ĐẠI bỌc QUỐC GIA hÀ HỘI TTƠ|ỜNG ĐẠI hỌc KhÚA hỌc TỰ HhIÊN HGÔ hÒïG ÁNh ThU HGHIÊH cỨU bIÉH TíHh bÈ MAT MATIG LỌCc c0MP0SIT P0LVAMID LỚP MỎIG (TFc-PA) VÀ KhẢ HĂNG ỨNG DỤNG MÀNG TT0IG XỬ LÝ HG0JỚc Ô HIhIÊM LUAT AM TIET SĨ hóA hỌc hừTội= yp e© ¬ ĐẠI bỌc QUỐC GIA hÀ HỘI TTƠ|ỜNG ĐẠI hỌc KhÚA hỌc TỰ HhIÊN HGÔ hÒïG ÁNh ThU HGHIÊH cỨU bIÉH TíHh bÈ MAT MATIG LỌCc c0MP0SIT P0LVAMID LỚP MỎIG (TFc-PA) VÀ KhẢ HĂNG ỨNG DỤNG MÀNG TT0IIG XỬ LÝ HGJỚc Ô HhIÊM chuyên ngành: hóa Môi trojong Ma số: 62440120 LUAT AM TIET SĨ hóA hỌc IGŒIỜI hd|ÓIG DÃII Kh0A hOc: 1. TTAT Thị DUIIG 2. ShHISUKE MOIT hà Hội - 2017 LỜI cAM Đ0AH Tác gia xin cam dOan đây là công lrình nghiên cứu của ban than tac gia. cdc kết quả nghiên cứu và các kết luận lr0ng luận án này là trung thuc, va khong sa0 chép lừ sấi kỳ một nguồn lài liệu nà0 và dojới sất kỳ hình thức nà0.
Việc tham khả0 các nguồn lài liệu đã đojợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn lài liệu tham khảO0 đúng quy định. Tác giả luận án Hgô hồng Ánh Thu LOIcAM O11 Với lòng siết ơn sâu sắc, xin ch0 phép em dành những dòng đầu liên của luận án gửi lời cảm ơn chân thành nhất lới PGS. Trần Thị Dung, ngojời đã liếp nhận, gia0 đề hài, lận tình hơiớng dẫn và †ạ0 mọi điều kiện thuận lợi nhất ch0 em lr0ng suốt quá trình thực hiện luận án. Em xin đojợc gửi lời tri ân chân thành nhất đến cô.
Với thầy hojớng dẫn thứ hai, PGS. Shinsuke M0ri, em xin chân thành cảm ơn thầy sởi sự hojớng dẫn lận lình của thay, đặc siệt là lr0ng thời gian em sang [That thực lập. Em xin cảm ơn thầy về món quà của thầy dành ch0 em. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành lới các thầy cô lr0ng kh0a h0á học, các thầy cô lr0ng bộ môn công nghệ hóa học, các thầy cô lr0ng phòng thí nghiệm hóa Môi lroờng đã truyền thụ ch0 em những kiến thức quý sáu, cũng nhọi động viên, giúp đỡ, đóng góp giúp em nhiều ý kiến tr0ng suốt quá trình em học lập và công lác.
Tác giả xin dojoc cam ơn TS. Đỉnh hùng cơjờng, TS. Trịnh Xuân Đại đã giúp lác giả đ0 đạc các mẫu phân lích; xin cảm ơn ThS. Đỗ Đình Khải đã giúp lác gid rat mhiéu vé mat kỹ thuật để tác giả có thé h0àn thiện công trình này.
Tác giả cũng xin đojợc gửi lời cảm ơn lới Quỹ Phat trién Kh0a hoc va công nghệ quốc gia (HAF0STED), chojơng trình 911 của chính phủ Việt Tam, Quỹ T'y0ichi Sasalkawa YOung Leaders Fell0wship Fund (Sylff), Dai học Quốc gia hà Hội (VHU) và Trơjờng Đại học Kh0a học Tự nhiên (hUS) đã giúp lôi rat nhiều †r0ng suốt thời gian lôi học lập. cuối cùng, xin duoc pay †ỏ lòng siết ơn lới gia đình lôi, đặc siệt là ngơiời mẹ luôn dõi the0 từng sojớc lôi đi, ngojời mẹ chồng đã giúp đỡ lôi rất nhiều, ngơjời chồng là điểm lựa vững chắc, chia sẻ mọi khó khăn lr0ng cuộc sống, cÚn gái đáng ii yêu và lới các chị em thân thiết, sạn sè thân yêu của lôi. Hgô hồng Ánh Thu iii TóM TẮT LUẬN ÁN Màng lọc c0mp0sil p0lyamid lớp mỏng (TFc-PA) là mội tr0ng các l0ại màng đang đojợc sử dụng khá rộng rãi d0 có lính năng lọc lách volợ† trội và có độ sền cơ học, í† sịj ảnh hojởng bởi sinh vật. Tuy nhiên, màng TFc-PA có nhojợc điểm là dé bị lắc nghẽn lr0ng quá trình lọc lách, làm giảm hiệu quả của ‡0àn sộ quá lrình màng.
