Nước sạch là một trong những yếu tố thiết yếu để duy trì sự sống của con người và các sinh vật. Do vậy, đảm bảo chất lượng môi trường nước là một vấn đề quan trọng. Công nghệ màng lọc đã được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nước, loại bỏ các chất gây ô nhiễm, chất rắn lơ lửng một cách có hiệu quả, mà không sử dụng hóa chất hoặc phụ gia độc hại và ít tổn hao năng lượng hơn các phương pháp thông thường. Trong hai thập niên trở lại đây, màng lọc nói chung và màng vi lọc, siêu lọc nói riêng đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý nước thải, tách loại chất tan, tinh chế các chất hòa tan… Tuy nhiên hạn chế lớn nhất của việc ứng dụng rộng rãi màng lọc là thời gian sử dụng của màng chưa cao, cũng như sự tắc nghẽn màng xảy ra dẫn đến giảm hiệu suất của màng lọc. Màng lọc có thể được chế tạo từ các vật liệu gốc hữu cơ hoặc vô cơ, tuy nhiên hiện nay hầu hết các nghiên cứu về vật liệu màng lọc đều xuất phát từ vật liệu polyme do các tính chất phù hợp (độ bền cơ lý, độ bền hóa chất và tính mềm dẻo) có thể kể đến như: polysunphon, poly (ete sunphon) (PES), Poly (vinyliden diflorit) (PVDF), polypropylen, polyetylen,..., trong đó các vật liệu màng chế tạo từ các polyme có các nhóm chức năng đã thu hút được nhiều sự chú ý. Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành trong đó tập trung vào khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng polyme, các chất phụ gia tạo lỗ xốp trong hỗn hợp chủ liệu đến các tính chất cơ lý và năng suất lọc nước của màng. Các màng lọc polyme dạng sợi rỗng có thể được chế tạo từ nhiều phương pháp khác nhau trong đó quá trình chuyển pha bằng kỹ thuật đông tụ đảo pha (TIPS) được sử dụng phổ biến do có những ưu điểm hơn so với các phương pháp truyền thống khác. Sự phân tách pha của phương pháp này được xảy ra nhờ quá trình nhiệt, màng lọc có lỗ xốp đồng đều hơn do sự chuyển nhiệt nhanh hơn so với phương pháp khuếch tán.

Hiện nay, thị trường màng lọc ở Việt Nam đang ngày càng mở rộng, trong khi đó các sản phẩm màng lọc hiện hữu trên thị trường đang được nhập từ nước ngoài dưới dạng mô-đun hoặc hệ thống hoàn chỉnh. Tuy nhiên, ở nước ta hầu như chưa có cơ sở nghiên cứu, sản xuất vật liệu cũng như mô-đun màng lọc polyme để ứng dụng trong công nghệ xử lý môi trường nước. Do đó để có thể triển khai ứng dụng công nghệ lọc màng ở quy mô công nghiệp trong tương lai nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu sử dụng cho các hệ thống xử lý công suất lớn và cho nhiều đối tượng nước cần xử lý khác nhau, nhóm nghiên cứu do TS.Trần Hùng Thuận, Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện Ứng dụng công nghệ đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm màng lọc poly(ete sunphon) (PES) dạng sợi rỗng ứng dụng trong xử lý nước và nước thải” nhằm làm chủ được kỹ thuật chế tạo vật liệu màng lọc polyme cũng như có thể xây dựng được quy trình và chế tạo được màng lọc dạng sợi rỗng từ vật liệu poly(ete-sunphon) (PES) để lọc nước.

Nhóm đề tài đề xuất sử dụng vật liệu PES bởi vì đây không những là một loại vật liệu màng polyme ưa nước, có độ xốp phù hợp, khả năng chịu lực và hóa chất khá tốt. mà còn là loại vật liệu màng lọc phổ biến trên thị trường và có nhiều ứng dụng thực tiễn. Hơn nữa, các đơn vị sản xuất, chưa thấy có công trình công bố về loại vật liệu màng và hình thái màng như đề xuất của đề tài.

Sau một thời gian triển khai thực hiện (từ 01/2017 đến 12/2018), các kết quả đã đạt được như sau:

- Đã tạo ra được màng lọc poly (ete sunphon) (PES) dạng sợi rỗng đã được chế tạo bằng phương pháp đông tụ đảo pha (TIPS) trên thiết bị phun sợi.

- Kết quả nghiên cứu tỉ lệ thành phần dung dịch polyme cho thấy: với nồng độ PES 15%, màng lọc có tính năng lọc ngay cả khi chưa có chất phụ gia. Năng suất lọc được cải thiện khi có PVP, và đạt cao nhất 392,66 L/m2 .h ở 10%. Ngoài ra, màng có độ bền cơ học cao, độ bền kéo sợi đạt 1,3 MPa, độ dãn dài tương đối đạt 47,7%.

- Đã khảo sát ảnh hưởng của các thông số của quá trình chế tạo sợi màng lọc cho thấy: ở nhiệt độ dung dịch ở 80 ^oC và khoảng đệm khí là 8 cm, tính chất sợi màng và năng suất lọc đạt cao nhất.

- Kết quả chụp SEM màng PES chế tạo cho thấy có độ xốp. Khi thêm PVP vào dung dịch tạo màng đã làm độ xốp tăng lên.

- Kết quả nghiên cứu mối tương quan giữa áp suất làm việc và năng suất lọc cho thấy năng suất lọc tỷ lệ thuận với áp suất qua màng. Khi áp suất qua màng tăng từ 0,2 lên 0,5 bar, năng suất lọc của màng cũng tăng tương ứng từ 260 lên 392,7 (L/m² .h).

 Ngoài ra, kết quả còn cho thấy, ở áp suất làm việc cao (0,5 bar), khả năng loại bỏ độ đục của màng kém, hiệu quả loại bỏ độ đục chỉ đạt 75,36%. Khi áp suất làm việc thấp hơn, từ 0,2 - 0,4 bar, hiệu quả loại bỏ độ đục của màng tăng lên, đạt 97,6 - 99%, tương ứng nước sau lọc đạt 1,25 - 2,99 NTU.

- Đã hoàn thành quy trình chế tạo màng lọc poly (ete sunphon) (PES) dạng sợi rỗng có khả năng phát triển để thể triển khai thử nghiệm tiếp ở quy mô lớn hơn.

Như vậy, các kết quả đạt được trong khuôn khổ đề tài là tiền đề quan trọng cho việc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện quy trình chế tạo màng lọc PES sợi rỗng bằng phương pháp TIPS sử dụng hệ thiết bị chế tạo màng lọc.

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, polyme PES đã được sử dụng chế tạo màng lọc sợi rỗng, tuy nhiên, theo nhóm nghiên cứu để kết quả của đề tài phát huy hiệu quả và tiến tới ứng dụng trong thực tế, nhóm đề tài xin kiến nghị các cấp có thẩm quyền cần đầu tư nghiên cứu chế tạo màng lọc sợi rỗng từ một số loại nguyên vật liệu khác như PSf, PVDF để có thể tạo ra các lựa chọn tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể thực tiễn và xây dựng dự án sản xuất thử nghiệm để hoàn thiện hệ thống, quy trình chế tạo modul màng lọc sợi rỗng, từ đó có thể đưa ra được một số prototype sản phẩm ứng dụng thực tế ở các quy mô khác nhau.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15781/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)