ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiêN


Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian



tải về 0.58 Mb.
trang2/5
Chuyển đổi dữ liệu18.08.2016
Kích0.58 Mb.
1   2   3   4   5

2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian


Độ giảm năng suất lọc theo thời gian là một chỉ tiêu khá quan trọng trong 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 giảm năng suất 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 đó áp dụng công thức (2.2) để tính năng suất lọc tại thời điểm tương ứng.

2.2.3. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường pH khác nhau

Màng được ngâm trong các dung dịch có pH khác nhau (từ 2 đến 10) trong 30 phút, sau đó tiến hành đánh giá các thông số năng suất lọc và độ lưu giữ của màng sau khi ngâm so với năng suất lọc và độ lưu giữ của màng ban đầu.



2.2.4. Đánh giá khả năng phục hồi năng suất lọc bằng phương pháp rửa

Màng sau khi lọc được rửa lần lượt bằng nước cất và các dung dịch rửa Na5P3O10 2%, axit xitric 2%, sau mỗi lần rửa đo độ thấm nước của màng. Khả năng phục hồi năng suất lọc của màng được xác định bằng cách so sánh độ thấm nước của màng trước và sau khi rửa.



2.2.5. Biến tính bề mặt màng lọc

Bề mặt màng được biến tính bằng 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 thời gian và phương thức tiến hành trùng hợp đến tính năng tách của màng được đánh giá qua các thông số: Khả năng lưu giữ (tách) thuốc nhuộm, năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng trong quá trình tách.



  • Chiếu bức xạ tử ngoại

Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trực tiếp trong những khoảng thời gian xác định, để màng ở nhiệt độ phòng sau khoảng 24 tiếng đồng hồ và tiến hành đánh giá khả năng tách của màng.

  • Trùng hợp ghép song song:

Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trong điều kiện xác định, sau đó ngâm trong các dung dịch monome đồng thời chiếu bức xạ tử ngoại trong những khoảng thời gian khác nhau, sấy khô màng và giữ màng ở nhiệt độ phòng sau khoảng 24 tiếng đồng hồ tiến hành đánh giá khả năng tách của màng.

  • Trùng hợp ghép nối tiếp:

Màng nền được chiếu bức xạ tử ngoại trong điều kiện xác định, sau đó ngâm màng trong các dung dịch monome ở các khoảng thời gian khác nhau, sấy khô màng và giữ màng ở nhiệt độ phòng, sau khoảng 24 tiếng đồng hồ tiến hành đánh giá khả năng tách của màng.

Các thí nghiệm thử màng thực hiện ở áp suất 25bar, diện tích màng lọc là 1.32×10–3 m2, nồng độ dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF 30ppm.



2.2.6. Xác định lượng polyme được trùng hợp ghép lên bề mặt màng

Lượng polyme trùng hợp ghép lên màng ảnh hưởng đến mức độ chặt khít của bề mặt màng sau khi biến tính. Lượng polyme ghép càng nhiều, bề mặt màng sẽ càng chặt khít. Lượng polyme trùng hợp ghép được xác định bằng chênh lệch khối lượng màng trước và sau khi trùng hợp trên một đơn vị diện tích bề mặt màng:

G = (mb – ma )/A (mg/cm2) (2.3)

Trong đó: mb = Khối lượng màng trước khi biến tính (mg)

ma = Khối lượng màng sau khi biến tính (mg)

A = Diện tích bề mặt màng (cm2)



2.2.7. Xác định lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng trong quá trình lọc

Lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng là nguyên nhân gây ra độ giảm năng suất lọc của màng theo thời gian. Màng hấp phụ ít thuốc nhuộm hơn sẽ có tốc độ giảm năng suất lọc chậm hơn. Do đó, đây cũng là một thông số quan trọng để đánh giá tính chất lọc của màng.

Lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng được xác định bằng cách so sánh khối lượng của màng trước và sau khi lọc (màng được rửa sạch bằng nước cất và sấy nhẹ đến khô hoàn toàn rồi đem cân khối lượng trên cân phân tích) :

P = (m0 – m1 )/A (mg/cm2) (2.4)

Trong đó: m0 = Khối lượng màng trước khi lọc (mg)

m1 = Khối lượng màng sau khi lọc (mg)

A = Diện tích bề mặt màng (cm2)

2.2.8. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất bề mặt màng

Cấu trúc hình thái của bề mặt màng được quan sát qua các ảnh chụp hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh chụp hiển vi lực nguyên tử (AFM) với các độ khuếch đại khác nhau.

Để xác định các nhóm chức mới xuất hiện trên bề mặt màng sau khi trùng hợp bề mặt, sử dụng thiết bị đo phổ hồng ngoại phản xạ ngoài FTIR-ATR, với độ phân giải 4 cm-1, góc quét phổ 300.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch

3.1.1. Xác định bước sóng hấp thụ cực đại của các dung dịch thuốc nhuộm

Chuẩn bị các dung dịch thuốc nhuộm hòa tan (Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF) nồng độ 10 ppm, đo mật độ quang của các dung dịch tại các bước sóng khác nhau trong khoảng từ 300 đến 650 nm, xác định được bước sóng hấp thụ cực đại của từng loại dung dịch thuốc nhuộm. Kết quả thực nghiệm cho thấy:



  • Dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF hấp thụ cực đại tại bước sóng 540 nm

  • Dung dịch thuốc nhuộm Blue MERF hấp thụ cực đại tại bước sóng 610nm

  • Dung dịch thuốc nhuộm Yellow 3GF hấp thụ cực đại tại bước sóng 400nm

3.1.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch

* Thuốc nhuộm Red 3BF:

Chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF có nồng độ 500 ppm pha trong nước cất. Lần lượt định mức pha dãy dung dịch có nồng độ từ 5 đến 180 ppm, lắc đều. Đo độ mật độ quang của dung dịch tại bước sóng hấp thụ cực đại. Dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm Red 3BF trong dung dịch (Hình 3.1)





Hình 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Red 3BF

* Thuốc nhuộm Blue MERF:

Chuẩn bị dãy dung dịch thuốc nhuộm BlueMERF có nồng độ từ 10 đến 200 ppm, lắc đều. Đo mật độ quang của dung dịch tại bước sóng hấp thụ cực đại. Dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch (Hình 3.2)





Hình 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Blue MERF

* Thuốc nhuộm Yellow 3GF:

Chuẩn bị dãy dung dịch thuốc nhuộm Yellow 3GF có nồng độ từ 5 đến 185 ppm, lắc đều. Đo độ mật độ quang của dung dịch tại bước sóng hấp thụ cực đại. Dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm Yellow 3GF trong dung dịch (Hình 3.3).





Hình 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Yellow 3GF

3.2. Khả năng tách loại thuốc nhuộm của màng ở các điều kiện khác nhau

3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch

Trong thí nghiệm này, các dung dịch thuốc nhuộm được lọc qua module màng Filmtech TW30 ở áp suất dòng vào xác định. Dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF được pha lần lượt ở các nồng độ 30ppm, 50ppm, 100ppm, 200 ppm và 300ppm. Tiến hành lọc qua màng các dung dịch thuốc nhuộm trên thiết bị lọc liên tục và kiểm tra lưu lượng dòng dịch lọc, 5 phút một lần trong 60 phút. Kết quả thực nghiệm được đưa ra trong Hình 3.4 và Bảng 3.1





Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thuốc nhuộm đến năng suất lọc: Red 3BF (JR), Blue MERF (JB) và Yellow 3GF(JV)

Kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc qua màng khá ổn định và có xu hướng giảm dần khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch ban đầu tăng. Ở cùng điều kiện, trong 3 loại thuốc nhuộm, dung dịch Blue MERF cho năng suất lọc thấp nhất, dung dịch Yellow 3GF cho năng suất lọc cao nhất. Sự giảm năng suất lọc khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch tăng lên là do sự phân cực nồng độ giữa hai phía màng và một phần do sự hấp phụ của thuốc nhuộm lên màng trong quá trình tách, làm tăng trở lực chuyển khối qua màng. Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy, trong tất cả các thí nghiệm, dịch lọc thu được đều không có màu. Điều đó có nghĩa là trong vùng nồng độ khảo sát, màng có khả năng lưu giữ được gần như hoàn toàn thuốc nhuộm trong dung dịch.



