Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ - 0trang

Tuy nhiên, nếu bề mặt màng trở nên quá chặt sít thì sẽ làm tăng trở lực và ảnh

hưởng đến lưu lượng lọc qua màng.



Hình 3.1. Ảnh chụp SEM màng nền (trái) và màng trùng hợp ghép NVP (phải)

Hình 3.2 là ảnh chụp AFM bề mặt màng trước và sau khi trùng hợp ghép với

NVP. Kết quả xác định độ thơ nhám trung bình (Ra) và độ thơ nhám bình phương

trung bình (Rms) các bề mặt màng (Bảng 3.1) cho thấy bề mặt màng đã trở nên

trơn nhẵn hơn, với các giá trị Ra giảm từ 79 nm xuống 56 nm và Rms giảm từ 95

nm xuống 71 nm.



27



Hình 3.2. Ảnh chụp AFM bề mặt màng nền (trái) và màng trùng hợp ghép NVP (phải)



Bảng 3.1. Độ thô nhám bề mặt màng PES trước và sau khi trùng hợp ghép với

NVP

Màng

PES

PES-g-NVP



Ra (nm)

79

56



Rms (nm)

95

71



Độ thô nhám bề mặt là một trong những yếu tố có ảnh hưởng đến mức độ tắc

màng trong q trình lọc tách. Thơng thường, màng với độ thơ nhám bề mặt thấp

hơn sẽ có khả năng chống tắc tốt hơn, do các cấu tử lưu giữ sẽ bám phủ lên bề mặt

màng ít hơn. Mặt khác, bề mặt màng trơn nhẵn cũng được làm sạch dễ dàng hơn.

3.1.1.2. Phổ hồng ngoại phản xạ

Hình 3.3 là kết quả đo phổ hồng ngoại phản xạ bề mặt màng nền và màng

trùng hợp ghép NVP. Trên phổ hồng ngoại của màng nền PES có thể quan sát thấy

dải hấp thụ trong khoảng số sóng 1600-1400 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên

kết (C=C) trong vòng thơm, liên kết C-O-C được đặc trưng bởi các pic hấp thụ tại

1321 cm-1 và 1238 cm-1, các pic hấp thụ đặc trưng cho nhóm S=O xuất hiện tại 1147

cm-1 và 1103 cm-1. So với màng nền, phổ hồng ngoại phản xạ bề mặt màng PES

trùng hợp ghép với NVP có sự xuất hiện pic hấp thụ mới tại 1730 cm -1, dự đoán là

do nhóm C=O của NVP đã được trùng hợp ghép lên bề mặt màng.



28



Hình 3.3. Phổ hồng ngoại phản xạ (a) màng nền và (b) màng trùng hợp ghép với NVP

Sự hình thành lớp ghép NVP sẽ làm cho bề mặt màng trở nên ưa nước hơn

[21]. Tính ưa nước có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lọc và khả năng chống tắc

của màng. Với cùng độ cản thủy lực, bề mặt màng ưa nước hơn sẽ có năng suất lọc

cao hơn và khả năng chống tắc tốt hơn. Sở dĩ như vậy là do sự hình thành lớp nước

tinh khiết hấp phụ trên bề mặt màng, có tác dụng ngăn cản sự hấp phụ trực tiếp của

các tiểu phân bị lưu giữ trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng trong quá

trình lọc tách [29].

3.1.1.3. Mức độ trùng hợp ghép

Mức độ trùng hợp ghép NVP lên bề mặt màng PES khi tiến hành trùng hợp

dưới bức xạ UV, sử dụng dung dịch NVP nồng độ 0.3% với các khoảng thời gian

trùng hợp khác nhau được trình bày trong Bảng 3.2, Hình 3.4. Kết quả thí nghiệm

cho thấy tại một nồng độ NVP xác định, lượng polyme trùng hợp ghép tăng theo

thời gian trùng hợp trong khoảng thời gian từ 1 đến 3 phút, sau đó có xu hướng

giảm nếu tiếp tục kéo dài thời gian trùng hợp. Điều này có thể là do bức xạ tử ngoại



29



đã tác động lên lớp polyme ghép hoặc xảy ra sự trùng hợp tạo homopolyme trong

dung dịch.