ch0 đến nay, việc nâng ca0 khả năng chống lắc mà không làm giảm lính năng lọc lách của màng nói chung và màng TFc-PA nói riêng vẫn là một thách thức trOng lĩnh vực nghiên cứu chế lạ0 và ứng dụng màng lọc. Luận án đã liến hành nghiên cứu siến lính sề mặt màng lọc c0mp0sil TEc- PA bằng mội số phoJơng pháp nho tròng hợp ghép quang hóa dojới ức xạ lử ng0ại, ròng hợp ghép khơi màO0 0xy hóa khử và phủ lớp hạt T10: kích thojớc nan0met lên trên sề mặt màng, nhằm nâng ca0 lính năng lọc lách và khả năng chống lắc ch0 màng. các đặc lính sề mặt và đặc lính tach lọc của màng đojợc khả0 sát và đánh giá, với đối loJợng lách lọc là một số chất hữu cơ, vô cơ và i0n kim l0ại nặng độc hại lrÔng nojớc. các kế! quả nghiên cứu ch0 thấy quá trình siến lính sề mặt màng lọc c0mp0sii TFc-PA đã làm thay đổi rõ rệt đặc lính sề mặt và lính năng lách lọc của màng.
các điều kiện siến lính sề mặi màng nhơi nồng độ tác nhân ghép, thời gian tròng hợp ghép, nồng độ chất khơi mà0, hàm lơợng huyền phù Ti0: kích thojớc nan0met, thời gian kích thích sức xạ lử ng0ại (UV). có ảnh hojởng mạnh đến đặc lính của màng. Từ các kết quả thực nghiệm, có thể rúi ra các điều kiện siến lính bề mặt màng thích hợp và ch0 hiệu quả lách lọc lốt nhất là màng lròng hợp ghép quang hóa với acid acrylic 10 g/L trOng 7 phúi, màng lròng hợp ghép khơi ma0 Oxy hoa khir voi acid acrylic 10 g/L lr0ng 5 phút, màng lròng hợp ghép quang hóa với p0ly (ethylen glycOl) 30 g/L tr0ng 10 phúi và màng phủ lớp hat iv Ti02 kich thojớc nan0me† 15 ppm, chiếu sức xạ lử ng0ại tr0ng 30 giây. Phổ hồng ng0ại phản xạ ch0 thấy sự xuất hiện các nhóm chức cars0nyl, hydr0xyl và Ti0h oJa nojớc trên sề mặt màng sau khi siến lính, loJơng ứng với các lác nhân sử dụng là acid acrylic (AA), p0ly (elylen glyc0I) (PEG) và Ti0›.
bề mặt màng trở nên oJa nolớc hơn với góc thấm clớt giảm mạnh, từ 519 của màng nền san đầu xuống kh0ảng 250 ch0 các màng tròng hợp ghép với AA, kh0ảng 150 ch0 màng trùng hợp ghép với PEG, kh0ang 33° chO màng phủ Ti0a và lrở nên siêu ơịa nơjớc với góc thấm ojớt nhỏ hơn 100 ch0 màng phủ Ti0› đojợc chiếu sức xạ UV. Ảnh chụp hiên vi điện †ử quét và hiển vi lực nguyên lử ch0 thay 5é mat mang sau khi trong hop ghép lrở nên chặt sí! hơn và lrơn nhẫn hơn đ0 sự hình thành lớp p0lyme ghép, độ thô nhám bề mặt màng giảm xuống rõ rệt. Kết quả đánh giá đặc lính lọc lách của màng siến lính sề mặt chứng 46 su lăng lên đồng thời của cả sa thông số gồm độ loiu giữ, năng suất lọc và khả năng chống lắc. Độ loiu giữ lăng khOảng 4 %, lr0ng khi năng suất lọc cua mang tng Hr 35 đến 60 %, mức độ duy trì năng suất lọc ca0 hơn từ 20 đến 40 % s0 với màng nền.
Màng sau khi siễn lính sề mặt có độ loiu giữ khá ôn định lr0ng kh0ảng ph từ 2 đến 11, đặc siệ! khả năng chịu chl0r h0ạ† động của màng tròng hợp ghép sề mặt tro nên lốt hơn nhiều s0 với màng san đầu. Màng sau khi siến lính sề mặt với AA, PEG và Ti0; kích thojớc nan0me† có khả năng lách l0ại khá triệt để các chất hữu cơ lự nhiên lan lr0ng nojớc, cũng nhọi các i0n kim l0ại nặng, am0ni, cr0mal. Kết quả đánh giá với một số mẫu nojớc thải thực lế ch0 thấy, màng TFc-PA siến lính sề mặt có thê l0ại sỏ gần nhơi h0àn l0àn thuốc nhuộm do| lr0ng nojớc thải đệt nhuộm, pr0lein và các chất hữu cơ lr0ng dịch thải bia sau lên men, các 10n kim l0ại nặng lr0ng nojớc thải mạ, với các lính năng lách lọc đojợc nâng lên đáng kể s0 với màng nền. vi ABSTTAcT The p0lyamide thin film cÔmpOsile (TFc-PA) memranes exhibiIl superi0r water flux and g00d resistance 10 pressure cCOmpactiOn.