Bảng 3.1. Năng suất lọc của màng với ba loại dd thuốc nhuộm


C (ppm)

J Red (JR)

J Yellow (JV)

Jblue (JB)

30

4.480

6.721

4.369

50

4.395

6.592

4.087

100

4.219

6.329

3.818

200

4.009

6.014

3.555

300

3.932

5.899

3.290

Hiệu suất lọc %

99.9

99.9

99.9

Màu dịch lọc

Không màu

Không màu

Không màu
(J = l/h.m2)

3.2.2. Ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch

Trong thí nghiệm này, dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF được pha ở các nồng độ ban đầu 30ppm, 50ppm, 100 ppm, 200ppm và 300ppm, tiến hành lọc qua màng ở áp suất dòng vào xác định. Sau 60 phút khi dòng ổn định, bắt đầu thu riêng các phân đoạn dịch thấm qua theo các tỷ lệ thể tích: 10%; 20%; 30%; 40%; 50%; 60%; 70%; 80%; 90% so với tổng thể tích dung dịch ban đầu. Đo năng suất lọc của dịch thấm qua màng theo từng phân đoạn. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi mức độ cô đặc dung dịch tăng gấp nhiều lần, khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng vẫn được duy trì tốt (dịch lọc thu được không màu).

Kết quả xác định năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo thời gian (Hình 3.5) cho thấy, trong vùng nồng độ khảo sát, năng suất lọc giảm dần khi mức độ cô đặc tăng, tuy nhiên độ giảm năng suất lọc nói chung không lớn lắm (khoảng từ 3 đến 5%). Ở các nồng độ ban đầu 30ppm, 50ppm năng suất lọc giảm nhẹ hơn so với các nồng độ 200ppm và 300ppm. Khi nâng nồng độ dung dịch thuốc nhuộm lên 1000 ppm, năng suất lọc của dung dịch theo mức độ cô đặc dung dịch giảm mạnh (từ 10 đến 50 %) (Hình 3.6), nhưng khả năng lưu giữ thuốc nhuộm của màng vẫn được duy trì tốt



Hình 3.5. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc dung dịch

thuốc nhuộm Red 3BF có nồng độ ban đầu khác nhau


Hình 3.6. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc của dung dịch

thuốc nhuộm Blue MERF có nồng độ ban đầu 1000 ppm
3.2.3. Ảnh hưởng của áp suất dòng qua module màng

Trong thí nghiệm này, các dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3FG nồng độ 100 ppm được bơm qua module màng với các áp suất dòng vào khác nhau. Sau 60 phút khi dòng ổn định, đo năng suất dịch lọc và các kết quả thực nghiệm được đưa ra ở Hình 3.7.





Hình 3.7. Ảnh hưởng của áp suất dòng vào đến năng suất lọc

Kết quả thực nghiệm cho thấy, năng suất lọc của màng tăng khá mạnh theo áp suất dòng qua module, ví dụ, khi áp suất dòng qua module tăng từ 0.5 bar đến 2.5 bar thì năng suất lọc tăng khoảng 2.5 lần, trong khi màng vẫn có thể lưu giữ được gần như hoàn toàn thuốc nhuộm trong dung dịch. Trên thiết bị lọc màng tự lắp đặt, do công suất của máy bơm nhỏ nên chúng tôi không khảo sát được ở các áp suất dòng vào cao hơn.

Thực tế, các loại màng lọc thương mại chế tạo dùng cho lọc nano và thẩm thấu ngược có thể làm việc được ở áp suất khá cao. Màng thương mại Filmtech TW30 dùng cho lọc nano có thể làm việc được ở áp lực nén qua màng tối đa khoảng 20 bar. Do đó, trong các hệ thống dùng cho lọc công nghiệp, thường sử dụng các loại bơm cao áp để bơm và nén dung dịch qua màng ở áp lực cao để thu được lưu lượng dòng dịch lọc qua màng lớn.

