Luận Văn Nghiên cứu khảo sát khả năng chống tắc nghẽn của màng lọc thẩm thấu ngược ro được phủ lớp vật liệ

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Màng RO polyamide (PA) được biến tính bằng cách phủ lên bề mặt màng một lớp mỏng PVA,
PVA-TiO2 hoặc trộn các hạt TiO2 trong quá trình tạo màng PA. Nhờ tính ưa nước của các vật
liệu biến tính màng sẻ nâng cao tính chất chống tắc nghẽn cho bề mặt màng. Kết quá thí nghiệm
loại màng PA có trộn TiO2 cho thấy sự hiện diện của TiO2 trong lớp màng PA làm cho thông
lượng thấm của nước tăng lên nhờ các hạt TiO2 có tính siêu thấm ướt và hút các phân tử nước
vào trong màng. Tuy nhiên độ loại muối của loại màng này bị giảm xuống đáng kể do độ xốp
của màng tăng. Khi chạy tắc nghẽn với nước muối biển kết hợp alginate thì cho thấy tính chống
tắc nghẽn của loại màng này không thực sự rõ ràng (tuy tốt hơn màng thương mại). Màng có
hàm lượng 0.01% TiO2 trong TMC cho thông lượng khá cao (20.9L/m2.h) và độ loại muối chấp
nhận được (99.1%).
Đối với thí nghiệm chế tạo màng PA phủ lớp PVA, quá trình nối mạng PVA trên bề mặt màng
PA được đem đi nung ở 1000C cùng tác nhân nối mạng là acid malic. Từ kết quả thí nghiệm cho
thấy, thông lượng bị giảm khi phủ lớp màng PVA và thông lượng giảm mạnh khi nồng độ dung
dịch phủ PVA tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ PVA thì khả năng chống tắc nghẽn cũng
tăng theo rõ rệt. Màng có nồng độ 0.1% PVA có đặc tính kết hợp giữa thông lượng và tính kháng
tắc nghẽn tốt nhất. Do đó, dung dịch 0.01% PVA được sử dụng để phân tán TiO2 và phủ lên
màng PA trong nghiên cứu phủ lớp PVA-TiO2 lên bề mặt màng PA.
Kết quả thí nghiệm loại màng phủ lớp PVA-TiO2 cho thấy: với hàm lượng TiO2 tính trên 1g
PVA trong dung dịch phủ nhỏ hơn 10% (từ 1-7%) thì hầu như TiO2 bị giam trong lớp màng PVA
làm giảm thể tích tự do và độ linh động của PVA cho nên các màng này có thông lượng thấp hơn
màng phủ PVA 0.1%. Khi hàm lượng TiO2 đạt 10% thì mạng PVA không giữ hết TiO2 trong cấu
trúc mạng cho nên TiO2 xuất hiện trên bề mặt màng làm tăng cường nhóm hydroxyl, tăng tính ưa
nước của bề mặt màng, cải thiện tính chất chống tắc nghẽn. Khi một lượng khá lớn TiO2 tồn tại
trên bề mặt màng chúng sẻ kết hợp và vón lại thành kích thước lớn làm tăng khuyết tật màng cho
nên làm tăng thông lượng thấm của nước.
iii