Bảng 3.2. Mức độ trùng hợp ghép NVP lên bề mặt màng PES (UV)

Điều kiện trùng hợp ghép quang hóa với NVP

NVP 0.3%-UV 1min

NVP 0.3%-UV 3min

NVP 0.3%-UV 5min

NVP 0.3%-UV 7min

NVP 0.3%-UV 10min



GD (%)

0.54

1.09

0.68

0.54

0.27



Hình 3.4. Mức độ trùng hợp ghép quang hóa NVP lên bề mặt màng PES

3.1.1.4. Tính năng lọc tách protein của màng PES-g-NVP (UV)

Bề mặt màng PES được trùng hợp ghép quang hóa với NVP dưới bức xạ UV,

sử dụng các dung dịch NVP có nồng độ khác nhau ( 0.3 và 0.5 % (v/v)), thời gian

trùng hợp ghép thay đổi từ 1 đến 10 phút. Kết quả đánh giá tính năng tách lọc

protein của màng được đưa ra ở Bảng 3.3 và Hình 3.5 cho thấy, năng suất lọc trung

bình và độ lưu giữ của các màng sau khi trùng hợp ghép bề mặt đều cao hơn so với

màng nền. Với cùng nồng độ NVP (0.3 hoặc 0.5 %), năng suất lọc của màng trùng

hợp ghép đều tăng và đạt giá trị cao nhất khi thời gian trùng hợp ghép tăng từ 1 đến

3 phút, sau đó có xu hướng giảm nếu tiếp tục kéo dài thời gian trùng hợp. Với cùng



30



thời gian trùng hợp ghép, việc sử dụng dung dịch NVP nồng độ 0.3 % cho màng có

năng suất lọc cao hơn so với khi sử dụng dung dịch NVP nồng độ 0.5 %. Kết quả

thực nghiệm có thể giải thích như sau: Sự hình thành lớp polyme ghép một mặt làm

cho bề mặt màng trở nên chặt sít hơn, độ lưu giữ của màng do đó tăng lên so với

màng nền. Đồng thời, lớp polyme ghép làm cho bề mặt màng trở nên ưa nước hơn,

làm tăng năng suất lọc cho màng. Tuy nhiên, mật độ lớp ghép có ảnh hưởng đến độ

cản thủy lực (hydraulic resistance) và đến một mức độ nào đó sẽ làm suy giảm năng

suất lọc của màng. Khi tăng nồng độ monome (NVP) hoặc kéo dài thời gian trùng

hợp, lớp ghép hình thành với mật độ cao hơn và do đó, làm cho năng suất lọc của

màng có xu hướng giảm. Kết quả thực nghiệm cho thấy, với nồng độ NVP 0.3 %,

thời gian trùng hợp ghép 3 phút dưới bức xạ UV (NVP 0.3%-UV 3min), màng có

độ lưu giữ protein đạt ~ 98 %, năng suất lọc tăng trên 30% (J/Jo = 1,33) so với

màng nền.



Bảng 3.3. Tính năng tách lọc của màng PES-g-NVP (UV)



Màng nền

NVP 0.3%-UV 1min

NVP 0.3%-UV 3min

NVP 0.3%-UV 10min

NVP 0.5%-UV 1min

NVP 0.5%-UV 3min

NVP 0.5%-UV 5min

NVP 0.5%-UV 7min

NVP 0.5%-UV 10min



J (L/m2.h)



J/Jo



R (%)



13.11

16.52

17.50

16.80

13.44

14.44

13.30

12.59

12.95



1.00

1.26

1.33

1.28

1.03

1.10

1.01

0.96

0.99



84.12

98.09

98.14

99.03

99.02

99.11

99.10

99.05

99.07



31



Hình 3.5. Độ lưu giữ và năng suất lọc của màng PES-g-NVP (UV)

