PE) nh m nâng cao kh n ng

ch ng t c (antifouling) đư đ c đ c p khá nhi u Tuy nhiên, qua theo dõi tài li u, các

k t qu nghiên c u đ c công b v bi n tính b m t màng TFC-PA hi n v n còn t ng

đ i ít Ngoài ra, vi c nghiên c u bi n tính b m t màng l c nh m t ng c ng kh n ng

ch ng t c mà không làm suy gi m, ho c nâng cao đ c tính tách l c c a màng, cho đ n nay, v n là m t thách th c trong l nh v c ch t o màng

V i tiêu đ "Nghiên c u bi n tính b m t màng l c composit polyamid l p m ng (TFC-PA) và kh n ng ng d ng màng trong x lý n c ô nhi m“, Lu n án đ c p

đ n vi c nghiên c u bi n tính b m t màng l c TFC-PA, và kh n ng lo i b m t s h p

ch t h u c , mu i vô c và ion kim lo i n ng trong n c c a màng Các k t qu nghiên

c u có th đóng góp m t ph n vào vi c phát tri n v t li u màng l c hi u n ng cao, nâng cao kh n ng ng d ng công ngh l c màng m t cách kinh t và hi u qu h n trong s n

xu t n c s ch và siêu s ch, c ng nh trong x lý n c ô nhi m, nh m tái s d ng, ti t

ki m ngu n n c và gi m thi u ô nhi m môi tr ng m t cách b n v ng

Lu n án đ c th c hi n t i phòng thí nghi m nghiên c u và ng d ng màng l c, B môn Công ngh Hóa h c, khoa Hóa h c, Tr ng i h c Khoa h c T nhiên, i h c Qu c gia Hà N i và phòng thí nghi m c a Phó Giáo s Shinsuke Mori, Khoa K thu t Hóa h c,

Vi n Công ngh Tokyo, Nh t B n

CH NG I - T NG QUAN

1.1 Gi i thi u v màng l c và các quá trình tách b ng màng

Màng l c là v t li u đ c s d ng trong quá trình tách m t h n h p đ ng th hay

d th (l ng – l ng, l ng – r n, khí – r n, khí – khí) M t cách khái quát, có th coi màng

là m t l p ch n có tính th m ch n l c đ t gi a hai pha – pha đi vào và pha th m qua Quá trình v n chuy n ch t qua màng đ c th c hi n m t cách t nhiên hay c ng b c

nh đ ng l c gi a hai phía màng ng l c c a quá trình tách qua màng có th là chênh

l ch áp su t, chênh l ch n ng đ , chênh l ch nhi t đ hay chênh l ch đi n tr ng [115]

1.1.1 Các quá trình màng đ ng l c áp su t

Các quá trình màng đ ng l c áp su t ch y u g m: vi l c, siêu l c, l c nano và

th m th u ng c Vi c phân chia thành các quá trình màng d a theo kích th c l màng,

và c ng ch mang tính t ng đ i

 Vi l c (MF)

Màng MF có kích th c l t 0,1 đ n 10,0 µm, có kh n ng l u gi đ c nh ng

ti u phân có kích th c t ng đ i l n và các lo i vi khu n Lo i màng này có tr l c

th p Quá trình tách qua màng x y ra theo c ch sàng l c [115]

 L c nano (NF) và th m th u ng c (RO)

Màng NF và RO đ u có c u trúc b t đ i x ng, kích th c l b m t vô cùng nh , kho ng 2 - 5 nm (đ i v i màng NF) và kho ng 1 - 2 nm (đ i v i màng RO) Hai lo i màng này có th tách đ c các ion trong dung d ch và cho dung môi đi qua c n th y

l c c a màng NF và RO khá l n, theo đó, áp su t làm vi c có th lên đ n 100 bar (đ i

v i màng RO) và kho ng 7 - 30 bar (đ i v i màng NF) [52]

Màng NF và RO khá gi ng nhau v c u trúc và ph ng pháp ch t o Tuy nhiên, màng NF có kích th c l l n h n m t chút so v i màng RO, và s chuy n kh i qua màng NF là ph c t p h n vì quá trình tách x y ra không ch do c ch hòa tan khu ch tán, mà còn do c c ch sàng l c [52] Màng NF và RO c n có tính ch t a n c, b n

v m t hoá h c (đ c bi t v i các tác nhân làm s ch và kh trùng ch a chlor ho t đ ng

nh n c giaven), ch ng đ c vi khu n và có đ b n c h c t t Hình 1.1 ch ra gi i h n tách c a các quá trình màng dùng đ ng l c áp su t

