Đ Ạ I H Ọ C Q U Ó C G I A H À N Ộ I
T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T Ụ N H I Ê N
• • • •
'k'k'k'k'k'k'k'k'k
ĐÈ TÀI N GH IÊN c ử u K H O A H Ọ C C Ấ P Đ H Q G H N
N G H I Ê N C Ứ U G I Ả I P H Á P C H Ó N G F O U L I N G
C H O Q U Á T R Ì N H L Ọ C M À N G
M Ã S Ớ : Q G . 1 1 . 1 2
C H Ủ T R Ì Đ È T À I: T R À N T H Ị D U N G
MẢ NỘI -2013
Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G I A H Ả N Ộ I
T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T Ụ N H I Ê N
• • • •
'k'k'k'k'k'k'k'k'k
ĐÈ TÀ I N G H IÊN c ứ u K H OA H Ọ C C Ẩ P Đ H Q G H N
N G H I Ê N C Ứ U G I Ả I P H Á P C H Ó N G F O U L I N G
C H O Q U Á T R Ì N H L Ọ C M À N G
M Ả S Ố : Q G . 1 1 . 1 2
C H U T R I Đ Ẽ T A I: PG S .T S . T R A N TH Ị D U N G
C Á C C Á N B ộ T H A M G IA :
TI IS. Đ IN H TH Ị T1ILJ P H Ư Ơ N G
TI IS. V Ũ THỊ Q U Y Ê N
T H S . V Ũ Q U Ỳ N H T H Ư Ơ N G
T H S. N G Ô IIỒ N G Á N H T H U
C N . P H Ạ M TH Ị P H Ư Ợ N G
H À ỈN Ọ I - 2 0 1 3
M Ụ C L Ụ C
BÁO CÁO TÓ M TÁT BẢNG TIÉN G VIỆT
BÁO CẢO TÓ M TÁT BẢNG TIÉNG ANH
NỘI DƯNG CHÍNH
Mỏ đ ầ u 1

C h ư ơ n g 1. T ô n g q u a n 2
1 1 . I ỉiện tượng fouling và các giải pháp khắc p h ụ c
2
1.2. Biến tính bề mặt màne bàng trùna hợp ghép dưới tia u v 3
1.3. Chế tạo màng lọc bằng kỹ thuật đảo p h a
7
1.4. Mục tiêu v à n ội dung n g h iê n cứ u của đ ê t à i 10
C h ư ơ n g 2. T h ự c n g h iệ m 11
2 .1 . Hóa chất, dụng cụ và thiết b ị 11
2 .2 . P h ư ơ n g pháp nahiôn c ứ u 13
C h ư ơ n g 3. C á c kết q u ả n g h iên cứ u c h ín h
15
3.1. Trùng hợp ghép biến tính bề mặt m àng lọc xenlulo ax e tat

15
3 .2 . T rùng h ợp ghép biến tính b ể m ặt m àn g lọ c p o lye tesu lfo n
20
3.3. Trùng hợp ghép biến tính bề mặt màng lọc nano p o ly am it 25
3.4. Chế tạo màng vi lọc blend và m àng lọc compozit hiệu năng c a o
33
3 .5. G iải pháp eià m fo u ling c h o quá trình lọc m à n g 37
K ết luận 38
K iến n g h ị 38
T à i liệu th a m k h ả o 39
C ác công trìn h khoa học đã công b ố 41
Ket quả đào t ạ o 41
S ả n p h ẩ m c ô n g n g h ệ 42
PHỤ LỤC
B Á O C Á O T Ó M T Ấ T
1. Tên dề tài: “ N ghiên cứu giải ph áp chống fouling cho q u á trìn h lọc m àn g ”

M ã số: Q G .l 1.12
2. Chủ trì đề tài'. PGS.TS. Trần Thị Dung
3. Các cán bộ tham gia: ThS. Đinh Thị Thu Phương
ThS. Vũ Thị Quyên
ThS. Vũ Quỳnh Thương
ThS. Ngô Hồng Á nh Thu
CN. Phạm Thị Phượng
4. M ụ c tiê u và n ộ i (lu n g n g h iê n c ứ u
a. M ụ c tiêu : N gh iên cứ u g iải pháp ch ổn g tắc m àn g (fo u lin g ), nhằm nâng c a o năng
suất lọc và giảm mức độ tắc nghẽn cho quá trình lọc màng.
b. Nội dung nghiên círu:
- N g h iê n cứ u b iến tính bề m ặt m àn g lọc bằ n g kỹ thuật trùng hợp g h é p
quang hóa dưới bức xạ tử ngoại.
- Nghiên cứu chế tạo m àng vi lọc và màng lọc com posite hiệu năng cao.
Đ á n h g iá hiệu quả của quá trình b iến tính bề m ặt và tính n ăng lọc của
m àng chế tạo được với một số đối tượng tách dễ gâv tắc m àng (protein,
nấm men, thuốc nhuộm) trong dung dịch.
5. C ác k ế t q u ả đ ạ t đ ư ợ c
a. N ộ i d u n g k h o a h ọ c :
Đ ánh g iá đ ư ợ c tính năng lọ c , khả n ăng g iả m fo u lin g và nâng c a o năn g
suất lọc cho các màng polyetesulfon, màng xenlulo axetat, m ànu lọc
nano polyam it bằng phương pháp trùng hợp ghép quang hóa dưới bức xạ
tử ngoại
Xác định được các điều kiện thích hợp cho quá trình trùng hợp ghép
quang hóa bề m ặt màng, sử dụng các monome là axit acrylic và axit
m aleic, theo các phương thức trùng hợp khác nhau.
- X ác định đ ư ợ c các điều kiện chính th ích hợp để chế tạ o m àn g v i lọc
x e n lu lo este blen d và m àng co m p o site h iệu n ă n g ca o từ các loại vật liệu
xenlulo axetat, xenlulo nitrat và polypropylene bàng phương pháp đảo
pha đ ô n g tụ tại ch ồ.

b. B à i b á o k h o a h ọ c : 03 bài báo đăn g trên cá c tạp ch í k h oa học chu y ên ngành
1. Trầ n T h ị Du n g. D inh Tlìị Thu P h ư ơ n g . K hao sát m ột sô diêu kiện hiên
tính bề m ật m àng lọc p o ly eth ersu lfon e, T ạp c h í K h o a h ọ c v à C ô n g níilìỊ'. 50
(1 ) 9 7 -1 0 3 . 2 0 1 2
2. D in h Thị Thu Phư ơ n g. T r ầ n T hị D un g , B ùi D uy C am . S h insuk e M ori.
M asaaki Suzuk i. Im p rov em en t o f an tifo u lin e and separation proper!} lor
cellulose acetate membrane by u v photo-erafting polymerization o f acrylic
acid. Tạp CÌ1Í Khoa học và Công nghệ, 50 (3C) 663-669, 2012
3. T rầ n T h ị D u n g. Vũ Quỳnh Th ư ơ n g . N g u yễn Thị H ạnh. K h ảo sát anh
h ư ở n g của m ột số điều kiện ch ế tạo đến đặc tính m àng vi lọ c x e n lu lo este
b lend . T ạp c h í Khoa h ọ c , ch u yên san K h o a h ọ c T ự n h iê n v à C ô n g n g lìệ . 28
(1S) 2 3 -2 8 , 2 0 1 2
c . Đ à o tạ o : 01 luận văn thạc sỹ, 03 khóa luận tốt ng h iệp đại học
1. H V C H .C ù T h ị V â n A n h
2. sv. Trần Thị H oàn
3. sv. Phạm T hị Ph ư ợ n g
4 . sv. T rương T hị Thanh T húy
5 . T in h h ìn li kinlì p h í c ủ a đ ể tà i
T ổn g kin h phí được cấp: 1 6 0 .0 00 .0 0 0 đ
Đ ã chi: 1 6 0 .00 0 .0 0 0 d
KHOA QUẢN LÝ
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI
/ /
Trần Thị Dung
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ NHIÊN
• • • •
P R O J E C T S U M M A R Y
1. Title. Possibilities o f antifouling for m embrane filtration processes
C O D E : Q G . 1 1.12
2. C o o r d in a to r : A s s o c. Prof. Dr. Tran T hi D u n g

3. P a r tic ip a n ts . M .S c. D in h T h i Thu P h u o n g
M .S c. V u T h i Q u y en
M .S c. V u Q u y n h T hu o n g
M .S c . N g o H on g A n h T hu
B .E n g . Pham T h i P h u on g
4. Purpose and contents of research project.
a. P u r p o se : R esearch on p ossib ilitie s o f a n tifo u lin g for m em b ran e filtration,
im p rov em ent o f m em bra n e flu x and reducin g o f flu x d e c lin e durin g filtration
b. C o n te n ts :
- M odification o f membrane surface by U V -photo grafting polymerization
- Preparation o f high perfomance m icro filtration and composite m embranes
- D eterm ina tio n o f m em b ran e fou lin g prop erty and p o s s ib ilit ies for redu cin g o f
m em brane fou lin g for s o m e h ig h fo u lin g ten d e n c y ob jec ts in th e feed (protein , d ye s )
5. M a in re su lts:
a. S c ie n tific r e s u lts:
- T he filtration prop erty, the p o ssib ility for d ecr ea se o f fou lin g and the
im p r o v em ent o f filtration flu x o f p o ly e th e rsu lfon e , ce llu lo s e ac e tate and p o ly a m id e
n a n o filtr a tio n m em bran es by Ư V p h oto irradiation graftin g p o ly m e r iz a tio n te ch n iq u e
h a v e been in v estig a ted .
- T h e suitable co n d ition s for m em b rane surfa ce graftin g p oly m eriz a tio n
p r o c e ss, u sin g a cid acry lic and acid m aleic as m on o m ers in liq u id p h a se h a v e been
illustrated.
- T he m ain su itable con d itio n s for p reparation o f h igh p erfo rm an c e separation
m icrofiltra tio n and c o m p o s ite m em bran es from c e llu lo s e acetate, ce llu lo s e nitrate and
p o ly p rop y len e by in situ p h a se in versio n m eth od have b e en d eterm inated.
b. P u b lic a tio n s: 03 papers
1. T ra n T h i D u n g , Đ in h Thi T h u Ph ư ơ n g. In v estig a tion o f so m e con d ition s
for su rface m o d ific a tion o f p o lye th ersu lfo n e m em bran e, V A S T J o u r n a l o f
S c ie n c e a n d T e c h n o l o g y 50 (1 ) 9 7 -1 0 3 , 2 0 1 2
2. Đ in h Thi Thu P h u o n g , T r a n T h i D u n g , B ui D u y C a m , M asaaki S u zuk i,

S h in su k e M ori. Im p ro v em en t o f antifou lin g and sep a ration property for
c e llu lo s e aceta te m em b rane by IIV plioto-gral'tiim p o ly m erizatio n o f acrylic
acid. V A S I J o u rn a l o f S c ie n c e a n d T e c h n o lo g y , 50 (3 C ) 6 6 3 -6 6 9 . 2 0 1 2
3. T r a n T h i D un g . V u Q u yn h I h u onu . N u u vcn I hi lla n h , Influence' o f
som e preparation co n d itio n s on th e ch a ra cteristics o f c e llu lo se este blend
m icrofiltration m em bran e. V N U J o u r n a l o f S c ie n c e , sp ecial issu e for
N a tu r a l S c ie n c e a n d T e c h n o lo g y , 28 (IS) 2 3-2 8 . 20 1 2
T ra in in g r e s u lts : 01 master dissertation, 03 bachelor thesis
M aster student: C u T hi V an A n h
Undergraduate students: + Tran Thi Hoan
+ P h am T h i Phuong
+ T ru o n g I hi Thanh T h u y
B u d g e t
- Total budget: 160 millions VND
Spent amount: 160 m illions V N D
C O O R D IN A T O R
T r a n T h i Dung
MỞ ĐÀU
Màng lọc được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và trong khoảng vài
chục năm trở lại đây, kỹ thuật lọc màng ngày càng được ứng dụng rộng rãi và hiện
đang tiếp tục phát triển mạnh mẽ do những ưu thế đặc biệt của phương pháp lọc màng,
đó là: quá trình tách có thể thực hiện ở nhiệt độ thường (tiết kiệm năng lượng); không
cần sử dụng thêm các hoá chất khác (thân thiện môi trường) và có thể tách được các
tiểu phân có kích thước khác nhau, từ cờ hạt đến cỡ ion (phạm vi ứng dụng rộng rãi).
I lai thông số quan trọng nhất của quá trình lọc màng là độ chọn lọc (khả năng lưu giữ
các cấu tử c ầ n tách) của m àn g v à n ă n g suất lọc (th ể tích d ịch lọc đi q u a m ộ t đơn vị
diện tích bề mặt màng lọc trong một đơn vị thời gian tại áp suất xác định). Năng suât
lọc là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của một quá trình màng. Do đó, một trong
những vấn đề được quan tâm nhất trong lĩnh vực màng lọc hiện nay là nghiên cứu các
giải pháp nhằm nâng cao năng suất lọc và hạn chế mức độ tắc màng (fouling) trong

quá trình lọc, đặc biệt với đối tượng tách là các dung dịch có chứa protein hoặc các
chất hữu cơ. Trong quá trình lọc màng, hiện tượng fouling xảy ra do sự tích lũy cùa
các cấu tử được màng lưu giữ trên bề mặt và bên trong các lỗ xốp, làm cho năng suất
lọc của màng giảm mạnh theo thời gian lọc. Việc nghiên cứu các giải pháp chống
fouling cho quá trình lọc màng có một ý nghĩa rất quan trọng, nhằm nâng cao hiệu quả
của quá trình tách qua màng. Các giải pháp giảm fouling cho quá trình lọc màng bao
gồm: biến tính bề mặt màng nhằm làm tăng tính thấm của dung môi đi qua màng (ví
dụ làm tăng tính ưa nước cho màng nếu dung môi là nước), giảm sự hấp phụ của các
tiểu phân được lưu giữ lại trên bề mặt và trong các lỗ xốp của màng, kéo dài thời gian
làm việc của màng, nâng cao khả năng làm sạch màng bằng các phương pháp rửa,
k iể m soát chế độ thuỷ động trong quá trình lọc m àng vv T ron g đó, để nâng cao năng
suất lọc mà không làm giảm độ lưu giữ và độ bền cơ học của màng thì phương pháp
biến tính bề mặt màng là một kỹ thuật thích hợp. Mặt khác, với các đối tượng lọc có
khả năng gây tắc nghẽn màng cao thì việc chế tạo được vật liệu màng lọc có năng suất
lọc cao và khả năng chống tắc tốt, diện tích làm việc lớn, bền cơ học và có thể tái sử
dụng sau khi làm sạch (rửa) là một vấn đề nghiên cứu rất có ý nghĩa trong thực tiễn.
1
CHƯONG I. TÓNG QUAN
1.1. Hiện tuạng fouling (tăc màng) và các giải pháp khắc phục
Hiện nay, việc giảm thiểu fouling cho các quá trình lọc màng đang rât dược
quan tâm nghiên cứu và giải quyết. Các tưưng tác gây ra hiện tượng fouling có the do
sự hấp phụ vật lý của các cấu tử từ dung dịch, sự kêt tủa của các muôi ít tan, sự hình
thành màng sinh học (bio-fouling) và sự bám phù của các chất bị lưu giữ ở trên bẽ mặt
và bẽn trong cấu trúc xốp của màng trong quá trình lọc. Một sô giải pháp có thò sử
dụng nhằm giảm bớt hiệu ứng fouling cho quá trình lọc màng là: xử lý sơ bộ nguôn
vào thiết bị lọc, kiểm soát chế độ thuỷ động và tốc độ dòng qua màng, sử dụng màng
lọc có đặc tính phù hợp và rửa màng định kỳ [1-3]. Gần đây, giải pháp biến tính bê
mặt nhàm tăng tính ưa nước của vật liệu màng lọc đê có được màng lọc fouling thàp là
một hướng nghiên cứu triên vọng [4, 5],
Bề mặt vật liệu màng lọc có vai trò rất quan trọng đối với chất lượng màng, cấu

trúc và đặc tính của bề mặt thường khác với cấu trúc và đặc tính bên trong khôi vật
liệu màng, mặt khác bề mặt màng thưòng dễ bị tác động bời các tương tác vật lý. hóa
học với môi trường làm việc. Đe có được vật liệu màng lọc với các đặc tính bè mặt
như mong muốn và phù hợp với mục đích sử dụng, người ta đã tìm cách biến tính bê
mặt màng lọc, phương pháp biến tính bề mặt có rất nhiều ưu điểm: cải thiện được lính
chất bề mặt vật liệu màng mà không ảnh hưởng đên các tính chất bên trong của vật
liệu, giảm được công nghiên cửu chế tạo vật liệu m ới m à vẫn có được bề m ặt VỘI liệu
với tính chất mong muốn; hơn nữa còn có thể tiết kiệm chi phí chế tạo vì chi cần tác
động lên bề mặt mà không phải thay đổi toàn bộ vật liệu.
Hiện nay, một số phương pháp biến tính bề mặt vật liệu nói chung và bê mặt
màng lọc polyme nói riêng dã và đang được nghiên cứu, nhưng một cách khái quái có
thể chia thành ba phương pháp chính là: phương pháp hóa lý, phương pháp cơ học và
piiương pháp sinh học. Trong đó, đa dạng và phổ biến nhất là phương pháp hóa lý,
phương pháp này được chia thành ba nhóm nhỏ: thứ nhất là kỹ thuật pha khí, trong đó
hổ mặt vật liệu được xử lý trong các môi trường khi chứa các phần tử hoạt độ nu (gôc
tự do, electron, các phân tử bị kích thích) hay dưới các bức xạ điện từ (tia uv. lia Ỵ.
điện quang); thứ hai là kỹ thuật pha lỏng và khối, hao eồm các kỹ thuật tạo lớp plui vật
lv hoặc thực hiện các phản ứ ne hóa học trên bề mặt vật liệu; thứ ba là kỹ thuật phôi
hợp - pha lỏng và pha khi. Nííoài ra, còn có thể biến tính bề mặt vật liệu trong những
môi trường khí được phóng điện với tần sô cao (RFGD) - môi trường plasma, kỹ lluiậi
này có tác dụn g chủ yếu là ăn m òn bề mặt, tạo các liên kêt nganơ trên bê m ặt hoặc phu
m ột lớp p o lym e m ới lên trôn hê m ặt của vật liệu nền. Ph ư ơ ng pháp cơ học chù YOU ia
làm nhám bè mặt vật liệu (roughing). Phương pháp biên tính sinh học "ôm có: lìâ p phị!
vật lý các phàn tứ sinh học (protein, lipid, receptor, ) lèn bê m ặt vặt liệu, tạo liên kci
-)
hỏa học cùa các phân tử sinh học với các nhóm bô mặt hay nuôi câv tê bào trên bê mặt
vật liệu .
Cho đến nay, việc nghiên cứu biên tinh bê mặt màng lọc polyme là một vàn đê
thu hút dược sự quan tâm của nhiều nhà imhiên cứu trong lĩnh vục chê tạo màng do
nhữns ưu thế đặc biệt của phương pháp này. Một số kỹ thuật đã vù đang được nghiên

cứu là: kỹ thuật trùnc hợp bê mặt, kỹ thuật phủ lớp bê mặt, kỹ thuật plasma, kỹ iliuật
xử lý ozon, kỹ thuật trùng hợp ghép Trong đó, kỹ thuật trùng hợp ghép bê mặt là

một trong các phươna pháp đana được quan tàm nghiên cứu và là một kỳ thuật rãi hữu
ích để chế tạo màns lọc fouling thấp, dùng để tách protein và các chất hữu cơ trong
dung dịch, về nguyên tắc, phương pháp này có khả năng đưa vào bê mặt ìnàrm các
nhóm chức ưa/kỵ nước. Đối với các bề mặt polyme kỵ nước, kỹ thuật trùng hợp uliép
có thể làm tăne tính ưa nước cho bề mặt vật liệu bằng cách đưa vào bề mặt các nhỏm
chức có tính chất ưa nước (ví dụ nhóm hydroxyl, cacboxylic, amin ) [6-8]. Trong
một sô trường hợp đặc biệt, tính ky nước của bê mặt lại cân được tăng cường [9J, diêu
này có thể thực hiện bằng cách gắn vào bê mặt màng các nhóm chức có tính chill kỵ
nước. Kỹ thuật trùng hợp ghép có thê thực hiện trong pha lòng Ị10-12] hoặc pha hơi
[13,14]. Quá trình trùng hợp ghép có thê tiến hành qua một bước hay còn uọi là
phương pháp đồns hành, nghĩa là sự trùng hợp xảy ra khi có mặt đồng thời cả monome
và chất khơi mào [15,16], hoặc có thể tiến hành qua hai bước như là một kỳ thuật phối
hợp, ờ đây trước hết các vị trí kích thích được tạo ra trên bề mặt vật liệu, sau đỏ quá
trình trùng hợp ghép xảy ra dưới tác động của nhiệt hoặc bức xạ [ 17-20], Câu trúc của
polyme trùng hợp ehép trên bê mặt có ảnh hưởng mạnh dên khả năng tách của màng
[21|. Bang cách thay đổi các diều kiện trùng hợp, từ một loại màng nền ban đầu có thể
chê tạo được nhiều loại m àng có các tính chất bề mặt khác nhau và do đó, có tính cliât
tách khác nhau. Quan trọne nhất, kỳ thuật này có thê tạo được lớp polyme ghép Iiuay
trên bề mặt màng mà không làm ảnh hưởng tới các tính chất bên trong (bulk property)
của vật liệu màng nền. Các công trình nghiên cửu [22-28] cho thấy, màng sau khi hiến
tính bề mặt bàng kỳ thuật trùng hợp chép có khả năng chông fouling tôt hơn so với
màn° nền ban đầu.
1.2. Biến tính bề mặt màng lọc bang phưoìig pháp trùng họp ghép duói tia UY'
kv thuật trù nu hợp chép biến tính bề mặt màng lọc dưới bức xạ tử ngoại (I IV-
photo u raftins polym erizatio n m ethod) là một kỹ thuật tươno đôi mới và có nhiêu ƯU
điểm: đơn giàn, không đắt tiền và có thẻ áp dụng ở qui mô công nehiệp. Sự trùng hợp
ghép dưới bức xạ u v xảy ra ở bề mặt man? lọc với các liên kèt ôn định vê mặt hoa

họe. NiỊoài ra. m ức độ trìnm h ợp chóp và tính chât của bề m ặt m à n g có thê được kiêm
soát hãnu cách thay dõi các điêu kiện tiên hành trùnc hợp [ 18, 29].
l ia ư v dược sử dụng nhiều trong quá trình trùng hợp ghép bê mặt vậl liệu
polvme nói chune, tùy từng trườne hợp, người ta có thể sử dụng thêm các chât khơi
mào quang hoặc chất nhạy sáng (diên hình là benzophenone và các dân xuât) đê làm
tàng tốc độ cũng như hiệu quà của quá trình trùng hợp. So với các phương pháp hiên
tính khác, trùng hợp shép bề mặt dưới bức xạ u v cho thây những ưu điểm nôi bật
như: tốc độ phàn ứng nhanh, giá thành rẻ, thiết bị đơn giản, dễ dàng triển khai ớ quy
ITIÔ lớn và các chuồi polyme trùng hợp ghép giới hạn ở bề mặt vật liệu nên [30J.
Trùng hợp ghép quang hóa bang tia u v có thể tiến hành theo nhiều cách Ishác
nhau, tùv thuộc vào loại vật liệu nền. loại monome và mục đích sử dụng vật liệu sau
biến tính. Quá trình có thể được mô tả khái quát như sau: vật liệu nền ban đâu dược
phù chât nhạy sána, (nếu cần), sau đó ngâm vật liệu vào dung dịch monome (có khả
năng trùng hợp) rồi ỉâv ra chiếu bức xạ uv, hoặc trong quá trình ngâm kêt hợp dông
thòi chiếu tia u v, cũng có thê chiếu bức xạ u v lên bề mặt vật liệu trước sau đó mới
ngâm vật liệu vào dung dịch monome. Dưới tác dụng của tia ƯV, chất nhạy sáim bị
kích thích, ờ trạng thái kích thích nó có khả năng lấy đi một proton của vật liệu nền,
tạo thành các gốc tự do trên bề mặt vật liệu, khơi mào cho quá trình trùng hợp. Vói vật
liệu nên có chứa các nhóm chức cacbonyl hoặc este thi có thể không cẩn dùng chất
khơi mào quang, khi đó dưới tác dạng cùa tia uv, bản thân vật liệu có thể tự tách ra
một proton hoặc một nhóm nhạy sáng để tạo các gốc tự do và quá trình trùng hợp vẫn
xảy ra. Hoặc nếu sử dụng monome có khả năng tự trùng họp (như axit acrvlic. axit
methacrylic, glycidyl acrylate, styrene, ) thì cũng không cần dùng chât khơi mào
quang. Dưới đây là cơ chế chung của quá trình trùng hợp ghép quang dưới bức xạ IIV.
*) K hônẹ có chất nhạy sảng, vật liệu có khả năng tách proton
khơi mào
nCHj=CH
R
A
\'4át Iiiaclỉ

/
N
/
/
H
WW-V'CH2- o
R
•\
/
/
R
+ y'A/wi
K
b) K hôn g có chấ t nh ạ v sáng, vật liệu nên (polysu lfon e hay p olyeth ersu lfo n e ) tự lách
nhóm nhạy sảng, tạo gố c tự du
hv
r t : 4 -
'! ’N\
•< )
CHj o
-SO,
r ——- V CM3 *— X
CH]
\ Q K ~ \ V ) ) ~ 0 ~% J / Y 9
CH5 ^ •' ^ ' 0
r
__
_
CH}
__

_
O H O )
C H ,
/ V V\
' H y
Cy) Không cỏ chát nhạy sáng, monomer (styrene) củ khá năng tự trừng hợp (chát nên là
LDPE (low density polyethylene)
UY
[ 1 -
s
1 — [ A i
r li
K lì
í ì
Ỉ U . ■ ■
L ì
Ý ì \
*
►
1
u
lioniopolviner cua Stymie
i.DPK
(S lá chát lieu)
s- + n
hoặc
► Polvmei' gliép stvrene
5
dj c o ch ãi n hạv sáng (benzophenone (DP)
kit'll tliich BP

hv
[BP]-
[BP]1
Quang klur
Kliưi mào
[BP]T + jt~ H
y.
OH /
{ V c J ~ x + 'X •
v^-«/ . w*/ yj
1-
c h 2^ ch
R
A
c h 2- ch
R
'A
/i
Phát triển mạcli
Ngát mạch
">-■CH2-CH + nCH2-CH
y. R R
A
H
/ Ị
/
- Ọ . + ✓
/
R
■

-CH,- c
ị
A
A
b w w w M ■
/;
/
/1
/
A
\
\
‘v
K
/
A
A
/
H
■ CH2 - c* + (-
R
OH
; V c - / ^
•/ •
H
. ỵ j w w CHr C — c - OH
^ R r 'V
> I
OH
y "is Ì ^ V

V c . x'
■ V c
K c
OH
\
Thông thường, phương pháp trùng hợp ghép có thể diễn ra không như mong
muôn nêu không có phương thức tiên hành thích hợp, vì quá trình trùng hợp uhép
thườna kèm theo sự đồng trùn" hợp tạo ra các homopolyme cùa monome, tạo nhánh
và lièn kết ngans của các chuỗi đirợc e,hép cấv, thậm chí có thè làm hỏng chât liên.
Việc tạo thành các homopolvme và các liên kết Iìganu cùa vật liệu nên ờ mức độ cao đi
ngược lại với mục tiêu biên tính hê mặt ban dâu và đôi khi nỏ ụâv bàt lợi cho các ứng
dụng vê sau. Vì vậy các điêu kiện tiên hành quá trình như cườim độ bức xạ, nÔMLỉ, độ
dims, địch monome. nồng độ chát nhạy sáne, thời eian trùng hợp can được kiêm soát
nạhièir iiL’ặt.
6
Việc ứng dụng kỹ thuật trùne hợp ghép dùng tia u v tronu lĩnh vực chẽ tạo
m àng lọc là m ột hướng nghiên cứu đang được quan tâm và phát triên do những lọi thè
dặc biệt của phươnc pháp này. Ưu thế của kỳ thuật trùng hợp ghép quang bè m;jl la
phương pháp này có thể thực hiện được ờ các điều kiện phản ứng êm dịu và nhiệt độ
thấp, có độ chọn lọc cao bàng cách lựa chọn các chất nhạy sáng và chiêu dài hước
sóng kích thích thích hợp, và là một kỹ thuật tương đỏi đơn giàn, chi phí thâp và cỏ the
áp dụng trons, phạm vi rộng.
Một trong những mục đích chủ yếu của phương pháp biên tinh trùnơ hợp ghép
bề mặt màng lọc ià nhàm tăng tính ưa dung môi cần lọc để giảm thiểu mức độ tăc
màng (fouling), nhàm nâng cao hiệu quả của quá trình tách qua màng. Tính chãi bề
m ặt m àng sau k h i trùng hợp ghép phụ thuộc m ạnh vào các điều kiện tiến hành n ùng
họp như tính chất vật liệu nền, bản chất monome, nồng độ dunc dịch monome, cưòne,
độ bức xạ, thời gian trùng hợp .
Khi được kích thích bời bức xạ tử ngoại, trên bề mặt màng sẽ xuất hiện các íiốc
tụ do, monome sẽ được trùng họp ghép vào vị trí của các gốc tự do này và tạo lhành

một lớp polyme ghép trên bề mặt màng lọc, làm thay đổi tính chất cùa màng. Chiều
dài của mạch ghép, mức độ chặt khít của lớp ghép phụ thuộc vào các điều kiện tiến
hành trùng hợp.
Trên cùng vật liệu nền, với cùng một loại monome, lớp polyme ghép sẽ càng
dày và chặt sít khi tăng năng lượng và thời gian trùng hợp. Tuy vậy, năng lượnu hức
xạ không nên vượt quá một giới hạn xác định nào đó để không gây ảnh hưởng cho vật
liệu nền, mặt khác, thời gian trùng hợp quả dài cũng sẽ làm tổn hại đến lớp polyme
vừa được trùng hợp ghép do chính tác động của bức xạ tử ngoại.
Như vậy, bằng cách khống chế các điều kiện và thông số thực hiện quá trình
trùng hợp ghép dưới bức xạ ƯV, màng sau khi biến tính bề mặt có thể có cấu trúc và
đặc tính khác nhau và khác với màng nền. Với các điều kiện biến tính thích hợp. tính
năng tách của màng sẽ được nâng lên so với màng nền ban đầu.
1.3. Chê tạo màng lọc bang kỹ thuật đảo pha
Đảo pha là quá trình trong đó polvme chuyển từ trạng thái lỏng sang trạnu lluĩi
ràn có kiêm soát. Băng cách kiêm soát giai đoạn băt đâu chuyên pha có thê thay dôi
được càu trúc của màng hình thành. Đảo pha là một kỹ thuật có thể thực hiện bànii các
plurơne, pháp khác nhau như bay hơi dung môi, đông tụ chìm, đông tụ nhiệt vv Màng
dao pha có thể được chế tạo từ nhiều loại polyme khác nhau, yêu cầu đôi vói các
polvine imivêìi liệu là phải tan được hoàn toàn trons, một dune môi hoặc một hôn hợp
dunụ m ò i n ão dỏ. Tính ehàt của m àn u h ình thành phụ th uộc m ạnh v à o các điêu kiện
7
chế tạo nlnr nồnu dộ dunii dịch polvnic. thành phàn hỗn hợp polvmc. môi trưừnu ilònu
lụ. loại dunii môi sư dụnu. Pliươnu pháp dao pha cho phép chê tạo dược các màni: có
call t r u e tù' xôp rone dcn chặt sít.
I láu hốt các loại mànu tlurơnu mại hiện nay dược chê tạo băim kỳ thuật dao pha
d ỏ n i i tụ . Ọuá trình đònu tụ xay ra do sự dịch chuvèn hoán dôi ỉiiừa dune môi di ra tú
tron ti lớp duim dịch tạo mànu và chàt dỏ nu tụ tù' môi trưừne tlỏnu tụ di vào lóp duim
dịch tạo manu. Câu trúc mùim hình thành phụ thuộc vào tốc dộ chuyến khối v;i lách
pha tronc quá trình dông tụ. Nhiệt tlộnu học của quá trình hình thành màng bãnu kỹ
Iluiật dao pha đôim tụ cỏ thê dược mô ta băn2 tỉiàn đô pha hệ 3 câu tử: polyme - dunti

môi - chat dông tụ [31]
Polvme
Chất đỏng tụ đi vào trong lớp dung dịch đồnu thể của hồn liựp polyme và đung
mòi. thành phần của hồn hợp này được biểu diễn ở điểm A trên cạnh tam giác pol\me-
dung môi. Neu dung môi di ra từ hỗn hợp và chất đông tụ đi vào. thành phần CỈUI hỗn
hạp sè thay đổi theo đường A-B. Tại điểm c, thành phần của hệ sẽ đạt tới vùng khòng
trộn lần và bất dầu hình thành hai pha: pha aiàu polyme dược biểu diễn ở phía trẽn và
pha imhco polym c õ phía dưới.
lại một thành phàn nào đỏ của hồn hợp 3 cấu tứ. none độ polyme tron Lí pha
giàu poly 1110 là du cao dè được coi là the ran. I hành phần náv dược biếu diễn bơi (.liêm
1). lại đièm này. câu trúc của màna hát đầu được hình thành. Sụ- dịch chuyên tlièm
nữa cua dung môi và chât dônu tụ dần tiến cấu trúc rán cuối cùnu CIU1 mànii vứi độ xốp
dược xác định b ở i diêm B . diem B c à rm íiâ n B thì m à n u hình thành c à iií i chặt Mi \ à
ngược lại. đièm B cànti "ân đièm B thi màiiii càim xôp.
s
l)ộ \ôp chung của mànc càng cao thì độ xỏp của lớp hê mặt cũ nu như CIUI lớp
(lò dèu tăim theo, tuv nhiên, với màníi bât dôi xứng thì lớp bê mặt hao ui ờ cùn í! chặt sít
hon lớp dỡ. I)ộ xôp chung của màne phụ thuộc vào hàm lượim polyme tronu diinu
địch tạo mànu và tốc dộ chuyển khối của chât dònsi tụ di vào và dung môi di ra khỏi
lớp tluim dịch tạo màna.
Ciián dỏ bậc ba hệ polyme-dung mỏi-chât dôna tụ biêu diễn một sỏ đườim clòim
tụ khác nhau cho sự hình thành các màng xốp và màne ít \ốp . Đường AE biếu điền sự
hình thành màtm xốp nhiều do chất đôna tụ di vào lớp dunu dịch nhanh hơn dunu mòi
trone lớp dun" dịch di ra. polyme hoá răn bao quanh một thê tích dung môi và chất
ilòim tụ hòn trong tạo thành câu trúc rồng, thế tích dung môi và chất đông tụ bên trong
càng nhiêu thì cấu trúc rỗng càng lớn, màng hình thành sẽ càng xốp hơn. Đ ườn li AD
biC-u diễn sự hình thành màng chặt sít hơn do tốc độ của dune môi di ra từ lớp dung
dịch tạo màng nhanh hơn tốc độ của chất đông tụ đi vào. Do đó. khi polyme bắt dầu
hoá rắn. ở bên trong vách polyme có một thể tích dung môi và chất đông tụ ít hơn. tạo
thành cấu trúc ít xốp hơn và màng hình thành có kích thước lồ nhỏ hơn.

Polyme
Dô điêu chinh độ xốp chuna cho màng ta có thế thay đổi hàm lượne polvme
troim dung dịch tạo màne. băns cách tăng nồna độ polyme trona dung dịch tạo niànẹ
hoặc tâng thời uian bay hơi dunu môi (dịch chuyển từ diem A dcn điểm A ). maim
Ir.nli thành sẽ có độ xốp thấp hơn và chặt sít hơn.
Trên íiiun dỏ. một cách tirơns đôi. có thê mường tượng được sự khác nhau vò
càu trúc cua các loại màns hình thành tron2 các diều kiện khác nhau, vùne “porous"
9
tương ứng với các màng xốp nhiều (thưòng là vi lọc), vùng “optimum-' cho many, xỏp
vừa (thường là siêu lọc), còn vùng "dense" cho màng xôp ít (lọc nano hay thâm lliàu
ngược). Đố thay đổi tốc độ chuyển khối của chất đông tụ đi vào và dung môi di ra khói
lớp dung dịch tạo màng, có thê dùnạ một sô phương pháp như: sir dụng các chãi phụ
gia trong đung dịch tạo màng, thay dổi nồng độ polyme trong dung dịch tạo màng,
thay đổi môi trường đông tụ. hoặc thav đổi nhiệt độ của dung dịch tạo màng hay nhiệt
độ môi trường đỏnc tụ. Ví dụ. khi tăna; nòng độ polyme trong dung dịch tạo màng, câu
trúc màng sẽ chuyển từ dạng xốp nhiêu (finger-type) sang dạng xôp ít (spongy-type).
Độ xốp chung của màng giảm và thời gian đỏng tụ tăng lên khi nông độ polyme irong
dung dịch tạo màng tăng, nghĩa là tốc độ đông tụ giảm, điêu này là nguyên nhân dân
đến sự thay đổi cấu trúc của màng. Nôns độ polyme trong dung dịch tạo màng tăng
làm cho nồng độ polvme tại điểm bắt đầu đông tụ (điểm C) cũng lớn hơn, và do dó
làm tăng độ chặt sít của bề mặt màng.
1. 4. Mục ticu và nội dung nghiên cứu của đê tài
Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu màng lọc có năne, suất lọc cao và khả năng
chong tắc tốt cho đến nay vẫn là một thách thức và thu hút sự quan tâm của các nhà
nghiên cứu trong lĩnh vực chế tạo và ứng dụng màng lọc. Do số lượng các loại vật liệu
polyme có thể dùna để chế tạo màng không nhiều và hầu hết các loại vật liệu này lại
có tính ưa nước kém, cho nên việc nghiên cứu biển tính bề mặt màng lọc là một hướng
nghiên cứu rất có triển vọng trone việc chế tạo các loại màng lọc fouling thấp, lỉên
cạnh việc nghiên cứu biến tính bề mặt nhằm nâng cao tính năng tách và giảm thiêu tăc
màng thì việc tìm ra được các điều kiện thích hợp để chế tạo được vật liệu màne lọc có

năng suất lọc cao và khả năng chống tắc tốt, bền cơ học và có khả năng tái sử dụng
sau khi làm sạch (rửa) là vân đồ rất có ý nghĩa.
M ụ c tiêu đ ặt ra của đ ề tài là n g h iên cứ u m ộ t sô giải p h á p c h ô n g fo u ling cho LỊ nã
trình lọc màng, bao gồm: nghiên cứu biến tính bề mặt màng lọc nhăm tăng nănu sưât
lọc và giảm mức độ tăc màng; nghiên cứu chê tạo màng lọc có năng suât lọc cao và
khá năng chống tắc tốt.
Các nôi dung chính cân nơhiên cứu "ôm:
- Nghièn cứu biến tính bề mặt màng lọc polyme bans kỹ thuật trùno hợp Lilìép
khơi mào dùng tia ƯV, khảo sát ảnh hirởno của các điều kiện biến tính bê mặt đen khá
r.ăne lọc tách và mức độ tắc màng
- Nghiên cứu chế tạo màns vi lọc và màng compozit cỏ năng suất lọc cao băng
kỹ thuật dào pha và khảo sát anh hưởng của các điêu kiện chê tạo đên tính năn 1’ lọc
của màno,.
10
C H Ư O N G II. T H Ụ C N G H IỆ M
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
2.1 .1 . H óa c h ất
S T T Hóa chất
M ụ c đích s ử dụng Ghi chú
1
A lbum in Pha dung dịch tách 99.5 % , W ako , N hật
9
Axit acrylic. C3H4O2
M o n om e 98.5%, Trung Quốc
-)
J
Đ ồng suntầt.
C u S 0 4.5H 20
Pha thuốc thừ Biure
Trung Ọuôc

4
Kali hydrophotphat,
K H P O 4
Pha đệm photphat Trung Quốc
5
Natri hydroxit Pha thuốc thử Biure > 9 6% , T rung Q uốc
6
N atri dihvdrophotphat.
N a II2P 0 4.2H 20
Pha đệm photphat Trung Quôc
7
Natri Kali tactrat.
N a K C 4H 40 6.4H20
Pha thuốc thứ Biure
Trung Quốc
8 Nước cất Pha dung dịch
9
Màng lọc xenlulozo
axetat
M àng nền
Advantec, Nhật
10
Màng lọc polyetesulfon
M àng nền
Satorius, Đ ứ c
11
M à n s lọc polyam it
T W 3 0
Màng nền
Filmtech, Mỹ

12
Thuốc nhuộm hoạt tính
Pha dung dịch thuốc
nhuộm
T rung Q uốc
13
Axeton
D u n g môi
T rung Q u ốc
14
Etanol
D ung môi
T rung Q uốc
15
Xenlulozo axetat
N g uyên liệu
Aldrich, Mỹ
16
Xenlulozo nitrat
N g u yên liệu
T ru ng Q uốc
17
Polypropylen
N en xốp
Việt N am
18
A xit xitric
Pha dune dịch rửa
màng


1"

__
_
_
_
___
_
_
_
_
_
___
T rung Q uốc
19
Triphotphatnatri
Pha dung dịch rửa
mànẹ
_
_
_
_
SrJ
___
.
_

_
__
T rung Q uốc

20
A xit m aleic
Monome
W ako, N hật
1.2. Dụng cụ và thiêt bị
STT
Dung cu và thiết bi Muc đích sử dung
— - • 0 •
_
_
___
•_
____________ • • 0
1
Bình nén khí N itơ
Tạo chênh lộc
Ỉ1 áp suât tách
Bình nón, phễu thù) tinh
Lọc sơ bộ dun
khi tách
c dịch albumin trước
Cân kv thuật
Càn hóa chài
4
Cân phân tích
Càn khôi lượn
c màno trước và sau
biên tính
5
Côc thủy tinh

Đựnu cluim dịch, rứa mànu
6
Cuvet thủy tinh
Do màu xác dịnh hàm lượng
albumin
7 Dĩa petri
Dựng màng
8
Máy khuấy
Khuây dung dịch trong quá trình
tách, giảm phân cực nôna độ
9
One nahiêm

.
W

W

.

.



Đựns mẫu duns dịch albumin
10
ống đonc



t?.

.

<r<

.

.

.


.


.


.
.
Đo thể tích dịch lọc
ỉ 1
Pipet
Lấy mẫu, lấy dung dịch
1
Thiết bị thứ màng (Osmonic, Thử tính chât của màng trước và sau
USA)
biến tính
13

Thiết bị trác quang (Spectro 2000
RS, China)
Đo độ hấp thụ quang
14
Thiết bị chiếu bức xạ tử ngoại (tự
chế tạo)
Biến tính bề mặt màng
15
Thiết bị chụp hiển vi điện tử quét,
SEM (Hitachi S4800, Japan)
Xác định cấu trúc bề mặt vật liệu
16
Thiết bị chụp phô hồng ngoại
phản xạ, FTIR-ATR (GX-
Xác định nhóm chức trên bề mặt vật
liệu
PerkinElmer, USA)
17
Thiêt bị chụp hiên vi lực nguyên
tử AFM ((PicoScan 2500, USA)
Xác dịnh cấu trúc hình thái bề mặt
* Sơ đỏ và nguyên tắc làm việc của thiết bị thử màng phòng thí nghiệm:
a) Sơ đồ thiết bị:
Bình nén khí 4- Tam đờ xốp kim loại
Van điêu chỉnh áp suài 5- Lối ra cùa dịch lọc
Bình chửa clurm dịch cân lọc 6- Máv khuàv từ
Chi, thích: 1
2 _
j —
b) N guvên tăc làm việc:

