Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng

tổng hàm lượng chất rắn, độ màu, BOD, COD cao. Việc lựa chọn phương pháp xử lý cần phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải Về nguyên lý, hiện có các phương pháp sau được áp dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm: * Phương pháp đông keo tụ: Đây là phương pháp khá thông dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Trong phương pháp này người ta dùng phèn nhôm hoặc phèn sắt cùng với sữa vôi khử màu và một phần COD. Điều chỉnh pH thích hợp cho từng loại phèn và loại nước thải cần xử lý. * Phương pháp hấp phụ: Cơ sở của quá trình là hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn xốp (chất hấp phụ). Các chất hấp phụ thường là than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magie, trong đó than hoạt tính có bề mặt riêng lớn từ 400 đến 500 m2/g. * Phương pháp oxi hóa: Các chất nhuộm vải hầu hết đều là các chất bền hóa học nên phải dùng các chất oxi hóa mạnh như clo, ozon, peroxit....để oxy hóa thuốc nhuộm. * Phương pháp sinh học: Dùng để xử lý các chất có thể phân hủy sinh học như hồ tinh bột.... * Phương pháp màng lọc: Phương pháp này đã được ứng dụng trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi các chất tái sử dụng lại như hồ tinh bột, PVA, thu hồi muối và thuốc nhuộm. Một số kết quả nghiên cứu về việc áp dụng kỹ thuật lọc màng NF và RO đã cho thấy phương pháp này khá hiệu quả, có thể giảm COD tới 99,5 %. Việc áp dụng công nghệ màng có thể giảm lượng nước sạch tiêu tốn cho quá trình nhuộm vải tới 70%. Kỹ thuật lọc màng có thể áp dụng để xử lý nước thải nhuộm tốt hơn rất nhiều so với các phương pháp thông thường. 5 1.2. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng Màng lọc là một loại vật liệu được sử dụng trong quá trình tách một hỗn hợp đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí). Một cách khái quát, có thể coi màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa hai pha – pha đi vào (feed) và pha thấm qua (filtrate). Trong quá trình tách, màng có khả năng lưu giữ được một số cấu tử trong hỗn hợp và cho các cấu tử khác đi qua. Quá trình vận chuyển chất qua màng được thực hiện một cách tự nhiên hay cưỡng bức nhờ động lực giữa hai phía màng. Động lực của quá trình tách qua màng là chênh lệch áp suất, chênh lệch nồng độ, chênh lệch nhiệt độ hay chênh lệch điện trường. Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thường, vi lọc, siêu lọc, lọc nano, thẩm thấu ngược. Việc phân chia thành các quá trình màng dựa theo kích thước lỗ màng và cũng chỉ mang tính tương đối. Ngoài ra còn một số quá trình khác như điện thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng. 1.3 Biến tính bề mặt màng lọc Để nâng cao tính năng tách của màng, giảm mức độ tắc màng nói chung, đặc biệt là trong quá trình tách các chất hữu cơ, ngoài các phương pháp rửa cơ học và lựa chọn chế độ thủy động thích hợp, gần đây việc nghiên cứu biến tính bề mặt màng là một giải pháp rất được quan tâm nghiên cứu. Phương pháp biến tính bề mặt có nhiều ưu điểm: Cải thiện được tính chất bề mặt vật liệu mà không gây ảnh hưởng đến tính chất bên trong vật liệu như khả năng bám dính, độ thấm nước, tính thích ứng sinh học, chống fouling ... mà không cần phải chế tạo lại toàn bộ khối vật liệu, nhưng vẫn có được bề mặt vật liệu với các tính chất mong muốn; hơn nữa phương pháp này sẽ giảm bớt chi phí chế tạo vật liệu vì chỉ cần tác động lên bề mặt mà không cần phải chế tạo toàn bộ khối vật liệu [36]. Hiện nay có rất nhiều phương pháp biến tính bề mặt vật liệu đang được nghiên cứu và phát triển, có thể chia thành ba nhóm chính là: Phương pháp vật lý – hóa học; Phương