Hình 1.1 Gi i h n tách c a các quá trình màng đ ng l c áp su t [115]

1.1.2 C ch tách qua màng

Quá trình v n chuy n ch t qua màng là m t quá trình ph c t p, nhi u gi thuy t

khác nhau đư đ c đ a ra đ gi i thích c ch c a quá trình tách qua màng nh : thuy t

sàng l c, thuy t hoà tan khu ch tán, thuy t h p ph mao qu n

1.1.2.1 Thuy t sàng l c

Thuy t này cho r ng màng g m nhi u mao qu n có kích th c l xác đ nh C u

t nào có kích th c bé h n kích th c mao qu n thì s v n chuy n qua màng, còn c u

t có kích th c l n h n thì b gi l i [115] Thuy t này ch phù h p trong vi c gi i thích cho các quá trình UF và MF (ch t tan có kích th c l n) Trong tr ng h p phân t ch t tan và phân t dung môi có kích th c t ng đ ng nhau thì thuy t này không gi i thích

đ c

1.1.2.2 Thuy t hòa tan khu ch tán

Thuy t này cho r ng d i đ ng l c áp su t cao, dung môi và ch t tan đ u khu ch tán qua màng Các phân t sau khi th m th u vào màng s khu ch tán, nh ng dòng khu ch tán ch t tan và dòng khu ch tán dung môi khác nhau v t c đ , t c đ này t l

v i h s khu ch tán c a chúng trong màng H s khu ch tán c a dung môi càng l n và

c a ch t tan càng nh thì quá trình tách càng hi u qu

1.1.2.3 Thuy t h p ph mao qu n

Thuy t này cho r ng màng bán th m đ c c u t o t nhi u mao qu n, trên b

m t màng bán th m và trong ng mao qu n hình thành m t l p n c liên k t h p ph

Do tác d ng c a các l c hoá lý, l p n c h p ph này đư m t đi m t ph n hay toàn b

kh n ng hoà tan ch t tan, vì th , nó không cho ch t tan đi qua các ng mao qu n N u các ng mao qu n có đ ng kính đ nh h n hai l n chi u dày l p n c liên k t h p ph thì màng ch cho n c tinh khi t đi qua Thuy t này gi i thích đ c khá đ y đ c ch

và các y u t nh h ng t i quá trình tách Thuy t hòa tan khu ch tán và h p ph mao

qu n phù h p v i các quá trình NF và RO Hình 1.2 th hi n mô hình các c ch tách qua màng

Hình 1.2 Mô hình các c ch tách qua màng [115]

1.1.3 Màng composit polyamid l p m ng (TFC-PA)

Màng composit th ng là lo i màng có hi u qu tách cao, có đ c tính c h c và hóa h c t t [82] H u h t các lo i màng composit th ng m i hi n nay đ u có l p ho t

đ ng đ c ch t o t m t trong hai lo i polyme sau: celulose acetate (CA) ho c polyamid (PA) Màng composit làm t v t li u celulose acetate hi n v n còn khá thông d ng Màng

CA a n c h n, nh ng kh n ng ch u dung môi kém, kho ng pH làm vi c thích h p

t ng đ i h p (4,5 – 7,9), d b nh h ng b i vi sinh v t, và d b nén ép áp su t cao [49] Trong khi đó, màng composit v i l p b m t làm t v t li u polyamid có th ch u

đ c nhi t đ cao h n, kho ng pH r ng h n, khó b phân h y khi có m t vi sinh v t, và

ít b nén ép áp su t cao [49] Do đó, màng l c TFC-PA hi n là m t trong nh ng lo i màng composit quan tr ng nh t, đ c s d ng nhi u trong s n xu t n c s ch và x lý

n c ô nhi m [78]

Màng TFC-PA g m có 3 l p, l p b m t (top layer) là polyamid, d i l p b m t

là l p đ x p polysulfone có đ b n c lý cao, d i cùng là l p n n polyester (hình 1.3) [32,35,78] L p b m t đ c ch t o b ng ph ng pháp trùng h p qua b m t phân gi i (interphase polymerization) t các monome m-phenylenediamine (MPD) và trimesoyl chloride (TMC) (hình 1.4) Kh n ng tách l c c a màng do l p b m t polyamid quy t

đ nh, kích th c l l p b m t vô cùng nh (th ng nh h n 2 nm) và r t m ng [35,49,78] Do l p ho t đ ng m ng và ch t sít, nên lo i màng này có kh n ng tách l c

v t tr i (n ng su t l c và đ l u gi cao) Màng TFC-PA có đ b n nhi t, b n hóa h c

và b n c h c t t, nên đ c ng d ng trong nhi u quá trình tách, đ c bi t trong quá trình làm s ch và x lý n c ô nhi m [24,35,58,84,99]