SVTH: Trần Văn Lam
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP . . i
LỜI CẢM ƠN . . ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN . . iii
MỤC LỤC . iv
DANH MỤC HÌNH VẼ . v
DANH MỤC BẢNG BIỂU . . vi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT . vii
CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ . .1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài . . 1
1.2 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài . . 3
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn . 4
1.4 Nội dung nghiên cứu . . 4
CHƯƠNG 2: TỒNG QUAN . .5
2.1 Định nghĩa, phân loại màng và quá trình màng . . 5
2.1.1 Định nghĩa màng lọc . .5
2.1.2 Quá trình vận hành màng . 5
2.1.3 Giới thiệu về công nghệ màng trong xử lý nước : . 6
2.2 Tổng qua về màng thẩm thấu ngược RO : . . 7
2.2.1 Khái niệm về quá trình thẩm thấu ngược : . .7
2.2.3 Cấu tạo màng lọc RO composite (Thin Film Composite - TFC): . .16
2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới năng suất quá trình màng RO : . 1 8
2.3 Tồng quan về vấn đề tắc nghẽn màng. . 19
2.4 Các phương pháp đánh giá sự tắc nghẽn của màng : . 25
2.5 Các công trình nghiên cứu đã công bố liên quan . . 26
CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU . 3 0
3.1 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm : . 30
3.1.1 Vật liệu và hóa chất : . .3 0
3.1.2 Hệ thống và dụng cụ thí nghiệm : . .3 6
3.2 Các nội dung thực hiện : . . 38
3.3 Phương pháp nghiên cứu : . 39
3.3.1 Quy trình tổng hợp màng RO TFC/TFN . .39
3.3.2 Quy trình thí nghiệm tổng hợp màng RO TFC phủ PVA : . 4 1
3.3.3 Quy trình thí nghiệm tổng hợp màng RO TFC phủ lớp PVA_TiO2 . .42
3.3.4 Quy trình chạy tắc nghẽn: . 4 3
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN . 4 5
4.1 Màng TFN . 45
4.1.1 Thông số đánh giá đặc tính màng : . .45
4.1.2 Chạy tắc nghẽn : . .47
4.2 Màng TFC phủ PVA . 49
4.2.1 Các thông số và tính chất đánh giá màng TFC-PVA sau khi biến tính : . .4 9
4.2.2 Tính ưu nước của màng phủ PVA : . 5 0
4.2.3 Khả năng chống tắc nghẽn của màng PA sau khi phủ PVA(TFC_PVA): . .5 1
4.3 Màng TFC phủ PVA-TiO2 . 53
4.3.1 Các thông số và tính chất đánh giá màng PVA-TiO2 . .53
4.3.2 Khả năng chống tắc nghẽn của màng PVA-TiO2 . .54
iv




SVTH: Trần Văn Lam
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN . 5 7
5.1 Kết luận: . 57
5.1.1 Về màng PA_P25 . 5 7
5.1.2 Về màng PA phủ PVA . .57
5.1.3 Về màng PA phủ PVA . .57
5.2 Các kết quả đạt được của đề tài luận văn: . . 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO . .5 9
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tắc nghẽn màng, rửa màng bằng hóa chất thường xuyên làm giảm tuổi thọ màng 1
Hình 1.2: Phân bố trữ lượng nước trên trái đất [1]Igor Shiklomanov, UNESCO, Paris, 1999] 2
Hình 1.3: Chi phí của quá trình lọc thẩm thấu ngược. 2
Hinh 2.1: Màng đối xứng và không đối xứng[3] 5
Hình 2.2: Khả năng lọc của các loại màng khác nhau trong xử lý nước 6
Hình 2.3: Các kiểu chế độ chảy trong công nghệ màng 7
Hình 2.4: Cơ chế của quá trình thẩm thấu xuôi và thẩm thấu ngược. 8
Hình 2.5: Mô tả sự vận chuyển dung môi qua màng xốp và màng chặt[3] 9
Hình 2.6: Thế hoá học, áp suất và hoạt hoá dung môi qua màng theo mô hình khuếch tán[3] 11
Hình 2.7: Dữ liệu về sự loại bỏ muối và dòng nước đi qua khi cho thẩm thấu một dung dịch
muối (3.5 % NaCl)qua một màng thẩm thấu ngược chất lượng cao. [3] 12
Hình 2.8: Hiện tượng phân cực nồng độ 13
Hình 2.9: Thay đổi nồng độ trong mặt cắt ngang vuông góc với màng[2] 15
Hình 2.10: Cấu tạo màng RO TFC 16
Hình 2.11: Cấu tạo lớp polyamide 17
Hình 2.12: Công thức cấu tạo của polyamide trên cơ sở TMC - MPD 17
Hình 2.13: Màng lọc RO dạng cuộn (flat-sheet spiral) trên cơ sở polyamide. 18
Hình 2.14: Một số chất gây tắc nghẽn màng 20
Hình 2.15: Phân loại theo nguyên nhân gây tắc nghẽn màng 20
Hình 2.16: Tắc nghẽn thuận nghịch và bất thuận nghịch 22
Hình 2.17: Ba loại cơ chế tắc nghẽn 23
Hình 2.18: Cơ chế tích tụ chất hữa cơ tự nhiên lên bề mặt màng 24
Hình 2.19: Sự kết tụ của vi sinh vật lên trên bề mặt màng 24
Hình 2.20: Phức chất của Ca và alginate. 27
Hình 3.1: Công thức cấu tạo Pollysulfone [27] 30
Hình 3.2: Sự kết nối mạng giữa PVA và borax trong môi trường kiềm [15] 32
Hình 3.3: Phản ứng nối mạng giữa PVA và GA [23] 33
Hình 3.4: Cấu trúc TiO2 dạng Rutil và Anatas 33
Hình 3.5: Cơ chế oxi hóa các hợp chất hữu cơ của TiO2 [25] 34
Hình 3.6: Tính kháng khuẩn của màng chứa TiO2 khi được chiếu tia UV 35
Hình 3.7 : Sơ đồ mô hình hệ thống 36
Hình 3.8: Hình chụp hệ thống thí nghiệm 37
Hình 3.9: Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu 38
Hình 3.10: Quy trình tổng hợp màng TFC/TFN 39
Hình 3.11: Quy trình tổng hợp màng PA phủ PVA 41
v