pháp cơ học và phương pháp sinh học. Trong đó, đa dạng và phổ biến nhất là phương pháp vật lý – hóa học, phương pháp này được chia thành ba nhóm nhỏ: thứ nhất là các phương pháp pha khí – vật liệu được xử lý trong các môi trường khí chứa các phần tử hoạt động (gốc tự do, electron, các phân tử bị kích thích) hay dưới các bức xạ điện từ (tia UV, tia γ, điện quang); thứ hai là các phương pháp pha lỏng và khối – bao gồm các kỹ thuật tạo lớp phủ vật lý hoặc thực hiện các phản ứng hóa học trên bề mặt vật liệu; thứ ba là kết hợp hai phương pháp thứ nhất và thứ hai tạo ra các lớp polyme trùng hợp ghép trên bề mặt vật liệu, ngoài ra người ta 6 còn có thể biến tính bề mặt vật liệu trong những môi trường khí được phóng điện với tần số cao – môi trường plasma, kỹ thuật này có tác dụng chủ yếu là ăn mòn bề mặt, tạo các liên kết ngang trên bề mặt và phủ một lớp polyme mới lên trên bề mặt của vật liệu nền. Phương pháp cơ học chủ yếu là làm nhám bề mặt vật liệu (roughing). Phương pháp biến tính sinh học gồm có: hấp phụ vật lý các phân tử sinh học (protein, lipid, receptor,...) lên bề mặt vật liệu, tạo liên kết hóa học của các phân tử sinh học với các nhóm bề mặt hay nuôi cấy tế bào trên bề mặt vật liệu [11]. Hiện nay, việc nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc polyme là một vấn đề thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chế tạo màng do những ưu thế đặc biệt của phương pháp này. Một số kỹ thuật đã và đang được nghiên cứu là: kỹ thuật trùng hợp bề mặt, kỹ thuật phủ bề mặt, kỹ thuật plasma, kỹ thuật xử lý ozon, kỹ thuật trùng hợp ghép quang dùng tia UV... 1.4 . Mục tiêu nghiên cứu Nội dung của luận văn tập trung vào việc nghiên cứu khả năng tách loại thuốc nhuộm trong dung dịch nước bằng phương pháp lọc màng và đánh giá khả năng giảm fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng. Các kỹ thuật thực nghiệm được trình bày như sau: 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Đánh giá khả năng tách thuốc nhuộm của màng Tính chất tách của màng được đánh giá qua màu của dịch lọc (hoặc độ lưu giữ hoặc hiệu suất lọc) và năng suất lọc với các nồng độ khác nhau của dung dịch thuốc nhuộm cũng như mức độ cô đặc dung dịch so với dung dịch ban đầu. Độ lưu giữ của màng được xác định bởi công thức: Với thuốc nhuộm phân tán, khả năng tách của màng được đánh giá qua độ trong và màu của dịch lọc. Năng suất lọc của màng được xác định bằng cách đo thể tích dịch lọc vận chuyển qua màng trong một khoảng thời gian tại áp suất xác định, sau đó áp dụng công thức: 2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian Độ giảm năng suất lọc theo thời gian là một chỉ tiêu khá quan trọng trong các quá trình lọc màng, cho phép đánh giá mức độ cũng như khả năng tắc màng sau một thời gian lọc. Độ giảm năng suất lọc càng nhỏ, màng càng sử dụng được lâu (ít bị tắc hơn), lọc được nhiều 7 dung dịch hơn, chu kỳ rửa màng dài hơn, tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình lọc. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành xác định độ giảm năng suất lọc bằng phương pháp đo thể tích dịch lọc theo thời gian, cứ sau mỗi 5 phút lại ghi thể tích dịch lọc một lần. Sau đó áp dụng công thức (2.2) để tính năng suất lọc tại thời điểm tương ứng. 2.2.3. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường pH khác nhau Màng được ngâm trong các dung dịch có pH khác nhau (từ 2 đến 10) trong 30 phút, sau đó tiến hành đánh giá các thông số năng suất lọc và độ lưu giữ của màng sau khi ngâm so với năng suất lọc và độ lưu giữ của màng ban đầu. 2.2.4. Đánh giá khả năng phục hồi năng suất lọc bằng phương pháp rửa Màng sau khi lọc được rửa lần lượt bằng nước cất và các dung dịch rửa Na5P3O10 2%, axit xitric 2%, sau mỗi lần rửa đo độ thấm nước của màng. Khả năng phục hồi năng suất lọc của màng được xác định bằng cách so sánh độ thấm nước của màng trước và sau khi rửa. 2.2.5. Biến tính bề mặt màng lọc Bề mặt màng được biến tính bằng phương pháp trùng hợp ghép dưới bức xạ tử ngoại. Các dung dịch monome được sử dụng trong quá trình trùng hợp bao gồm axit acrylic và axit maleic. Ảnh hưởng của thời gian và phương thức tiến hành trùng hợp đến tính năng tách của màng được đánh giá qua các thông số: Khả năng lưu giữ (tách) thuốc nhuộm, năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng trong quá trình tách.  Chiếu bức xạ tử ngoại Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trực tiếp trong những khoảng thời gian xác định, để màng ở nhiệt độ phòng sau khoảng 24 tiếng đồng hồ và tiến hành đánh giá khả năng tách của màng.  Trùng hợp ghép song song: Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trong điều kiện xác định, sau đó ngâm trong các dung dịch monome đồng thời chiếu bức xạ tử ngoại trong những khoảng thời gian khác nhau, sấy khô màng và giữ màng ở nhiệt độ phòng sau khoảng 24 tiếng đồng hồ tiến hành đánh giá khả năng tách của màng.  Trùng hợp ghép nối tiếp: Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trong điều kiện xác định, sau đó ngâm màng trong các dung dịch monome ở các khoảng thời gian khác nhau, sấy khô màng và giữ màng ở nhiệt độ phòng, sau khoảng 24 tiếng đồng hồ tiến hành đánh giá khả năng tách của màng. Các thí nghiệm thử màng thực hiện ở áp suất 25bar, diện tích màng lọc là 1.32×10–3 m2, nồng độ dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF 30ppm. 8 2.2.6. Xác định lượng polyme được trùng hợp ghép lên bề mặt màng Lượng polyme trùng hợp ghép lên màng ảnh hưởng đến mức độ chặt khít của bề mặt màng sau khi biến tính. Lượng polyme ghép càng nhiều, bề mặt màng sẽ càng chặt khít. Lượng polyme trùng hợp ghép được xác định bằng chênh lệch khối lượng màng trước và sau khi trùng hợp trên một đơn vị diện tích bề mặt màng: 2.2.7. Xác định lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng trong quá trình lọc Lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng là nguyên nhân gây ra độ giảm năng suất lọc của màng theo thời gian. Màng hấp phụ ít thuốc nhuộm hơn sẽ có tốc độ giảm năng suất lọc chậm hơn. Do đó, đây cũng là một thông số quan trọng để đánh giá tính chất lọc của màng. Lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng được xác định bằng cách so sánh khối lượng của màng trước và sau khi lọc (màng được rửa sạch bằng nước cất và sấy nhẹ đến khô hoàn toàn rồi đem cân khối lượng trên cân phân tích) : 2.2.8. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất bề mặt màng Cấu trúc hình thái của bề mặt màng được quan sát qua các ảnh chụp hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh chụp hiển vi lực nguyên tử (AFM) với các độ khuếch đại khác nhau. Để xác định các nhóm chức mới xuất hiện trên bề mặt màng sau khi trùng hợp bề mặt, sử dụng thiết bị đo phổ hồng ngoại phản xạ ngoài FTIR-ATR, với độ phân giải 4 cm-1, góc quét phổ 300. Các kết quả và thảo luận được tóm tắt trong phần sau: 3. Khảo sát điều kiện tách loại thuốc nhuộm 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch Kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc qua màng khá ổn định và có xu hướng giảm dần khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch ban đầu tăng. Ở cùng điều kiện, trong 3 loại thuốc nhuộm, dung dịch Blue MERF cho năng suất lọc thấp nhất, dung dịch Yellow 3GF cho năng suất lọc cao nhất. Sự giảm năng suất lọc khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch tăng lên là do sự phân cực nồng độ giữa hai phía màng và một phần do sự hấp phụ của thuốc nhuộm lên màng trong quá trình tách, làm tăng trở lực chuyển khối qua màng. Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy, trong tất cả các thí nghiệm, dịch lọc thu được đều không có màu. Điều đó có nghĩa là trong vùng nồng độ khảo sát, màng có khả năng lưu giữ được gần như hoàn toàn thuốc nhuộm trong dung dịch. 3.2. Ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch Kết quả xác định năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo thời gian cho thấy, trong vùng nồng độ khảo sát, năng suất lọc giảm dần khi mức độ cô đặc tăng, tuy nhiên độ giảm năng suất lọc nói chung không lớn lắm. 9 3.3. Ảnh hưởng của áp suất dòng qua module màng Kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc của màng tăng khá mạnh theo áp suất dòng qua module, ví dụ, khi áp suất dòng qua module tăng từ 0.5 atm đến 2.5 atm thì năng suất lọc tăng khoảng 2.5 lần, trong khi màng vẫn có thể lưu giữ được gần như hoàn toàn thuốc nhuộm trong dung dịch. Trên thiết bị lọc màng tự lắp đặt, do công suất của máy bơm nhỏ nên chúng tôi không khảo sát được ở các áp suất dòng vào cao hơn. Thực tế, các loại màng lọc thương mại chế tạo dùng cho lọc nano và thẩm thấu ngược có thể làm việc được ở áp suất khá cao. Màng thương mại Filmtech TW30 dùng cho lọc nano có thể làm việc được ở áp lực nén qua màng tối đa khoảng 20 bar. Do đó, trong các hệ thống dùng cho lọc công nghiệp, thường sử dụng các loại bơm cao áp để bơm và nén dung dịch qua màng ở áp lực cao để thu được lưu lượng dòng dịch lọc qua màng lớn. 3.4. Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm Kết quả đo và so sánh năng suất lọc của màng với các loại dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp và phân tán được đưa ra ở Hình 3.10 cho thấy, với các dung dịch thuốc nhuộm có nồng độ thấp (50 ppm) năng suất lọc của màng đối với hai loại dung dịch thuốc nhuộm không khác nhau nhiều, nhưng với các dung dịch nồng độ cao năng suất lọc của màng đối với dung dịch thuốc nhuộm phân tán thấp hơn khá nhiều so với dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp ở cùng nồng độ (200ppm, 300ppm). Độ giảm năng suất lọc đối với dung dịch thuốc nhuộm phân tán cũng lớn hơn so với dung dịch thuốc nhuộm tan. Khi dung dịch được cô đặc đến 90%, năng suất lọc của màng đối với dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp giảm nhẹ, trong khi với dung dịch thuốc nhuộm phân tán, năng suất lọc giảm khá mạnh. Điều đó có nghĩa là khả năng gây tắc màng (fouling) của thuốc nhuộm phân tán cao hơn so với thuốc nhuộm trực tiếp ở cùng nồng độ và cùng các điều kiện thực hiện quá trình tách. 3.5. So sánh khả năng lọc thuốc nhuộm của một số loại màng khác nhau Hiện nay trên thị trường có một số loại màng lọc thương mại của các hãng khác nhau. Chúng tôi đã tiến hành so sánh khả năng lọc tách thuốc nhuộm của hai loại màng Filmtech TW-30 (Mỹ) và Saehan CSM (Hàn Quốc) trong cùng các điều kiện tách như nhau. Dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3GF ở các nồng độ 50ppm, 100ppm được tách qua màng trên thiết bị lọc liên tục tại áp lực dòng qua module xác định. 10 Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng lọc tách thuốc nhuộm của các loại màng này là tương đương nhau, năng suất lọc của màng Saehan CSM cao hơn một chút so với màng Filmtech TW30, trong khi khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của hai loại màng là như nhau (dịch lọc trong và không màu). 3.6. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường có pH khác nhau Để đánh giá ảnh hưởng của pH, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm như sau: màng Filmtech TW30 được cắt thành các tấm vừa với kích thước của thiết bị lọc gián đoạn và được ngâm 30 phút trong các dung dịch có pH từ 2 đến 10, sau đó màng được rửa sạch và dùng để lọc dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ 30ppm trên thiết bị lọc gián đoạn. Kết quả thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của pH đến tính năng tách của màng sau khi ngâm trong các dung dịch có pH khác nhau được đưa ra ở Hình 3.1 cho thấy, trong khoảng pH từ 5 đến 8, tính năng tách của màng không bị ảnh hưởng nhiều. Trong khoảng pH nhỏ hơn 5 và lớn hơn 8, năng suất lọc của màng tăng lên nhưng khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng suy giảm so với màng ban đầu. Ảnh chụp SEM cho thấy bề mặt màng đã bị ảnh hưởng bởi các môi trường quá axit hoặc quá kiềm, trong đó môi trường axit có tác động mạnh hơn so với môi trường kiềm. 3.7. Kết quả tách thuốc nhuộm trên một số mẫu nước thải nhuộm thực tế Chúng tôi đã tiến hành khảo sát khả năng tách thuốc nhuộm dư trong một số mẫu nước thải nhuộm thực tế bằng phương pháp lọc màng, sử dụng màng lọc Filmtech TW30. Các mẫu nước thải nhuộm được lấy ở xưởng nhuộm tư nhân tại Hoài Đức, Hà nội. Khi kiểm tra pH của các mẫu nước thải thực tế, các kết quả đo đều cho giá trị pH ban đầu lớn hơn 9 và có mùi rất khó chịu. Trước khi lọc qua màng, các mẫu dung dịch được điều chỉnh về pH trung tính. Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) trong các mẫu dung dịch nước thải nhuộm ban đầu nằm trong trong khoảng 70 -100, sau khi lọc giá trị TSS đạt gần về 0. Kết quả so sánh trực quan màu của các dung dịch nước thải nhuộm trước và sau khi lọc qua màng được đưa ra ở Hình 3.16. Tính chất các mẫu nước thải trước và sau xử lý đưa ra ở Bảng 3.4 cho thấy, các mẫu nước thải nhuộm sau khi lọc qua màng đều đạt chất lượng tốt về tiêu chuẩn dòng thải đối với các chỉ tiêu về màu sắc và các thông số COD, BOD, chất rắn lơ lửng. Mặt khác, dịch lọc thu được có thể được quay vòng lại dùng làm nước cấp cho quá trình nhuộm, dịch thuốc nhuộm lưu giữ được thu gom và xử lý tập trung hoặc tái sử dụng lại. 4. Khả năng giảm fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng 4.1. Làm sạch màng bằng phương pháp rửa 11 Trong quá trình lọc dung dịch thuốc nhuộm qua màng, năng suất lọc của màng thường giảm dần theo thời gian lọc. Hiện tượng giảm năng suất lọc của màng theo thời gian (fouling) là do sự tích tụ hoặc sự hấp phụ của chất bị lưu giữ ở trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng. Để phục hồi năng suất lọc cho màng có thể dùng phương pháp rửa màng định kỳ. Chúng tôi đã khảo sát khả năng làm sạch màng bằng phương pháp rửa với một số tác nhân rửa khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành như sau: Màng ban đầu được kiểm tra lưu lượng dòng nước tinh khiết qua màng (Jw0) ở áp suất xác định. Tiếp theo tiến hành lọc tách dung dịch thuốc nhuộm qua màng. Sau khi thực hiện quá trình tách dung dịch thuốc nhuộm, rửa màng bằng nước tinh khiết trong 1 giờ đồng hồ ở áp lực dòng vào xác định, đo lưu lượng nước qua màng sau khi rửa (Jw1). Tiếp tục rửa màng với các tác nhân rửa là dung dịch Na5P3O10 nồng độ 2 % và dung dịch axit xitric nồng độ 2 % ở điều kiện áp suất tương tự, đo lưu lượng dòng nước qua màng sau khi rửa, thu được các giá trị lưu lượng dòng tương ứng (Jw2 và Jw3). Kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc của màng được phục hồi khoảng 94.6 % so với màng ban đầu sau khi rửa bằng nước tinh khiết, phục hồi 96.6 % sau khi rửa bằng Na5P3O10 và đạt 98.7 % sau khi tiếp tục rửa bằng axit citric. Điều đó chứng tỏ, màng có khả năng được làm sạch và tái sử dụng tốt bằng phương pháp rửa với các tác