Hình 1.3 C u trúc màng TFC-PA [32,35,78]

Hình 1.4 Gi n đ minh h a quá trình trùng h p qua b m t phân gi i

t o màng TFC-PA [120]

Tuy nhiên, màng TFC-PA có nh c đi m là l p b m t polyamid k n c và b

m t màng thô nhám nên màng d b t c do s bám ph c a các ch t đ c l u gi b i màng trong quá trình l c [49,74,99]; thêm n a, kh n ng ch u môi tr ng chlor ho t

đ ng c a lo i màng này khá th p (chlor ho t đ ng và nh ng h p ch t ch a chlor ho t

đ ng th ng có trong n c do quá trình kh trùng, làm s ch vi khu n [41]), các h p ch t

ch a chlor ho t đ ng có th ph n ng v i nhóm amide trên b m t màng, gây h h i l p

b m t, và làm suy gi m đ c tính tách c a màng [49,74] Th m chí, n ng đ m t vài mg/L c a dung d ch ch a chlor ho t đ ng c ng có th làm suy gi m đ c tính tách c a màng TFC-PA [49,74]

C ch ph n ng c a chlor ho t đ ng v i nhóm polyamid trên b m t màng đ c

ch ra trên hình 1.5 C u trúc hóa h c c a l p polyamid s b thay đ i khi ti p xúc v i chlor ho t đ ng, b i vì nguyên t H c a nhóm amide s tham gia ph n ng đ t o h p

ch t c chlor m t cách d dàng [41]; sau đó là s s p x p l i thành h p ch t Orto-Chlor,

d n đ n làm suy thoái l p ho t đ ng polyamid [37,122]

Hình 1.5 C ch ph n ng c a nhóm polyamid trên b m t màng

khi ti p xúc v i dung d ch chlor ho t đ ng [37]

S suy thoái l p ho t đ ng polyamid b i chlor ho t đ ng có th đ c ng n ch n

b ng cách ph l p polyme khác lên b m t màng, ng n không cho nhóm amide ph n ng

tr c ti p v i chlor ho t đ ng trong dung d ch Ni cùng c ng s [74] đư ph l p copolyme poly (methylacryloxyethyldimethyl benzyl amoni chloride–r–acrylamide–r–2-hydroxylethyl methacrylate) lên b m t màng TFC-PA đ t ng kh n ng ch u môi tr ng giaven K t qu là màng sau ph có kh n ng ch u đ c dung d ch NaClO 16000 ppm/h, trong khi màng n n ch ch u đ c dung d ch NaClO 3000 ppm/h

Nh v y, ngoài vi c nghiên c u bi n tính b m t màng TFC-PA nh m làm t ng

n ng su t l c, duy trì ho c nâng cao đ l u gi , đ ng th i, gi m m c đ t c màng trong quá trình l c, thì vi c nâng cao kh n ng ch u pH và ch u môi tr ng ch a chlor ho t

đ ng c a màng sau khi bi n tính b m t c ng là m t v n đ r t đ c quan tâm, đ c bi t khi ng d ng màng trong làm s ch n c và x lý n c ô nhi m

1.2 ng d ng c a màng l c trong x lỦ n c ô nhi m

Cho đ n nay, nhi u công ngh khác nhau đư đ c áp d ng đ x lý n c ô nhi m

t các dòng th i Có th phân chia thành vài nhóm gi i pháp chính nh bông keo t , h p

ph , oxy hóa, x lý sinh h c, trao đ i ion, đi n hóa và tách màng M i ph ng pháp đ u

có nh ng u, nh c đi m riêng Trong đó, ph ng pháp l c màng có m t s u đi m

t ng ch t r n hòa tan (TDS), c ng nh các h p ch t humic có trong n c t nhiên [33] Màng TFC-PA c ng đ c dùng đ lo i b arsenic trong n c [28] Nh v y, ph ng pháp l c màng không nh ng lo i b đ c khá tri t đ các ch t gây ô nhi m, mà còn cho phép tái s d ng l i n c sau khi làm s ch và thu h i m t s thành ph n còn kh n ng

s d ng l i trong dòng th i [124,125]