Bảng 3.4. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PES-g-NVP (UV)

Thời gian

(phút)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60



Màng nền



NVP 0.3%



NVP 0.3%



NVP 0.5%



100

86

76

70

65

61

58

54

52

50

48

46



UV-1min

100

86

80

75

71

68

65

63

61

59

57

55



UV-5min

100

90

82

74

67

63

59

56

54

51

49

47



UV-5min

100

87

80

74

69

64

61

58

55

53

51

49



Kết quả so sánh mức độ duy trì năng suất lọc của màng theo thời gian trình

bày ở Bảng 3.4 và Hình 3.6 cho thấy, năng suất lọc của màng nền và các màng biến

tính bề mặt đều có xu hướng giảm dần theo thời gian tách lọc, tuy nhiên, các màng



32



trùng hợp ghép bề mặt đều có mức độ duy trì năng suất lọc theo thời gian cao hơn

so với màng nền.



Hình 3.6. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PEG-g-NVP (UV)

Sự suy giảm năng suất lọc của màng theo thời gian là do sự hấp phụ của

protein lên màng trong quá trình lọc tách. Kết quả so sánh lượng protein bị hấp phụ

lên màng sau khi lọc tách được đưa ra ở Hình 3.7 cho thấy, lượng protein hấp phụ

lên màng trùng hợp ghép NVP thấp hơn rõ rệt so với màng nền. Sở dĩ như vậy là do

bề mặt màng sau khi trùng hợp ghép đã trở nên ưa nước và trơn nhẵn hơn, làm giảm

lượng protein bị hấp phụ trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp của màng trong quá

trình lọc tách.



33



Hình 3.7. So sánh lượng protein hấp phụ trên màng PES và màng PES-g-NVP (UV)

3.1.2. Trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa-khử NVP lên bề mặt màng PES

3.1.2.1. Mức độ trùng hợp ghép

Trong thí nghiệm này, q trình trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa-khử

(redox) sử dụng dung dịch NVP nồng độ 3 g/L, thời gian trùng hợp 3 phút lên bề

mặt màng PES được thực hiện trong 3 điều kiện khác nhau:

(1) Khơi mào bằng K2S2O8 (0.01M), nhiệt độ trùng hợp ghép 300C

(2) Khơi mào bằng K2S2O8 (0.01M), nhiệt độ trùng hợp ghép 600C

(3) Khơi mào bằng hỗn hợp K2S2O8(0.01M)/Na2S2O5 (0.01M), nhiệt độ 300C

Kết quả thực nghiệm trình bày ở Bảng 3.5 và Hình 3.8 cho thấy, mức độ

trùng hợp ghép lên bề mặt màng cao nhất khi tiến hành ở điều kiện (2) với chất khơi

mào K2S2O8 và nhiệt độ phản ứng 600C, tiếp theo là ở điều kiện (3) với hệ khơi mào

K2S2O8/Na2S2O5 và nhiệt độ phản ứng 300C và mức độ trùng hợp ghép thấp nhất khi

tiến hành ở điều kiện (1), khơi mào bằng K2S2O8 và tiến hành phản ứng trùng hợp ở

nhiệt độ 300C. Điều đó chứng tỏ, khi sử dụng hệ khơi mào K 2S2O8/Na2S2O5 phản

ứng trùng hợp ghép có thể thực hiện được ở nhiệt độ thấp hơn. Nếu tiến hành ở

cùng nhiệt độ thì việc dùng hệ khơi mào K 2S2O8/Na2S2O5 cũng cho mức độ trùng

hợp ghép cao hơn so với khi sử dụng một mình K2S2O8.

