Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo và biến tính bề mặt màng lọc polyacrylonitrile

• Tác giả: Phạm Thị Phƣợng
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thị Dung
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá Học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và biến tính bề mặt màng lọc polyacrylonitrile
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Giới thiệu về màng lọc và các quá trình tách dùng màng
• 1.1. Cơ chế tách qua màng
• 1.1.1. Thuyết sàng lọc
• 1.1.2. Thuyết hòa tan khuếch tán
• 1.1.3. Thuyết mô hình mao quản
• 1.2. Một số đặc trưng cơ lý của màng
• 1.3. Các quá trình màng động lực áp suất
• 1.3.1. Màng vi lọc (Microfiltration) (MF)
• 1.3.2. Màng siêu lọc (Ultrafitration) (UF)
• 1.3.3. Màng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis) và lọc nano (Nanofiltration)
• 1.4. Các thông số của quá trình tách qua màng
• 1.4.1. Độ lưu giữ R
• 1.4.2. Độ chọn lọc φ
• 1.4.3. Lưu lượng lọc J
• 1.4.4. Độ thấm nước
• 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng
• 1.5.1. Sự phân cực nồng độ
• 1.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tách
• 1.5.3. Bản chất của vật liệu tạo màng
• 1.5.4. Áp suất làm việc. Hiện tượng tắc nghẽn màng (fouling)
• 1.5.5. Các yếu tố ảnh hưởng khác
• 1.6. Ứng dụng của màng lọc
• 1.7. Các phương pháp chế tạo màng
• 1.7.1. Kỹ thuật dung kết nhiệt (sintering)
• 1.7.2. Kỹ thuật ăn mòn theo vết (track – etching)
• 1.7.3. Kỹ thuật đảo pha (phase inversion)
• 1.7.4. Cơ chế hình thành màng đảo pha đông tụ chìm
• 1.7.5. Tốc độ đông tụ và cấu trúc màng
• 1.7.6. Ảnh hưởng của nồng độ polyme trong dung dịch tạo màng
• 1.7.7. Ảnh hưởng của thời gian bay hơi dung môi
• 1.7.8. Nhiệt độ môi trường đông tụ
• 1.8. Biến tính bề mặt màng lọc
• 1.8.1. Trùng hợp ghép khơi mào plasma
• 1.8.2. Trùng hợp ghép khơi mào bằng các ion kim loại
• 1.8.3. Trùng hợp ghép quang hóa dưới bức xạ tử ngoại (UV)
• 1.8.4. Trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử
• 1.9. Màng lọc Polyacrylonitrile (PAN)
• 1.10. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Chế tạo màng PAN bằng phương pháp đảo pha đông tụ chìm
• 2.4. Biến tính bề mặt màng PAN bằng trùng hợp ghép quang hóa
• 2.5. Biến tính bề mặt màng PAN bằng trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử
• 2.6. Đánh giá các đặc tính của màng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đường chuẩn xác định nồng độ protein trong dung dịch
• 3.2. Chế tạo màng lọc polyacrylonitrile (PAN)
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ PAN trong dung dịch tạo màng
• 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian bay hơi dung môi
• 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đông tụ
• 3.2.4. Ảnh hưởng của thành phần maleic trong dung dịch tạo màng
• 3.3. Biến tính bề mặt màng lọc PAN
• 3.3.1. Trùng hợp ghép khơi mào oxi hóa khử bề mặt màng với acid maleic
• 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ thực hiện phản ứng trùng hợp
• 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian trùng hợp ghép (redox) với MA
• 3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch acid maleic
• 3.3.5. Trùng hợp ghép khơi mào oxi hóa khử với acid acrylic
• 3.3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ tiến hành phản ứng trùng hợp ghép
• 3.3.7. Ảnh hưởng của nồng độ acid acrylic trong dung dịch trùng hợp
• 3.3.8. Ảnh hưởng của thời gian trùng hợp ghép AA
• 3.3.9. Trùng hợp ghép quang hóa bề mặt màng với acid acrylic
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu chế tạo màng lọc polyacrylonitrile

Màng lọc polyacrylonitrile (PAN) là một trong những loại màng lọc phổ biến trong công nghệ tách. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xử lý nước, công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Việc nghiên cứu chế tạo và biến tính bề mặt màng lọc PAN không chỉ giúp nâng cao hiệu suất lọc mà còn cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của màng. Nghiên cứu này tập trung vào các phương pháp chế tạo màng và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của màng.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của màng lọc polyacrylonitrile

Màng lọc polyacrylonitrile có nhiều đặc điểm nổi bật như độ bền cơ học cao, khả năng chịu hóa chất tốt và tính thấm chọn lọc. Chúng thường được sử dụng trong các quá trình lọc vi sinh, siêu lọc và thẩm thấu ngược. Việc hiểu rõ về đặc điểm này giúp tối ưu hóa quy trình chế tạo và ứng dụng màng.

