Nghiên cứu chế tạo màng lọc hiệu năng cao bằng phương pháp trùng hợp ghép bề mặt, ứng dụng trong siêu lọc và lọc nano

Màng lọc polyethersulfone (PES) được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghệ sinh học và y sinh, ví dụ siêu lọc máu (thận nhân tạo), thẩm tách máu, tách làm giàu enzim và protein, tách thu tế bào. Ưu điểm của màng lọc PES là có độ bền nhiệt, bền hóa học và bền cơ học tốt, có tính phù hợp sinh học với các đối tượng y sinh. Tuy nhiên, nhược điểm của loại vật liệu này là tương đối kỵ nước, nên hiệu quả của quá trình lọc tách thường bị ảnh hưởng do hiện tượng tác màng (fouling), khi các tiểu phân (protetin, các chất hữu cơ) trong dung dịch tách bị hấp thụ lên bề mặt màng trong quá trình lọc, làm giảm năng suất lọc của màng. Để nâng cao tính năng tách và giảm mức độ tắc màng, phương pháp biến tính bề mặt màng nhằm nâng cao tính chất ưa nước và giảm sự hấp thu các tiểu phân gây tắc nghẽn là một giải pháp hữu ích.

Ảnh 1: Ảnh hưởng của nồng độ MA đến tính năng lọc của màng

Nói chung, có nhiều phương pháp được sử dụng để biến tính bề mặt màng lọc, trong đó trùng hợp ghép quang hóa là một kỹ thuật có nhiều thuận lợi do một số ưu điểm: có thể thực hiện được ở nhiệt độ thấp, phản ứng trùng hợp xảy ra êm dịu và dễ kiểm soát, nhiều loại monome có thể sử dụng cho quá trình trùng hợp và kỹ thuật này có thể ghép nối vào giai đoạn cuối cùng của quá trình chế tạo màng thông thường.

PGS. TS. Trần Thị Dung thuộc Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã làm chủ nhiệm “nghiên cứu về chế tạo màng lọc hiệu năng cao bằng phương pháp trùng hợp ghép bề mặt, ứng dụng trong siêu lọc và lọc nano”. Trong nghiên cứu này, bề mặt màng PES được biến tính bằng phương pháp trùng hợp ghép quang hóa trong pha lỏng dưới bức xạ tử ngoại với monome và axit maleic. Ảnh hưởng của các điều kiện tiến hành trùng hợp đến tính năng tách của màng được đánh giá và so sánh qua khả năng lưu trữ protein, năng suất lọc cũng như độ giảm năng suất lọc của màng theo thời gian. Đặc tính bề mặt màng được đánh giá qua phổ hồng ngoại phản xạ (FTIR-ATR) và chụp hiển vi lực nguyên tử (AFM)

Ảnh 2: Độ giảm năng suất lọc của màng nền và màng trùng hợp ghép bề mặt

Ảnh 3: Mật độ trùng hợp ghép khi thay đổi nồng độ dung dịch axit maleic

Kết quả nghiên cứu có những điểm nổi bật sau đây:

Đã nghiên cứu chế tạo thành công màng lọc hiệu năng cao bằng phương pháp trùng hợp ghép bề mặt, dùng cho siêu lọc và lọc nano, gồm:

- Màng lọc compozit polyamid lớp mỏng được trùng hợp ghép bề mặt với acid acrylic (AA) và poly(ethylen glycol) (PEG)

- Màng lọc polyethersulfone (PES) trùng hợp ghép bề mặt với acid maleic (MA) và 1-vinyl-2-pyrolidinone (NVP)

- Màng lọc polyacrylonitrile (PAN) trùng hợp ghép bề mặt với MA và AA -

Phát hiện mới:

- Màng lọc chế tạo bằng phương pháp trùng hợp ghép bề mặt trong các điều kiện thích hợp có tính năng tách lọc được nâng lên rõ rệt với sự tăng lên đồng thời của các thông số: độ lưu giữ, năng suất lọc và khả năng chống tắc.

- Việc sử dụng PEG trùng hợp ghép biến tính bề mặt màng TFC-PA cho hiệu quả tốt hơn nhiều so với khi sử dụng các dẫn xuất của PEG

Phương pháp mới:

- Quá trình trùng hợp ghép quang hóa biến tính bề mặt màng lọc có thể thực hiện được ở điều kiện kích thích bề mặt màng trong môi trường không khí

Ý nghĩa khoa học: Phát triển kỹ thuật biến tính bề mặt vật liệu polyme ứng dụng trong nghiên cứu chế tạo màng lọc, nâng cao tính năng tách lọc của vật liệu màng lọc polyme.

Khả năng sử dụng kết quả nghiên cứu: chế tạo màng lọc có tính năng lọc tách và khả năng chống tắc tốt, đặc biệt với đối tượng các chất hữu cơ trong môi trường nước

Toàn văn báo cáo tổng hợp kết quả nghiên cứu (Mã số 14442 / 2017) được lưu trữ tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Nguồn: Cục Thông tin KH&CN quốc gia