nhân rửa trên. 4.2. Biến tính bề mặt màng 4.2.1. Tác động bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng Trong thí nghiệm này, bề mặt màng FilmtechTW30 được chiếu bức xạ tử ngoại với cường độ 30W và 60W trong các khoảng thời gian khác nhau, khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt màng là 20 cm. Sau đó, màng được kiểm tra tính năng tách với dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ 30 ppm trên thiết bị lọc gián đoạn ở áp suất xác định. Kết quả thực nghiệm cho thấy, sau khi tác động bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng, khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng được duy trì tốt trong khi năng suất lọc của màng tăng mạnh so với màng nền ban đầu. Tốc độ giảm năng suất lọc của màng chậm hơn và có xu hướng trở nên ổn định khi thời gian lọc kéo dài. Kết quả thực nghiệm cho thấy, độ giảm năng suất lọc của các màng sau khi chiếu bức xạ tử ngoại thấp hơn nhiều so với màng không có tác động bức xạ tử ngoại (giảm từ 47% đối với màng ban đầu xuống 15% sau khi được chiếu bức xạ). Trong các điều kiện đã khảo sát, màng được tác động bức xạ cường độ 60W trong thời gian 3 phút cho năng suất lọc ban đầu cao 12 nhất, nhưng tốc độ giảm năng suất lọc của màng này lớn hơn so với các màng được chiếu bức xạ cường độ 30W trong thời gian 1 phút và 2 phút. Màng được chiếu bức xạ cường độ 60W trong 1 phút có năng suất lọc thấp hơn so với các màng khác, tuy nhiên năng suất lọc của màng này vẫn cao gấp 2 lần so với màng nền ban đầu. Sự tăng năng suất lọc có thể do hai nguyên nhân: (1) Sự mở rộng nhẹ kích thước lỗ bề mặt màng và (2) sự tăng tính ưa nước của bề mặt sau khi chiếu bức xạ. Trong những điều kiện đã khảo sát, có thể thấy màng được tác động bởi bức xạ cường độ 60W trong thời gian 1 phút cho kết quả tốt nhất, sau khi chiếu bức xạ ở điều kiện này, năng suất lọc tăng lên rõ rệt so với màng nền trong khi độ lưu giữ của màng vẫn được duy trì tốt. Do đó, chúng tôi đã chọn điều kiện này để thực hiện những khảo sát tiếp theo, nhằm nâng cao hơn nữa năng suất lọc và khả năng chống fouling của màng. 4.2.2 Trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng Axit maleic là một axit hữu cơ không no có nối đôi trong phân tử, sự có mặt của liên kết kép và nhóm chức cacboxylic trong axit maleic là những yếu tố thuận lợi để thực hiện quá trình trùng hợp ghép bề mặt nhằm nâng cao tính ưa nước và giảm mức độ fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng. Chúng tôi đã thực hiện quá trình trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng bằng hai phương pháp khác nhau: Song song và nối tiếp. *. Phương pháp song song: Kích thích bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng, sau đó ngâm màng vào dung dịch monome đồng thời chiếu bức xạ tử ngoại. Trong thí nghiệm này, bề mặt màng được kích thích dưới bức xạ tử ngoại 60W trong 1 phút, sau đó ngâm màng vào dung dịch monome axit maleic nồng độ 5% và tiếp tục chiếu bức xạ (60W) trong những khoảng thời gian khác nhau, màng được rửa sạch, sấy khô và tiến hành đánh giá khả năng tách với dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF có nồng độ 30ppm trên thiết bị lọc gián đoạn Kết quả thí nghiệm được đưa ra ở Hình 4.3. cho thấy, trong khoảng thời gian trùng hợp từ 1 đến 5 phút, tính năng tách của màng tăng lên rõ rệt so với màng nền ban đầu với sự tăng mạnh của năng suất lọc, trong đó thời gian trùng hợp 2 phút cho hiệu quả tốt nhất: Năng suất lọc của màng sau khi trùng hợp ghép tăng gấp hơn 3 lần so với màng nền trong khi độ lưu giữ vẫn được duy trì tốt (99.9 %). Mặt khác, độ giảm năng suất lọc của các màng được trùng hợp ghép đều chậm hơn so với màng