3.2.4. Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm

Trong thí nghiệm này, các dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3GF và dung dịch thuốc nhuộm phân tán Yellow E3G được pha với các nồng độ khác nhau: 50 ppm (1), 100 ppm (2), 200 ppm (3) và được lọc qua màng ở áp lực dòng qua module xác định trên thiết bị liên tục. Kết quả thực nghiệm cho thấy, màng có khả năng lưu giữ tốt đối với cả hai loại thuốc nhuộm, dịch lọc thu được trong và không màu (Hình 3.8, Hình 3.9).





Hình 3.8. Màu của dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3FG và dịch lọc qua màng



Hình 3.9. Màu của dung dịch thuốc nhuộm phân tán Yellow E3G và dịch lọc qua màng




Hình 3.10. So sánh năng suất lọc đối với các dung dịch thuốc nhuộm khác nhau:

trực tiếp Yellow3GF (DR) và phân tán Yellow E3G (DS)

Kết quả đo và so sánh năng suất lọc của màng với các loại dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp và phân tán được đưa ra ở Hình 3.10 cho thấy, với các dung dịch thuốc nhuộm có nồng độ thấp (50 ppm) năng suất lọc của màng đối với hai loại dung dịch thuốc nhuộm không khác nhau nhiều, nhưng với các dung dịch nồng độ cao năng suất lọc của màng đối với dung dịch thuốc nhuộm phân tán thấp hơn khá nhiều so với dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp ở cùng nồng độ (200ppm, 300ppm). Độ giảm năng suất lọc đối với dung dịch thuốc nhuộm phân tán cũng lớn hơn so với dung dịch thuốc nhuộm tan.

Kết quả so sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch đối với hai loại dung dịch thuốc nhuộm được đưa ra ở Hình 3.11 (dung dịch có nồng độ ban đầu 100 ppm được lọc qua màng ở áp suất xác định trên thiết bị lọc liên tục). Sau 60 phút khi dòng ổn định, bắt đầu thu riêng các phân đoạn dịch thấm qua theo các tỷ lệ thể tích: 10%; 20%; 30%; 40%; 50%; 60%; 70%; 80%; 90% so với thể tích dung dịch thuốc nhuộm ban đầu. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi dung dịch được cô đặc đến 90%, năng suất lọc của màng đối với dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp giảm nhẹ, trong khi với dung dịch thuốc nhuộm phân tán, năng suất lọc giảm khá mạnh. Điều đó có nghĩa là khả năng gây tắc màng (fouling) của thuốc nhuộm phân tán cao hơn so với thuốc nhuộm trực tiếp ở cùng nồng độ và cùng các điều kiện thực hiện quá trình tách.



Hình 3.11. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc các dung dịch

thuốc nhuộm trực tiếp (DR) và phân tán (DS)

3.2.5. So sánh khả năng lọc thuốc nhuộm của một số loại màng khác nhau

Hiện nay trên thị trường có một số loại màng lọc thương mại của các hãng khác nhau. Chúng tôi đã tiến hành so sánh khả năng lọc tách thuốc nhuộm của hai loại màng Filmtech TW-30 (Mỹ) và Saehan CSM (Hàn Quốc) trong cùng các điều kiện tách như nhau. Dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3GF ở các nồng độ 50ppm, 100ppm được tách qua màng trên thiết bị lọc liên tục tại áp lực dòng qua module xác định.



Bảng 3.2. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch thuốc nhuộm

Mức độ cô đặc (%)

J50 CSM®

J100 CSM®

J50 TW30

J100 TW30

10

5.436

5.096

4.505

4.467

20

5.436

5.096

4.499

4.461

30

5.430

5.091

4.494

4.460

40

5.427

5.084

4.491

4.452

50

5.421

5.076

4.482

4.446

60

5.415

5.067

4.476

4.438

70

5.407

5.055

4.469

4.431

80

5.397

5.045

4.461

4.421

90

5.384

5.028

4.451

4.406

Hiệu suất lọc %

99.9

99.9

99.9

99.9

Màu dịch lọc

Không Màu

Không Màu

Không Màu

Không Màu

: files -> ChuaChuyenDoi
ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH
ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh
ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân
ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05
ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh
ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường


1   2   3   4   5


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương