Vật Liệu Và Cấu Trúc Màng Lọc

Vật liệu dùng để chế tạo màng có ảnh hưởng lớn đến khả năng ứng dụng của màng hoặc hiệu suất tách. Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào bản chất của chất cần tách và nhiệt độ vận hành công nghệ. Theo vật liệu chế tạo màng có thể phân loại chung là vật liệu hữu cơ (polyme tổng hợp) hay vô cơ (vật liệu gốm hay kim loại).

Mời các bạn cùng Môi trường Hợp Nhất tìm hiểu về vật liệu và cấu trúc màng lọc qua nội dung dưới đây nhé!

1. Màng polyme hữu cơ

Hầu hết màng lọc MF, UF, RO và NF được làm từ vật liệu polyme hữu cơ. Màng còn có thể được chế tạo từ vật liệu vô cơ như gốm và kim loại. Màng gốm là loại màng có lỗ rỗng, chịu nhiệt và trơ với hóa chất và thường dùng cho màng lọc MF. Tuy nhiên các màng này có chi phí cao và dễ gãy vỡ nên chưa được ứng dụng rộng rãi. Màng kim loại thường làm từ sắt không gỉ và có thể có kích thước lỗ rỗng rất bé. Chúng dùng chủ yếu trong quá trình phân tách khí và một số quá trình lọc nước ở nhiệt độ cao.

Chi phí sản xuất màng bằng vật liệu hữu cơ thường thấp hơn vật liệu vô cơ, tuy nhiên màng hữu cơ thường có độ bền không cao cũng như khả năng thấm hạn chế. Một số ví dụ về màng hữu cơ hiện đang được ứng dụng trong thực tế và tính năng của nó.

Các loại vật liệu polyme sản xuất màng:

Đối với hiện tượng bịt kín lỗi rỗng của màng lọc do hình thành lớp cặn keo trên bề mặt màng, hay do sự hấp phụ các chất hòa tan khác và các hạt keo quá nhỏ trong các lỗ rỗng, hiện tượng này cần xử lý bằng các hóa chất phù hợp. Do vậy, đối với mỗi ứng dụng ta cần lựa chọn một vật liệu chế tạo màng thích hợp, sao cho chúng ít nhạy cảm với sự lắng đọng các chất hòa tan và dễ dàng loại bỏ chúng bằng thủy lực.

2. Màng kim loại và màng gốm

Màng kim loại: Đặc biệt là màng từ paladi, có độ dày 25 µm được chế tạo để tách hydro, tuy nhiên phải vận hành ở 370oC. Trở ngại của màng là giá thành đắt, mỗi m2 màng cần 250g paladi có giá thành 5000USA, đắt gấp 50 lần màng polyme dùng cho tách khí. Để hạ giá thành, paladi được phủ thành màng mỏng khoảng 500 – 1000 Ao trên nền polyme bằng phương pháp phún xạ, hoặc tráng một lớp mỏng lên tanta hay vanadi.

Màng gốm: Được dùng để chế tạo màng UF và MF. Các oxit kim loai như Al2O3, ZrO2, SiO2 hoặc TiO2.

Màng gốm có đặc điểm: Bền cơ học nên áp suất làm việc cao vì vậy tăng được công suất lọc; màng bền hóa chất nên dễ làm sạch và dễ phục hồi; vật liệu bền nhiệt nên có thể ứng dụng ở nhiệt độ cao và màng được biến tính bề mặt nên có thể ứng dụng đặc biệt như màng phản ứng kết hợp tách chất, pin năng lượng… Chúng đặc biệt thích hợp trong công nghiệp thực phẩm, sinh học và dược phẩm. Các màng này được chế tạo theo  các bước phủ trôi – thiêu kết, cho kích thước lỗ xốp khoảng 100 – 200Ao hoặc sol – gel cho kích thước lỗ xốp 10 – 100 Ao.

3. Cấu trúc màng

Màng có thể là vật liệu xốp (bán thấm) hoặc đặc. Ở màng xốp, vật chất vận chuyển qua các lỗ xốp của màng, ở màng đặc (không xốp) vật chất vận chuyển qua màng nhờ khuếch tán. Màng cho phép các ion vận chuyển qua được gọi là màng điện hóa hay trao đổi ion.

Màng dùng cho quá trình áp suất động lực được phân loại là đồng thể (đối xứng), không đồng thể (bất đối xứng).

Trên cơ sở cấu trúc lỗ xốp, màng được chia thành mảng đẳng hướng và bất đẳng hướng. Về mặt hình học, chúng có cấu trúc đồng nhất (đối xứng) hoặc không đồng nhất (bất đối xứng).

Màng có cấu trúc đối xứng (symmetric) là màng có độ xốp đều dọc theo chiều dày (10 – 200 µm), trở lực dọc bị chi phối bởi toàn bộ độ dày của lớp màng. Chiều dày của màng giảm thì tốc độ lọc tăng và độ bền cơ học của màng giảm.

Màng có cấu trúc bất đối xứng là màng gồm có hai lớp: giá đỡ và lớp da. Giá đỡ có cấu trúc xốp, độ dày nằm trong khoảng 50 – 150 µm có độ bền cơ học đặc trưng cho cả màng. Lớp da là lớp mỏng ở phía trên khá đặc, kích thước lỗ xốp được đặc trưng bởi chỉ số phân tử lượng bị chặn đặc trưng cho màng, độ dày khoảng 0,1 - 1 µm. Trở lực của màng do lớp da quyết định. Màng từ vật liệu composite được sản xuất qua nhiều bước, lớp hoạt động và lớp đỡ được chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau. Một lớp trung gian  cũng thường được đặt vào giữa lớp hoạt động và lớp đỡ. Loại màng này kết hợp được tính năng ưu việt về độ thấm lớn của lớp giá đỡ và tính chọn lọc của lớp da đặc. Loại màng này được ứng dụng trong công nghiệp một cách rộng rãi và có hiệu quả.

Màng tổ hợp cũng là màng gồm 2 lớp, hai lớp này được chế tạo từ các vật liệu khác nhau, từng lớp được tối ưu hóa riêng biệt. Thông thường ngày giá đỡ đã là một màng bất đối xứng và được gắng thêm một lớp da ở trên.

Màng vi lọc và siêu lọc được coi là màng xốp. Màng vi lọc (MF) thường là đối xứng nên trở khối của nó được phân bố đều suốt chiều dày của màng, màng siêu lọc (UF) bất đối xứng thì trở khối của nó được quyết định bởi lớp bề mặt (đặc hơn), chiều dày của lớp bề mặt cỡ µm.

Với những thông tin vừa cung cấp, bài viết hy vọng giúp bạn đọc đã nắm các thông tin cơ bản về vật liệu và cấu trúc màng lọc. Ngoài ra, những thông tin khác về màng lọc sẽ được Môi trường Hợp Nhất tổng hợp và chia sẻ ở các nội dung tiếp theo, Hãy theo dõi Hợp Nhất để nhận được những tin tức hay nhé!

Bộ phận Truyền thông & Marketing