Mànti dược dặt lên tấm dỡ kim loại xốp (4) rồi dặt vào đáy của bình chứa dung
(lịch tách. Nạp đuim dịch cần tách vào hình, lắp kín hệ thống, diều chỉnh áp suâl tách
thích hợp bàn2, van dièu chình (2). Dưới tác động của khí nén, dung dịch tronu hình
clược nén qua màna và dịch lọc đi ra ngoài qua ông (5).
2.2. Phuong pháp nghiên cửu
2.2. J. Biến tính bề m ặt m àng lọc bằng kỹ thuật trùn g hợp ghép dư ớ i bức x ạ Ư l
Bề mặt mànc được biến tính bang 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 phương thức tiến hành trùng hợp đến tính năng
tách của màna dược đánh giá qua các thông số: khả năng lưu giữ, năng suất lọc va độ
giảm năng suất lọc của màng trong quá trình tách.
Mức độ trùng hợp ghép được xác định bởi khối lượng polvme được trùng hợp uliép
trên một đơn vị diện tích bề mặt màng:
G = (mb - ma )/A (mg/cm2) (1)
'I rona, đó: nib - khối lượng màng trước khi trùng hợp (mg)
ma = khối lượnẹ màng sau khi trùng hợp (mg)
A = diện tích bề mặt màng (cm2)
2.2.2. C h ế tạ o m à n g vi lọ c x e n ỉu lo e síe b len d
Màng vi lọc được chế tạo từ vật liệu xenlulo nitrat và xenlulo axetat bànu kỹ
thuật đảo pha. Nguyên liệu polyme được hòa tan trong hồn hợp dung môi và phụ uia ở
nông độ xác định. Dung dịch được tạo thành lớp mỏng với chiều dày xác định và cho
dung môi bay hơi. Các điều kiện tạo màng dược khảo sát bao gồm: nồng độ duns dịch
polyme, tỷ lệ hồn hựp dung môi, tỷ lệ hỗn hợp nguyên liệu. Tính năng lọc của màng
được đánh giá qua độ thấm nước và khả năng lưu giữ cấu tử có kích thước khoang
0.45 micromet (nấm men) trong dune dịch.
2.2.3. C hế tạo m à ng lọc com pozit
Màng compozit được chế tạo bane phươne pháp đào pha từ các nguyên liệu
xcnlulo axetat và xenlulo nitrat trên nền xốp polypropylen. Lớp bề mặt được chế tạo từ
hòn hạp xenlulo axetat và xenlulo nitrat với tv lệ xác định. Dune dịch lớp bề mặt được
trai lòn láp dữ với chiều dàv xác định, cho bay hơi dung môi. rửa sạch màng \ à sấ\

khỏ. thu được màns compoz.it. Các điều kiện tạo màníi được khảo sát bao aồm: Iiona
đ ộ durm dịch p o lv m e . tỳ lệ hồn hợp dung m ôi, tỳ lệ hỗn hợp ng u y ên liệu. Tính II ăn lí
13
lọc của màng được đánh giá qua độ thấm nước và khả năng lưu giữ câu tử (nâm men)
có kích thước khoảng 0.45 micromet trong dung dịch.
2.2.4 . Đ án h g iá đ ặ c tính m à n g lọ c
* Dự Ill'll g iữ của màng được xác định bởi công thức :
R = [(C o -C )/C o ].1 0 0 (% ) (2)
ì rong đó: c 0 = Nồng độ cấu tử cần tách (hoặc độ đục) dung dịch ban đầu
c = Nồng độ cấu tử cần tách (hoặc độ đục) dịch lọc
* N ăng su ấ t lọc (độ thẩm ) của màng được xác định bằng cách đo thể tích dịch lọc
(hoặc thể tích nước) vận chuyển qua màng trong một khoảng thời gian tại áp suât xác
định, sau đó áp dụng công thức:
J = C 7 AP [L/m2.h.bar] (3)
5 x /x A P
Trong đó: V = Thể tích dịch lọc (hoặc nước) [L hoặc mL].
s = Diện tích bề mặt làm việc của màng [m2].
t = Thời ạian lọc [h, giờ]
AP = Áp suất tách [barị
* Độ giảm năng suất lọc theo th ờ i gian là một chỉ tiêu khá quan trọng tro nu 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 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 uium
nàng suât 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 đỏ áp dụng công thức (3) để tính năng suất lọc tại
thời diêm tương ứng.
* Cẩu trúc hìn h th ái của bề mặt màng được quan sát qua các ảnh chụp hiển vi diện
tử quét (SEM, Hitachi S4800, Nhật ) và ảnh chụp hiển vi lực nguyên tử (AI M.
PicoScan 2500) với các độ khuếch đại khác nhau.

* S ự thay đôi hóa học bề mặt màng được xác định bằnạ phép đo phổ hồnu ngoại
phản xạ ngoài (FTIR-ATR. GX-PerkinElmer, MỸ), độ phân siải 4 cm"1, góc quéi phổ
30°.
14
C H Ư Ơ N G III. C Á C K É T Q U Ả N G H IÊ N c ứ u C H Í N H
3.1 T rùng họp ghép biến tính bề mặt m àng xenlulo axetat và khả năng ỊLỊÌam
fouling cho quá trình lọc tách protein
Trong thí nghiệm này, màng xenlulo axetat (CA, 0.2um, Advantec, Nhật) dược
sử dụng làm màng nền. Bề mặt màng được kích thích dưới bức xạ tử ngoại (350nm,
30W, khoảng cách 20 cm), sau đó ngâm màne trong dung dịch monome axit acrylic
đồng thời tiếp tục chiếu bức xạ tử ngoại trong khoảng thời gian xác định. Màng clược
rửa sạch bàng nước cất và sấy khô. Tiến hành đánh giá, so sánh các đặc tinh của màng
trước và sau khi biến tính bề mặt. Tính năng tách của màng được đánh giá trên thiôt bị
thử màng phòng thí nghiệm ờ áp suất xác định, dung dịch tách là protein (albumin)
nồng độ 8-10 g/1. Các thông số tách chính của màng bao gồm độ lưu giữ, năng suât lọc
và độ siảm năng suất lọc theo thời gian.
3.1.1. Anli hưởng của thời gian kích thích bức xạ lên bể mặt màng
Bề mặt màng được kích thích bức xạ tử ngoại trực tiếp trong các khoảng thời
gian khác nhau từ 0 đến 10 phút, để màng sau khoáno 24 tiếng ở nhiệt độ phònu rồi
tiến hành xác định tính năng tách của màng. Ket quả thực nghiệm đưa ra ờ Hình I
I i N ăng suât lọc — * — Độ lưu giữ
Hình 1. Anh hường của thời gian chiếu bức xạ kích thích lên bề mặt màng CA
Kêt quả thực nghiệm cho thấy, độ lưu giữ của màng tăng cao hơn màng nền khi bề
mặt màng dược chiếu bức xạ trong khoảng 5 phút và đạt cực đại tại 2 phút, sau dó độ
lưu íịiừ sẽ giảm dần và giảm mạnh khi thời sian chiếu bức xạ tăng đến 10 phút. I iiện
tượnu này có thê giải thích như sau: khi có tác độ ne cua bức xạ tư rmoại. trên hè mặt
mànạ nên xuất hiện các gốc tự do và các vị trí hoạt độn2 (excited points) bởi sự bứt 11
và/hoặc sự đứt gãy mạch polvme của vật liệu, các mạch nàv sau do có thè tái hợp lại
với nhau, làm cho bề mặt màna bị co nhẹ, màng trở nên chặt khít hơn, khả nănu lưu
giữ albumin của mànc do đó tăna lên. Dông thời, do sự tiêp xúc với oxy của khỏtm khí