1.2.1 ng d ng c a màng trong x lý n c ô nhi m b i m t s h p ch t h u c

lo i b ch t màu t n c th i c a ngành công nghi p d t may, màng TFC-PA

hi n đ c s d ng khá ph bi n [4,60,96] N c th i t o ra t ngành công nghi p d t may là m t trong nh ng ngu n gây ô nhi m nh t trong các ngành công nghi p, b i nó

ch a l ng l n ch t r n l l ng, COD, BOD cao, pH l n, và đ c bi t là ph m màu [60,65,96] N c th i d t nhu m đang gây ô nhi m l n cho môi tr ng và con ng i,

b i ph m màu khá n đ nh và khó b phân h y sinh h c [76,88] H u h t các qu c gia

đ u nh n ra tác đ ng và đ c tính c a thu c nhu m khi th i vào môi tr ng, và đư có

nh ng đi u lu t kh t khe đ ng n ch n quá trình này, đòi h i các c s s n xu t d t may

ph i làm s ch các dòng ch t th i [65,126]

Trong các quá trình màng đ ng l c áp su t, quá trình NF đ c ch ng minh là thích h p và hi u qu h n so v i các quá trình màng khác khi x lý n c th i d t nhu m [96,105] Màng NF có th tách lo i các thu c nhu m tan, thu c nhu m acid, thu c nhu m base, thu c nhu m tr c ti p, thu c nhu m ho t tính , đi u mà các quá trình MF

và UF không gi i quy t đ c [90] Không ch có màng NF, màng RO c ng đư đ c ng

MF và UF, do x lý đ c h n 90 % đ màu, TDS, và làm gi m m nh hàm l ng COD

M t nghiên c u khác c ng cho th y màng polyamid NF90 có th x lý đ c đ n 99 %

đ màu và 87 % COD [88] Quá trình NF v n hành áp su t t ng đ i th p, trong khi màng v n đ t đ c n ng su t l c và đ l u gi t t, chi phí b o d ng không l n [121]

M c dù đ u t ban đ u cho quá trình NF có th cao, nh ng bù l i, chi phí giá thành c a toàn b quá trình x lý s gi m xu ng đáng k do vi c thu h i thu c nhu m d và tái s

d ng l i ngu n n c Tuy nhiên, không ph i t t c các lo i thu c nhu m đ u có th đ c thu h i và tái s d ng trong quá trình nhu m Ví d , thu c nhu m ho t tính trong dòng

l u gi s không s d ng l i đ c vì thu c nhu m đư b th y phân sau khi ra kh i b

nhu m, khi đó, đ c tính và c u trúc c a chúng đư b bi n đ i, đòi h i ph i có bi n pháp

x lý thích h p sau khi l c [16]

Không ch x lý màu n c th i d t nhu m, công ngh màng c ng đang đ c ng

d ng nhi u trong x lý n c m t; n c s ch sau x lý có ch t l ng v t xa các yêu c u

c a quy đ nh hi n hành đ i v i n c sinh ho t Trong n c m t, các ch t h u c t nhiên (NOM) c ng đ c coi là m t trong nhi u nguyên nhân gây ô nhi m n c [66,123] Bruggen và c ng s [25] đư báo cáo r ng vi c lo i b các h p ch t h u c t nhiên trong

n c là c c k c n thi t, và đi u này hoàn toàn có th th c hi n đ c qua quá trình NF

Acid humic (HA), nhóm các ch t h u c t nhiên (NOM) phân tán trong n c,

có nhi u trong n c sông, h , là nguyên nhân ch y u gây tr ng i khi làm s ch n c

m t [75] HA t n t i kh p n i trong môi tr ng n c, và đ c coi là m t s n ph m

c a quá trình phân h y các h p ch t h u c [104], làm nh h ng đ n màu s c c a n c

t nhiên HA là m t h n h p đ ng nh t g m acid carboxylic (COOH) chi m 60 - 90 %, phenol và carbonyl methoxy (C = O) K t qu là các h p ch t humic (HS) mang đi n tích âm khi t n t i trong n c t nhiên [104] Mô hình c u trúc phân t HA đ c th

hi n trên hình 1.6

Hình 1.6 Mô hình c u trúc phân t acid humic [61]

Có ba nhóm ch t t o nên các h p ch t humic, bao g m: nhóm humin t n t i trong

t nhiên có màu đen, hoàn toàn không tan trong n c; acid humic hòa tan trong dung

d ch base (pH > 12), nh ng không tan trong dung d ch acid (pH < 2), tr ng l ng phân

t t 2000 – 5000 Da; và acid fulvic (FA) hoàn toàn tan trong n c, tr ng l ng phân

t d i 2000 Da [61,64]