SVTH: Trần Văn Lam
Hình 3.12: Quy trình chạy tắc nghẽn 43
Hình 4.1: Đồ thị xác định trở lực màng trắng thông qua hệ số góc quan hệ tuyến tính của áp suất
và thông lượng. 45
Hình 4.2: Đồ thị về hằng số thấm của nước, của muối và trở lực màng. 45
Hình 4.3: Đồ thị thông lượng khi chạy nước, chạy muối và độ loại muối. 46
Hình 4.4: Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng TiO2 lên góc thấm ướt của màng PA_P25 46
Hình 4.5: Độ giảm thông lượng tương đối của màng thương mại, màng TFC và màng PA_P25
theo thời gian 48
Hình 4.6: Độ giảm thông lượng tuyệt đối của màng thương mại, màng TFC và màng PA_P25
theo thời gian 48
Hình 4.7 : Đồ thị biểu diễn góc thấm ướt của màng PVA 50
Hình 4.8 : Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ PVA trong dung dịch nhúng màng lên độ giảm thông
lượng tương đối trong quá trình thí nghiệm chạy tắc nghẽn với tác nhân gây tắc nghẽn Alginate.
51
Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn độ giảm thông lượng theo thời gian của màng PVA 52
Hình 4.10: Đồ thị góc thấm ướt của màng PVA-TiO2 53
Hình 4.11: Đồ thị độ giảm thông lượng tương đối so với ban đầu của màng PVA-TiO2 trong quá
trình chạy tắc nghẽn. 55
Hình 4.12 : Đồ thị độ giảm thông lượng theo thời gian của màng PVA-TiO2 55
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.2 : Các quá trình vận hành màng trong xử lý nước [3] . .5
Bảng 2.3: Tính tan của một số loại muối trong nước[6]. .21
Bảng 3.1: Hóa chất thí nghiệm . 3 5
Bảng 3.2: Dụng cụ thí nghiệm . .3 7
Bảng 3.3: Các loại màng khảo sát trong phần thí nghiệm về màng TFN . 4 0
Bảng 3.4: Các loại màng khảo sát trong phần thí nghiệm về màng PVA . 4 2
Bảng 3.5: Loại màng khảo sát trong thí nghiệm về màng PVA-TiO2 . 4 2
Bảng 4.1: Thông lượng đầu, cuối và độ giảm thông lượng của màng thương mại, màng TFC và
màng PA_P25 0.004 và 0.01%. 4 7
Bảng 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ PVA lên chất lượng màng . .4 9
Bảng 4.3: Thông lượng và độ giảm thông lượng của màng PA phủ PVA khi chạy tắc nghẽn. 5 1
Bảng 4.4: Ảnh hưởng của nồng độ TiO2 lên tính chất và năng suất của màng PVA-TiO2 . 5 3
Bảng 4.5: Thông lượng đầu và cuối trong khi chạy tắc nghẽn tác nhân alginate của màng PVA-
TiO2 . .5 4

1. Đầu đề luận án: “NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỐNG TẮC
NGHẼN CỦA MÀNG LỌC THẨM THẤU NGƯỢC RO ĐƯỢC PHỦ LỚP VẬT LIỆU
POLYVINYL ALCOHOL (PVA) VÀ TiO2 ”.