Bảng 3.5. Mức độ trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa –khử NVP lên bề mặt màng



PES



34



Điều kiện trùng hợp



GD (%)



K2S2O8 (0.01M), 300C



0.14



K2S2O8 (0.01M), 600C



0.98



K2S2O8/Na2S2O5 (0.01M), 300C



0.70



Hình 3.8. Mức độ trùng hợp ghép khơi mào oxy hóa-khử NVP lên bề mặt màng PES

3.1.2.2. Tính năng lọc tách protein của màng PES-g-NVP (redox)

Quá trình trùng hợp ghép được thực hiện với dung dịch NVP nồng độ 0.3%,

thời gian trùng hợp ghép từ 1 đến 5 phút, sử dụng hệ khơi mào K2S2O8/Na2S2O5

(0.01M), phản ứng trùng hợp ghép thực hiện ở nhiệt độ 30 0C. Kết quả thí nghiệm

(Hình 3.9) cho thấy, với thời gian trùng hợp ghép từ 1 đến 3 phút, năng suất lọc của

màng tăng lên khoảng 1.6 lần. Nếu tiếp tục kéo dài thời gian trùng hợp ghép đến 5

phút thì năng suất lọc của màng có xu hướng giảm. Độ lưu giữ protein của các màng

trùng hợp ghép bề mặt khá ổn định và cao hơn so với màng nền (tăng từ 84% lên 9195%)

Khi thời gian trùng hợp ghép là 3 phút, nồng độ NVP thay đổi từ 0.1 đến

1.0%, dùng hệ khơi mào K2S2O8/Na2S2O5 (0.01M) ở nhiệt độ 300C. Kết quả thực

nghiệm đánh giá tính năng lọc tách của màng (Bảng 3.6, Hình 3.9) cho thấy, năng

suất lọc của màng tăng mạnh (từ 1.5 đến 1.6 lần) so với màng nền khi nồng độ NVP

tăng từ 0.1 đến 0.3%, sau đó có xu hướng giảm nếu tiếp tục tăng nồng độ NVP,

trong khi độ lưu giữ protein của màng vẫn được duy trì ổn định và cao hơn so với



35



màng nền. Sự suy giảm năng suất lọc khi tăng nồng độ NVP hoặc khi kéo dài thời

gian trùng hợp có thể là do sự tăng mức độ trùng hợp ghép đã làm tăng trở khối

và/hoặc gây bít lỗ màng. Mặc dù vậy, năng suất lọc của các màng sau khi trùng hợp

ghép bề mặt vẫn luôn cao hơn so với màng nền

Bảng 3.6. Tính năng lọc tách protein của màng PES-g-NVP (redox)

Màng nền

NVP 0.1% redox 3min

NVP 0.3% redox 3min

NVP 0.4% redox 3min

NVP 1.0% redox 3min

NVP 0.3% redox 1min

NVP 0.3% redox 3min

NVP 0.3% redox 5min



J (L/m2.h)

14.09

21.50

22.68

22.82

21.98

20.57

22.68

19.02



J/Jo

1.00

1.53

1.61

1.62

1.56

1.46

1.61

1.35



R (%)

84

93

92

94

95

93

92

91



Hình 3.9. Tính năng lọc tách protein của màng PES-g-NVP (redox)



36



Mức độ duy trì năng suất lọc của màng nền PES và màng PES trùng hợp

ghép khơi mào oxy hóa khử với NVP ở các điều kiện khác nhau được trình bày ở

Bảng 3.7 và Hình 3.10 cho thấy, năng suất lọc của màng nền và các màng biến tính

bề mặt đều có xu hướng giảm dần theo thời gian tách lọc, tuy nhiên, các màng trùng

hợp ghép bề mặt đều có mức độ duy trì năng suất lọc theo thời gian cao hơn so với

màng nền.



Bảng 3.7. Độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng PES-g-NVP (redox)

Thời gian



Màng nền



NVP 0.1%



NVP 0.3%



NVP 1%



(phút)

5



100



redox 3min

100



redox 3min

100



redox 3min

100



10



89



90



92



89



15



81



82



84



82



20



74



75



78



76



25



68



69



72



71



30



63



65



67



66



35



59



61



64



63



40



55



58



61



59



45



52



55



58



57



50



50



53



56



54



55



48



51



53



52



60



46



49



52



50



37



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×