nền. Có thể giải thích như sau: Sự trùng hợp ghép các monome axit maleic tạo thành một lớp polyme ghép trên bề mặt làm tăng khả năng lưu giữ đồng thời 13 làm cho bề mặt màng trở nên ưa nước hơn, do đó năng suất lọc của màng tăng, đồng thời lớp polyme trùng hợp ghép cũng làm giảm sự hấp phụ thuốc nhuộm lên trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng, do đó, tốc độ giảm năng suất của màng sẽ chậm hơn. *. Phương pháp nối tiếp: Sau khi chiếu bức xạ tử ngoại lên bề mặt, màng được ngâm (không chiếu bức xạ) trong dung dịch monome. Bề mặt màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại cường độ 60W trong 1 phút, sau đó ngâm màng trong dung dịch monome axit maleic 5% với các khoảng thời gian khác nhau, rửa sạch, sấy khô và tiến hành đánh giá khả năng tách của màng với dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ 30ppm trên thiết bị lọc gián đoạn. Các kết quả thực nghiệm được trình bày trong cho thấy, năng suất lọc của màng sau khi trùng hợp đều cao hơn, độ giảm năng suất lọc chậm hơn và ổn định hơn so với màng nền. Khoảng thời gian trùng hợp trong 3 phút cho kết quả tốt nhất, năng suất lọc tăng gấp khoảng 3-4 lần so với màng nền. Độ lưu giữ của màng sau khi trùng hợp ghép bằng phương pháp nối tiếp trong các điều kiện này là tương đương so với phương pháp song song. Kết quả so sánh cho thấy, trong cùng điều kiện trùng hợp, lượng polyme trùng hợp ghép lên màng bằng phương pháp song song lớn hơn so với lượng polyme trùng hợp ghép bằng phương pháp nối tiếp. Điều đó chứng tỏ tốc độ trùng hợp ghép bằng phương pháp song song lớn hơn tốc độ trùng hợp trong phương pháp nối tiếp. Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong quá trình lọc lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng trùng hợp ghép theo phương pháp song song nhỏ hơn lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng trùng hợp ghép theo phương pháp nối tiếp. Sự giảm lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng không chỉ làm tăng năng suất lọc mà còn làm cho độ giảm năng suất lọc của màng theo thời gian chậm hơn. Bên cạnh đó chúng tôi còn tiến hành trùng hợp ghép với axit acrylic và so sánh cùng axit maleic, theo cả phương pháp nối tiếp và song song, kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc của màng trùng hợp ghép với MA cao hơn so với màng trùng hợp ghép AA, khả năng lưu giữ của các màng tương đương nhau và đều cao hơn màng nền. 5. Kết luận a. Phương pháp lọc màng tỏ ra rất hiệu quả trong việc tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong dòng thải nhuộm. Các loại màng lọc Filmtech TW30 và Saehan có khả năng lưu giữ gần như hoàn toàn thuốc nhuộm trong dung dịch. Dung dịch sau khi lọc qua màng trong và không có màu, các giá trị COD và BOD đều giảm mạnh (từ 95 đến 97%) so 14 với dung dịch ban đầu. Hiệu suất của quá trình tách phụ thuộc vào loại thuốc nhuộm, nồng độ thuốc nhuộm, pH và áp lực dòng trượt qua màng. b. Việc biến tính bề mặt màng bằng phương pháp trùng hợp ghép dưới bức xạ tử ngoại sử dụng các monome là axit maleic và axit acrylic trong điều kiện thích hợp đã nâng cao rõ rệt tính năng tách cho màng. Năng suất lọc của màng tăng từ 2 đến 4 lần, mức độ tắc màng giảm mạnh trong khi khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng vẫn được duy trì tốt. Ngoài ra, khi sử dụng các tác nhân rửa là dung dịch natri triphotphat và dung dịch axit xitric, năng suất lọc của màng có thể được phục hồi từ 94 đến 98 % . References Tiếng Việt 1. Lê Viết Kim Ba, Trần Thị Dung, Nguyễn Thị Hiền (2002), “Nghiên cứu chế tạo và sản xuất màng lọc dịch tiêm truyền”, Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị khoa học lần thứ 3 –