Ngày nay, màng MF và UF đ c cho là đ c bi t thích h p khi s d ng đ tách

lo i các ch t r n l l ng, vi khu n, t o, đ ng v t nguyên sinh và các ch t r n vô c , h u

c nh HA Tuy nhiên, các lo i màng l c này ít hi u qu trong vi c lo i b các h p ch t

h u c hòa tan, đ c bi t là các h p ch t NOM trong n c b m t [64,66], trong khi, màng NF có th gi i quy t đ c v n đ này, b i kích th c l màng r t nh nên có th

gi đ c h u h t các h p ch t humic tan trong n c, lo i b đ c đáng k các ch t h u

c hòa tan gây ô nhi m [28,66]

Không ch có kh n ng x lý n c b ô nhi m b i các h p ch t màu hay acid humic, công ngh màng còn có th ng d ng trong vi c x lý n c th i giàu protein nh

n c th i s n xu t bia, hay n c th i ngành công nghi p ch bi n s a Braeken cùng

c ng s [73] đư s d ng màng NF đ x lý n c th i nhà máy bia Các k t qu nghiên

c u cho th y màng NF có th lo i b đ c g n nh hoàn toàn COD Madaeni và Mansourpanah [97] đư ti n hành x lý n c th i t nhà máy bia có hàm l ng COD trong kho ng 1500 – 3500 mg/L b ng màng NF TFC-PA; sau x lý, hàm l ng COD

gi y và s n xu t thu c tr sâu…, hàm l ng kim lo i n ng trong n c th i đang ngày

m t t ng cao, và n u không x lý t t s gây ô nhi m môi tr ng [47] Không gi ng nh

các ch t ô nhi m h u c , kim lo i n ng không phân h y sinh h c và có xu h ng tích

l y trong c th s ng, nhi u ion kim lo i n ng đ c h i là ch t gây ung th [20,47] Các kim lo i n ng đ c h i đ c quan tâm đ c bi t trong x lý n c th i công nghi p bao

g m k m, đ ng, nickel, th y ngân, cadmi, chì và chromi [47,102]

Khi so sánh v i các ph ng pháp thông th ng dùng đ lo i b kim lo i n ng trong n c, công ngh màng cho th y nhi u h a h n do có hi u qu cao, d v n hành và

ti t ki m di n tích m t b ng khi tri n khai [20] Trong nh ng n m g n đây, vi c s d ng màng NF trong x lý n c b ô nhi m b i kim lo i n ng đang có xu h ng t ng lên nhanh chóng ư có nhi u công trình nghiên c u s d ng màng NF đ lo i b các ion kim lo i n ng [47,54,102] V i kích th c l màng kho ng 2 nm, màng NF đ c xem là quá trình trung gian gi a UF và RO, là công ngh đ y h a h n trong vi c lo i b các kim

lo i n ng nh nickel, chromi, đ ng và arsenic t n c th i [102]

Trong báo cáo t ng quan v kh n ng lo i b ion kim lo i n ng trong n c, Fu

và Wang [47] đư cho th y kh n ng lo i b arsenic trong n c b i hai lo i màng polyamid th ng m i (NF90 và NF30) Các nghiên c u ch ra r ng cùng v i s gia t ng giá tr pH và gi m nhi t đ quá trình l c tách, kh n ng lo i b arsenic t ng cao cho c hai lo i màng, m t s nhà nghiên c u khác đư s d ng màng TFC-PA th ng m i đ

lo i b các ion nickel và cadmi t n c th i l u gi nickel l n l t là 98 % và 92 %

đ i v i các n ng đ dung d ch ban đ u là 5 và 250 mg/L; đ l u gi c a màng v i cadmi

là 82,69 % khi n ng đ dung d ch ban đ u là 5 mg/L Qdais và Moussa [54] đư dùng màng l c TFC-PA đ x lý n c th i ch a ion đ ng và cadmi K t qu ch ra r ng màng này có th l u gi đ c h n 90 % đ i v i c hai lo i ion Maher và c ng s [20] đư ti n hành lo i b nickel và chì trong n c u ng, và nh n th y đ l u gi nickel và chì l n

l t là 93 % và 86 % khi s d ng màng th ng m i TFC-PA Mehdipour cùng c ng s [102] đư s d ng màng TFC-PA đ lo i b mu i Pb (II), k t qu cho th y đ l u gi Pb (II) đ t đ n 97,5 % áp su t 30 bar và n ng đ ion chì trong dung d ch ban đ u là 400 mg/L

Ngoài ion kim lo i n ng, màng polyamid c ng đ c s d ng đ lo i b các ion kim lo i hóa tr II (Ca2+, Mg2+), làm m m n c và s n xu t n c s ch Màng NF TFC-

PA không có kh n ng l u gi cao v i các mu i đ n hóa tr nh NaCl, KCl, nh ng l i

có th lo i b g n nh hoàn toàn các mu i đa hóa tr , và các h p ch t h u c phân t

nh C ng theo báo cáo c a Fu và Wang [47], các nhà nghiên c u đư s d ng màng NF TFC-PA đ làm s ch n c cho thành ph H nh n th y r ng màng này có kh n ng x

lý n c th i th c p b i kích th c l màng khá nh , có th tách đ c các ion hóa tr II

nh Ca2+, Mg2+ làm m m n c

Theo báo cáo c a Izadpanah và Javidnia [21], các nhà nghiên c u đã làm gi m

đ c ng c a n c ng m b ng màng polyamid th ng m i, và k t lu n r ng kh n ng làm gi m đ c ng c a màng polyamid UTC20 t t h n so v i các màng polyamid NF70

và UTC60, đ l u gi calci c a màng UTC20 có th lên đ n 96 %; các nhà nghiên c u khác đư s d ng màng polyamid NF 200B đ x lý n c ng m có đ c ng cao và n ng

đ ch t h u c t nhiên l n, k t qu cho th y màng có th l u gi trên 95 % NOM, đ

l u gi các ion Ca2+ và Mg2+ c ng khá cao (~ 74 % và 86 %); kh n ng làm m m n c

c p cho thành ph Constantin (Algeria) t ngu n n c ng m và n c b m t, s d ng màng polyamide NanoMax-50 c ng đ c nghiên c u, và k t qu cho th y đ l u gi các cation hóa tr hai (Ca2+ và Mg2+) cao h n so v i các cation hóa tr m t (Na+ và K+); các nhà nghiên c u c ng đư s d ng màng NF đ x lý n c b m t, s d ng các cu n màng FilmTec polyamid NF200B đ tách l c sucrose, glucose và các mu i NaCl, CaCl2, MgSO4; k t qu cho th y đ l u gi t ng ng cho t ng đ i t ng nghiên c u là 94 %,

97 %, 55 %, 64 % và 98 %

Hi n nay, màng TFC-PA đang đ c ng d ng ngày càng nhi u trong các quá trình x lý n c th i và làm s ch n c m t Tuy nhiên, nh c đi m c a vi c áp d ng k thu t l c màng trong vi c làm s ch n c và x lý n c th i là hi n t ng các ch t l u

gi bám ph trên b m t màng trong quá trình l c, làm gi m m nh n ng su t l c, th m chí gây t c màng, h n ch các ng d ng c a công ngh l c màng nói chung [21,104,123]

1.3 Hi n t ng t c màng trong quá trình tách l c

1.3.1 Hi n t ng t c màng

T c màng là m t hi n t ng vô cùng ph c t p và khó có th đ nh ngh a chính xác Nói chung, thu t ng này đ c dùng đ mô t s k t ph không mong mu n c a các ti u phân ch t tan b l u gi l i trên b m t và bên trong các l x p c a màng trong quá trình tách l c [21,45,72]

Tùy thu c vào b n ch t hóa h c c a các ti u phân gây t c màng (foulants), có th phân bi t m t vài ki u t c màng x y ra trên màng, nh t c màng gây b i các h p ch t

vô c (c n), t c màng gây b i các h p ch t keo, t c màng gây b i các h p ch t h u c hay t c màng sinh h c [90,117]

T c màng gây b i các ch t vô c hay s t o thành c n bám (scale) trên b m t màng là do s t ng n ng đ c a m t hay nhi u mu i vô c khi v t quá gi i h n đ tan

c a chúng, và b k t t a trên b m t màng [25] S đóng c n th ng liên quan đ n s t o thành k t t a c a các mu i tan thu n ngh ch nh CaCO3, CaSO4.xH2O, và Ca3(PO4)2 Các ti u phân có nguy c gây đóng c n l n nh t trong quá trình l c là CaCO3 và CaSO4.2H2O, các ti u phân ti m n ng khác là BaSO4, SrSO4, Ca3(PO4)2 và Fe(OH)3[90,117]

Khi hi n t ng t c màng x y ra b i các ti u phân keo và các h t l l ng có kích

th c trong kho ng m t vài nanomet đ n m t vài micromet, ví d nh các khoáng sét,

mu i silic và hydroxide c a các kim lo i n ng [90,117], n ng đ c a các ti u phân keo

b l u gi trên b m t màng t ng lên, t o đi u ki n cho s k t t c a các h p ch t h u

c không tan, ví d các ch t h u c t nhiên (NOM), t o thành các h t keo bám ph trên

b m t màng [25,90,117]