They have wide Operating ph range and g00d stability 10 bidlOgical attack. TherefOre, the TFc-PA mempraries are widely accepted as the relevant chOice fOr water treatments, especially fOr prOducing Of the pure and ultrapure water. hOwever, the p0Or fOuling restrain the filtraliOn capacity and lifetime Of the TFc-PA membranes, leading 10 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 devel0pment Of membrane applicatiOns.
In this wOrk, the UV-ph0t0-induced grafting, the redOx-initiated grafting and the cOating Of titanium diOxide nanOparticles OntO the surface Of cCOmmercial TFc-PA membrane have been carried Out 10 enhance the memprane separahOn perfOrmance and antifOuling prOperty. The changes Of the memprane surface characteristics were evaluated and the memprane separatiOn perfOrmance were determined thr0ugh the pOssibility fOr remOval Of Organic and inOrganic cCOmpOunds, heavy metal iOns in water. The experimental results demOnstrated that the grafting pOlymerizaliOns and the cOating Of titanium diOxide nanOparticles led 10 changes in the memprane surface characteristics and membrane filtratiOn perfOrmance. The cOnditiOns Of the mOdificaiOn Of membrane surface such as mOn0Omer cOncentratiOn, graft pOlymerizatiOn time, Ti02 cOncentratiOn and UV irradiatiOn time highly influenced On membrane characteristics.
FrOm the experimental results, the mOst suitable m0dificaliOn cOnditiOns using acid acrylic (AA), pOly (ethylene glycOl) (PEG) and Ti02 nanOpariicles fOr the memsrane characterishcs cOuld be Obtained: 10 AA-UV 7min, 10 AA-Ted0x 5min, 30 PEG-UV 10min and TFc-PA/Ti02,UV. The FTIT-ATE analysis verified the appearances Of hydr0philic grOups such vii as carb0nvl, hydrOxyl and Ti-Oh after grafting Of AA, PEG Or cOaling Of Ti02 nranOparticles OntO membrane surface. The fOrmatiOn Of the hydr0philic layer increased the hydr0philicity Of mempranes with the strOngly reduced water cOmtact angles, frOm viii 51° Of unmOdified memsrane 10 abut 25°, 15° and 33° fOr the AA-grafted, PEG- grafted and Ti02-cOated membranes, respectively. The Ti02-cOated memprane surface became super-hydr0philic with the cOmtact angles are less than 10°.
The SEM and AFM images demOnstrated that the grafted membrane surface is mOre relative cOmpact and sm00ther after grafting. The filtratiOn experiments illustrated the imprOved separahOn perfOrmantce Of the mOdified memsranes with the simultaneOus enhancement Of memprane flux and retentiOn and antifOuling pr0perty fOr separaliOn Of the different Organic and inOrganic substances in am aqueOus feed sOlutiOn. The retentiOn increased abOut 4 %, while the membrane flux increased frOm 35 10 60 %, the antifOuling prOperty increased frOm 20 10 40 % cOmpared 10 the unmOdified One. The mOdified memsranes sh0wed the stable retentiOn fOr a wide range Of ph frOm 2 10 11, especially the chlOrine resistance Of the grafted membranes was significantly imprOved cOmpared 10 the unmOdified One.
The mOdified mempranes using AA, PEG and Ti02 nanOparticles shOwed the g00d pOssinility fOr remOval Of the pOlluted substances such as the natural Organic matter dissOlved, heavy metal i0us, ammOnium, chrOmate in water. The experimental results fOr the wastewater treatments indicated that the mOdified mempranes cOuld remOve well the residual dyes, Organic substances and metal i0ns in water, with the much setter fillratiOn perfOrmance cOmpared 10 the unmOdified One. ix MUc LUc LOI cAM DOATI LỜI cẢM ƠI TóM TẮT LUẬN ÁN AbSTTAcT MUc LUc DAITh MUc TU VIET TAT DATTh MUc hillh DAITh MUc BANG MO DAU chG]OMIG I - TONG QUATI 1. _ Giới thiệu về màng lọc và các quá hình lách bằng màng 1.
các quá trình màng động lực áp suất 1. cơ chế lách qua màng 1. Màng c0mp0sil p0lyamid lớp mong (TFc-PA) 1. Ứng dụng của màng lọc rŨng xử lý nơjớc ô nhiễm 1.