1.2. Lịch sử phát triển và xu hướng nghiên cứu màng lọc

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về màng lọc polyacrylonitrile đã có những bước tiến đáng kể. Các phương pháp chế tạo mới và công nghệ biến tính bề mặt đã được phát triển nhằm nâng cao hiệu suất và độ bền của màng. Xu hướng hiện nay là tìm kiếm các phương pháp thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu màng lọc

Mặc dù màng lọc polyacrylonitrile có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề và thách thức trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng. Các vấn đề này bao gồm hiện tượng tắc nghẽn màng, độ bền của màng trong môi trường làm việc khắc nghiệt và chi phí sản xuất. Việc giải quyết những thách thức này là cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng màng.

2.1. Hiện tượng tắc nghẽn màng và giải pháp khắc phục

Hiện tượng tắc nghẽn màng là một trong những vấn đề lớn nhất trong quá trình lọc. Nó xảy ra khi các chất bẩn tích tụ trên bề mặt màng, làm giảm hiệu suất lọc. Các giải pháp như tăng cường rửa màng, sử dụng hóa chất tẩy rửa hoặc thay đổi điều kiện vận hành có thể giúp giảm thiểu hiện tượng này.

2.2. Độ bền và tuổi thọ của màng lọc trong ứng dụng thực tế

Độ bền của màng lọc polyacrylonitrile phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất và hóa chất tiếp xúc. Việc nghiên cứu các yếu tố này giúp cải thiện tuổi thọ của màng và giảm chi phí bảo trì trong quá trình sử dụng.

III. Phương pháp chế tạo màng lọc polyacrylonitrile hiệu quả

Có nhiều phương pháp chế tạo màng lọc polyacrylonitrile, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu suất của màng. Các phương pháp phổ biến bao gồm kỹ thuật đảo pha, kỹ thuật dung kết nhiệt và kỹ thuật ăn mòn theo vết.

3.1. Kỹ thuật đảo pha trong chế tạo màng lọc

Kỹ thuật đảo pha là một trong những phương pháp phổ biến nhất để chế tạo màng lọc polyacrylonitrile. Phương pháp này cho phép tạo ra màng với cấu trúc xốp và độ thấm cao. Các yếu tố như nồng độ polymer, nhiệt độ và thời gian đông tụ đều ảnh hưởng đến chất lượng màng.

3.2. Kỹ thuật ăn mòn theo vết và ứng dụng

Kỹ thuật ăn mòn theo vết là một phương pháp tiên tiến giúp tạo ra các màng lọc với kích thước lỗ chính xác. Phương pháp này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như lọc vi khuẩn và virus.

IV. Biến tính bề mặt màng lọc polyacrylonitrile để nâng cao hiệu suất

Biến tính bề mặt màng lọc là một trong những phương pháp hiệu quả để cải thiện tính chất và hiệu suất của màng. Các phương pháp biến tính phổ biến bao gồm trùng hợp ghép quang hóa và trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử. Những phương pháp này giúp tăng cường khả năng giữ lại các cấu tử cần tách và giảm thiểu hiện tượng fouling.

4.1. Trùng hợp ghép quang hóa bề mặt màng

Trùng hợp ghép quang hóa là một phương pháp hiệu quả để biến tính bề mặt màng lọc polyacrylonitrile. Phương pháp này sử dụng bức xạ UV để kích hoạt phản ứng trùng hợp, tạo ra các nhóm chức năng mới trên bề mặt màng, từ đó cải thiện khả năng tương tác với các cấu tử cần tách.

4.2. Trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử

Phương pháp trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa khử cũng được sử dụng để biến tính bề mặt màng. Phương pháp này giúp tạo ra các nhóm chức năng có khả năng tương tác tốt hơn với các chất cần tách, từ đó nâng cao hiệu suất lọc của màng.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của màng lọc

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng lọc polyacrylonitrile sau khi được chế tạo và biến tính có hiệu suất lọc cao hơn so với màng chưa được biến tính. Các ứng dụng thực tiễn của màng lọc này rất đa dạng, từ xử lý nước thải đến lọc trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Việc áp dụng các màng lọc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn bảo vệ môi trường.

5.1. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Màng lọc polyacrylonitrile được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, giúp loại bỏ các tạp chất và vi khuẩn có hại. Việc sử dụng màng lọc này không chỉ nâng cao chất lượng nước mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5.2. Ứng dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm

Trong ngành thực phẩm và dược phẩm, màng lọc polyacrylonitrile được sử dụng để lọc và tinh chế các sản phẩm, đảm bảo an toàn và chất lượng. Việc áp dụng màng lọc này giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu màng lọc

Nghiên cứu chế tạo và biến tính bề mặt màng lọc polyacrylonitrile đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực công nghệ lọc. Các phương pháp chế tạo và biến tính hiện đại không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới và cải tiến trong công nghệ lọc.

6.1. Triển vọng nghiên cứu và phát triển công nghệ màng lọc

Triển vọng nghiên cứu trong lĩnh vực màng lọc polyacrylonitrile rất rộng mở. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các loại màng mới với tính năng vượt trội hơn, đồng thời tìm kiếm các phương pháp chế tạo thân thiện với môi trường.

6.2. Tác động của nghiên cứu đến ngành công nghiệp

Nghiên cứu chế tạo và biến tính màng lọc polyacrylonitrile có thể tạo ra những tác động tích cực đến ngành công nghiệp, từ việc cải thiện quy trình sản xuất đến giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.