V i s t c màng gây b i các h p ch t h u c , các ch t màu, protein, các h p ch t humic và polysacarit là các ch t gây t c màng m nh, và là b t thu n ngh ch (khó r a) [90,117] Protein là thành ph n gây t c màng chính trong công nghi p thu c, th c ph m

và sinh h c Các ch t màu và các h p ch t NOM là tác nhân gây t c ch y u khi màng

đ c dùng đ x lý n c th i nhu m, n c m t, n c l và n c bi n Các thành ph n

k n c c a các phân t ch t màu hay NOM b h p ph m nh trên b m t màng, là y u

t chính gây ra s suy gi m n ng su t l c qua màng, trong khi các thành ph n a n c

c a NOM hay các phân t ch t màuít gây t c màng [90,117]

T c màng sinh h c là thu t ng dùng đ mô t các ki u t c màng có liên quan đ n

vi sinh v t [90,117] Quá trình này x y ra do vi khu n phát tri n, d n d n s hình thành

l p màng vi khu n bám trên b m t Thông th ng, hi n t ng t c màng sinh h c đ c

kh i mào b i s bám dính c a m t hay vài ki u vi khu n trên b m t màng, sau đó phát tri n nhanh và đ c nhân lên v i s có m t c a các ch t dinh d ng có trong n c [49]

S hình thành màng sinh h c là m t quá trình g m nhi u giai đo n v i s tích t d n d n

c a các vi sinh v t trên b m t màng Khi s d ng màng trong x lý n c th i, l p màng sinh h c có th dày 20 - 30 µm [25] T i đây, các vi sinh v t s phát tri n và s d ng các

ch t dinh d ng có trong n c Qua đó, chúng s bài ti t các ch t cao phân t ngo i bào (EPS) ra b m t xung quanh t bào, t o thành m t l p ch t nh n đ b o v các vi sinh

v t, và đ c g i là màng sinh h c, gây t c màng trong quá trình l c [25,117] Tuy nhiên,

h u h t n l c đ gi m t c màng sinh h c đ u không hi u qu , b i l p màng sinh h c

Hình 1.7 Các c ch gây t c màng [44]

1.3.2 Hi n t ng t c màng khi tách l c dung d ch h u c

V i các màng có kích th c l n m trong ph m vi c n nano (near-nanometer)

ho c d i nano (sub-nanometer), các h p ch t h u c nh protein, thu c nhu m hay acid humic s có khuynh h ng b tích l y trên b m t màng, hình thành l p ch t b l u

gi có chi u dày t ng d n theo th i gian tách l c S t o thành l p ch t b l u gi tích

l y trên b m t màng trong quá trình l c s gây ra hi n t ng t c màng n u màng không

đ c làm s ch th ng xuyên [90]

Akbari và c ng s [12] đư nghiên c u x lý b y lo i ph m nhu m khác nhau thu c các nhóm (acid, base, phân tán, tr c ti p và ho t tính) b ng màng TFC-PA, k t

qu cho th y n ng su t l c c a màng đ u b suy gi m m nh theo th i gian

M c dù đư có nhi u công trình công b v vi c s d ng màng l c đ thu h i, tái

s d ng ngu n n c khi x lý n c th i d t nhu m, nh ngs suy gi m n ng su t l c

qua màng do hi n t ng t c ngh n trong quá trình l c v n là m i quan tâm l n [12] Bruggen cùng c ng s [25] đư nghiên c u và xác đ nh c ch quá trình suy gi m n ng

su t l c c a màng TFC-PA theo th i gian b ng cách s d ng hai đ i t ng l c là ph m Reactive Blue 2 và ph m Reactive Orange 16 K t qu ch ra là n ng su t l c gi m nhanh

h n khi n ng đ ph m nhu m trong dung d ch đ u vào l n, do l ng ph m b bám ph trên b m t màng trong quá trình tách l c nhi u h n [25] c bi t, màng TFC-PA r t d

t o liên k t c ng hóa tr v i thu c nhu m theo ph ng trình d i đây [12]:

H2N-Polyamid-COOH+Dye-x-CH2CH2-yDye-x-CH2CH2-HN-Polyamid-COOH Liên k t c ng hóa tr

Do đó, ph m nhu m đ c coi là m t tác nhân gây t c màng l n, c n ph i l a ch n các ph ng pháp nh m ki m soát và h n ch hi n t ng t c màng, nâng cao hi u qu

c a quá trình tách l c

H p ch t humic c ng đ c xác đ nh là tác nhân gây t c màng l n trong quá trình tách l c [66,104] Kaiya cùng c ng s [131] đư phân tích l p k t ph hình thành trên b

m t màng s i r ng khi ti n hành l c n c h Kasumigaura, và nh n th y có s hình thành m t l p ch t h u c d ng keo trên b m t màng trong quá trình l c Nilson và DiGiano [66] đư nghiên c u tác đ ng c a các h p ch t NOM đ i v i màng TFC-PA, và

đi đ n k t lu n r ng ch các h p ph n có tr ng l ng phân t l n c a các h p ch t NOM

m i đóng góp vào s hình thành l p c n bám trên b m t màng Ngay khi l p c n b t

đ u hình thành, s gây ra hi n t ng t c màng n u màng không đ c làm s ch k p th i Trong m t nghiên c u g n đây h n, Lowe cùng c ng s [64] đư ch ra r ng các ch t h u

c h p ph trên b m t màng là nguyên nhân chính gây ra s suy gi m n ng su t l c trong quá trình x lý n c b ô nhi m b i các h p ch t acid humic

M c dù n ng đ ch t ô nhi m h u c không đóng góp nhi u vào vi c làm t ng áp

su t th m th u, nh ng hi n t ng suy gi m n ng su t l c do s h p ph c a chúng lên

b m t màng l c và bên trong các l màng có th x y ra làm t ng tr kh i h p ph (Rads),

có liên quan đ n s t ng n ng đ ch t ô nhi m h u c , đ n m t m c đ nào đó, s k t

ph ch t ô nhi m n ng đ cao s d n đ n giá tr bão hòa c a Rads [90] Thông th ng,

s h p ph các ch t ô nhi m đ c quan sát th y b i s xu t hi n màu s c trên b m t màng sau khi l c Quá trình h p ph này th ng x y ra do các t ng tác đ c bi t, nh

t ng tác t nh đi n, l c Van der Waals hay liên k t hydro gi a các nhóm ch c trong các phân t ch t ô nhi m và b m t màng l c [117]

G n đây, ng i ta đi đ n th ng nh t r ng hi n t ng t c màng gây ra b i các h p

ch t h u c và vi sinh v t ch y u ph thu c vào các tác nhân có kh n ng h p ph lên

b m t màng, và b nh h ng b i các t ng tác k n c, liên k t hydro, t ng tác Van der Waals [117] Mi và c ng s [27] cho bi t kh n ng b t c ngh n c a màng polyamid cao h n nhi u so v i màng celulose acetate, ch y u là do đ c đi m l p b m t c a màng polyamid Màng TFC-PA có b m t khá thô nhám, nên các ch t h u c r t d b bám

ph trên b m t màng trong quá trình tách l c Do đó, đ gi m t c ngh n cho màng nói chung, và đ c bi t cho màng TFC-PA nói riêng, c n ng n ch n s h p ph hay s bám

ph không mong mu n c a cácch t gây t c lên b m t màng [25,117]

1.3.3 Hi n t ng t c màng khi tách l c dung d ch mu i vô c

Khi tách l c dung d ch mu i vô c , s có m t c a các mu i v i n ng đ cao trong

n c ô nhi m là y u t đ u tiên gây nên s suy gi m n ng su t l c c a màng Nghiên

c u c a Hilal và c ng s [90] cho th y s l u gi các mu i làm t ng áp su t th m th u

m nh h n nhi u so v i các phân t ch t h u c Áp su t th m th u gây b i các ion t ng đáng k theo n ng đ ion i u đó ch ng t s suy gi m n ng su t l c do áp su t th m

th u ch y u do s t ng n ng đ các ion trong dung d ch Không ch có v y, khi l c dung

d ch các mu i vô c , kh n ng hình thành l p c n bám trên b m t màng khá cao, làm suy gi m n ng su t l c c a màng theo th i gian

Màng polyamid NF270 đư đ c nghiên c u đ tách lo i các ion đ ng, cadmi, mangan, chì trong n c có n ng đ ban đ u 1000 mg/L pH 1,5 v i đ l u gi l n l t

là 100 %, 99 %, 89 %, và 74 % Tuy nhiên, quá trình l c đ u x y ra hi n t ng gi m

n ng su t l c qua màng, là do s h p ph c a các hydroxide kim lo i, hình thành l p bánh l c trên b m t màng M c đ gây t c ngh n trên màng NF270 gi m d n theo th