naav sau khi phơi chiêu bức xạ. hê mặt màng có thê trờ nôn ưa nước hơn, làm cho
15
nárm suất lọc của màng tărm. Với thời 2 Ĩan chiêu từ nsoại 1 phút, hiệu írne tái hợp khá
mạnh, năng suất lọc giảm chút ít so với màng nen do be mặt màng bị co nhẹ, nhưnu dộ
lưu «iữ cua màna tăng khá nhiều (từ 76 % lên 83 %). Khi thời gian phơi chiêu bức xạ
:ărm lên 2 phút, cà năng suất lọc và độ lưu giữ cùa màng đêu tăns so với màns nên.
I'u\ nhiên, nếu thời gian phơi dưới bức xạ quá lâu, hiệu ứng đứt mạch sẽ vượt trội hơn
so với hiệu ửna tái hợp, khá năng lưu giữ của màng do đỏ sẽ eiảm xuống, lượng
protein lọt qua sẽ bị hấp phụ vào bên trong câu trúc xôp của màng làm cho nănu suất
lọc giảm. Số liệu thực nghiệm chu thây, lúc đâu nărm suất lọc của các màng được phơi
chiêu lâu nhanh hơn so với các màng khác, nhưno sau đó tốc độ lọc của chúng cũng
giam nhanh, làm cho tổna thể tích dịch lọc thu được thấp hơn (năng suất lọc chung
giam). Từ kết quả thực nshiệm có thể thấy, thời gian kích thích bức xạ trong 2 pill'll là
phù hợp.
3.1.2. Anli hưởng của thời gian trùng hợp
Trong thí nghiệm này, dune dịch axit acrylic 10 % được dùng làm monomc cho
quá trình trùng hợp ehép. Thời gian trùng hợp dưới bức xạ từ ngoại trong khoảna lừ 0
đến 5 phút. Tính chất tách của các màng trước và sau khi trùng hợp được dưa ra ở
I lình 2.
Hình 2. Ảnh hường của thời gian trùng hợp ghép đên tính năng tách của màng CA
Kêt quà thực nghiệm cho thấy, cả năng suất lọc và độ lưu giữ protein của inànu sau
khi trùng hợp ghép đều tăng so với màng nền ban đầu. Thời gian trùng hợp 2 phút
dưới hức xạ tử ngoại cho kết quà tốt nhất: độ lưu giữ protein của màng tăng từ 76 %
lèn 92% trong khi năng suất lọc tăng khoảng 20% so với màng nền ban dầu. Khi Iăn«
thời gian trùng hợp dưới bức xạ tử ngoại lèn 3 phút, độ lưu giữ của màn" lại uiám
mạnh, thậm chí thàp hơn cà màng nên ban đàu. Điều này có thể do sự phá vỡ cấu trúc
cua các nhánh polvme đã dược trùng hợp ghép trên hề mặt khi thời gian chiếu bức xạ
tử ngoại kéo (lài. làm giảm khù nănu lưu °iừ của màns. Khi thời gian chiếu bức xạ
tăìiiíi đèn 5 phút, độ lưu giữ <iiám xuỏno đột nuột, chỉ còn 55.5 %, ch ứ n s tò khônu chi
16

lóp polvme trúns hợp íihóp hị hư tôn mà ca lớp bô mặt nôn cuníỉ bi tác động mạnli bởi
hức xạ tư nsoại. Kèt hợp ca hai chỉ tiêu năng suàt lọc và độ Ill'll giữ có thê thây: thơi
u.an trùno hợp thích hợp la 2 phút, màne, trùnu hợp ghép bề mặt ờ diều kiện na\ có
tính năng tách tỏt nhât.
3.1.3. Anh hưởng của nồng itộ dung dịch monome
Màng sau khi chiếu bức xạ kích thích bề mặt được ngâm vào các dung dịch
monome axit acrylic có nồng độ khác nhau va tiến hành trùne hợp dưới bức xạ từ
ngoại trone khoảne thời gian 2 phút. Két quả đánh giá sự thay đổi tính năng tách của
màn l i được đưa ra ở I lình 3.
Hình 3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch monome axit acrylic đến tính năng tách
của màng C’A sau khi trùng hợp ghép
Ket quả thực nghiệm cho thấy, khi tiến hành trùng hựp ghcp với nồng độ dung
dịch monome axit acrylic tăng từ 0 đến 10%, tính năng tách của màng tăng dần vói sự
tâng dỏnạ thời cả độ lưu giữ protein và năng suất lọc. Có thể thấy, nồng độ monome
a.xit acrylic 5% là thích hựp, khi tăng nồng độ monome lên 10%, tính năn” tách của
màng hầu như khône thay đôi so với khi dùng nồng độ monome 5%, thậm chí độ lưu
giữ của màng còn có dấu hiệu giảm nhẹ. Có thê giải thích như sau: khi được chiếu bức
xạ tử ngoại, các gốc tự do sẽ hình thành ờ trên bề mặt màng và trong các vách lồ ơ sát
b'ề mặt, liên kết đôi trone phân tử axit acrylic mở ra, kết hợp với các gốc tự do trên bề
mật mans, quá trình trùnc hợp ghép xàv ra. tạo thành các nhánh polymer 2 hép trẽn be
mặt. các nhánh ghép này lại có thể tiếp tục kết hợp với các phân tử axit acrylic k h á c ,
c ứ như vậy, quá trình trims hợp chép xảy ra trên bê mặt và bên tron® các lỗ xôp Si’ll hê
mật màno. làm cho hề mặt màng trở nên chặt khít hơn. làm tăn2 khả năng lưu eiù' cho
màne. í lơn nữa, nhóm chức cacboxylic trono phân tử axit acrylic khi được câ> uhép
lòn bề mặt niàníi sẽ làm tãnu thèm tính ưa nước cho màiỊg và do đó. năng suát lọc cùa
17
4 c c c 7 7 7 - 7 7 '
maim cũnu tănu lên. Có thổ thấy nồntỉ dô duna dịch inonotne axit acrylic khoảng 5 %
la thích hợp. các duns dịch nồng độ 1 % và 3 % hơi loãng nên lượng polyme tlưực
trims, hợp ghép ít hơn, độ lưu giữ của màng do đó thấp hơn. Khi tăng nông độ axit

acrylic lên 10 %, năng suất lọc của màng hầu như không tăng trong khi độ lưu giữ lại
giảm nhẹ so với khi dùno axit acrvlic 5 %, một mặt là do hề mặt màng nên đã bị lác
động từ lúc ngâm màng trong dung dịch axit trước khi trùng hợp, mặt khác khi nông
độ tlu nu dịch axit acrylic cao, hiệu ứng tạo homopolymer của axit acrylic sẽ mạnh lum,
lớp hoinopolvme này khôna ghép vào cấu trúc màng mà chỉ bám trên bề mặt màng
nèn dễ dàne bị trôi đi khi rửa. vì vậy bề mặt màng sẽ kém chặt sít hơn.
Hình 4 là ảnh chụp hiển vi điện tử quét bề mặt màng trước và sau khi trùnu hợp
ghép a.xit acrylic dưới bức xạ từ ngoại. Có thể quan sát thấy bề mặt màng được phủ
một lớp polyme ghép cực mỏng sau khi trùng hợp. Tính năng tách của màng dược
nàng lên chính do bởi lớp polyme shép này. kích thước lồ bề mặt màng nhỏ hơn. bề
mặt màng trở nên ưa nước hơn sau khi trùne hợp.
Hình 4. Bề mặt màng C'A trước (trái) và sau (phải) khi trùng hợp ghép với AA
Từ các kết quả thực nghiệm, có thể rút ra một số điều kiện chính tươrm dối
thích hợp cho quá trình trùng hợp ghép axit acrylic lên bề mặt màng xenlulo axclat:
thời gian kích thích bức xạ tử ngoại (350 nm, 30W) trons thời gian 2 phút, dune dịch
monome axit acrylic nồng độ 5%, thời gian trùng hợp 2 phút.
Đê đánh siá mức độ giam foul ins của màn° sau khi trùng hợp ghép bè mặt.
chúnu tôi tiên hành xác định lượng protein bị hấp phụ trên màns sau khi thực hiện quá
trình tách. Thí nehiệm tiên hành như sau: màn° nền và màng trùng hợp ghép bò mặt
được càn chính xác khôi hrợne khô trên cân phân tích. Sau khi lọc dung dịch protein ớ
cùrm các diêu kiện xác định, iàv màns ra và rửa mans bane nước cât, sây khỏ và cân
IMS-NKL *5.00k SE(M)
ĩoòum
18