Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Kỹ thuật sản xuất màng lọc và khử mặn hiệu quả thế hệ mới (05/09/2019)

Sản xuất nước uống từ nước biển, xử lý nước thải và thẩm tách chỉ là một vài quy trình quan trọng sử dụng công nghệ lọc bằng màng. Chìa khóa của quy trình là màng lọc - lớp màng mỏng, bán xốp cho phép một số chất như nước đi qua trong khi tách ra các chất không mong muốn khác. Nhưng trong 30 năm qua, các vật liệu tạo nên những lớp chính của màng lọc được sản xuất thương mại hiện nay không có những cải tiến lớn.

Tiến sĩ Brian McVerry và cộng sự Mackenzie Anderson kiểm tra một màng màng siêu mỏng trên một tấm kính được sử dụng trong quy trình T-FLO. Ảnh: Marc Roseboro / UCLA

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học California, Los Angeles (UCLA) đã phát triển một kỹ thuật mới được gọi là T-FLO để chế tạo màng lọc. Phương pháp này có thể cung cấp cho các nhà sản xuất một phương pháp tạo màng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng hơn nhờ sử dụng nhựa hiệu suất cao, khung kim loại hữu cơ và vật liệu cacbon. Cho đến nay, những hạn chế về màng lọc đã khiến cho các vật liệu đó trở nên không khả thi trong sản xuất công nghiệp. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nano Letters.

"Rất nhiều vật liệu bên ngoài phòng thí nghiệm có thể lọc hiệu quả, nhưng không thể mở rộng quy mô", Richard Kaner, đồng tác giả nghiên cứu nói. "Với kỹ thuật này, chúng tôi có thể dùng những vật liệu đó để chế tạo các màng mỏng hữu ích có khả năng mở rộng và làm cho chúng hữu ích".

Ngoài tiềm năng cải thiện các loại màng lọc theo công nghệ hiện nay, các màng được sản xuất bằng kỹ thuật T-FLO có thể tạo ra nhiều loại bộ lọc mới. Ví dụ, kỹ thuật này sẽ giúp loại bỏ CO2 khỏi khí thải công nghiệp, cho phép chuyển đổi cacbon thành nhiên liệu hoặc các ứng dụng khác đồng thời giảm ô nhiễm.

Các bộ lọc như bộ lọc được sử dụng để khử muối được gọi là màng không đối xứng vì nó gồm có hai lớp: lớp "hoạt động" mỏng loại bỏ các hạt lớn hơn và lớp "hỗ trợ" xốp tạo nên cấu trúc màng cho phép chống áp lực cao trong thẩm thấu ngược và các quá trình lọc khác. Các kỹ sư tại UCLA đã tạo màng loại màng không đối xứng đầu tiên vào những năm 1960.

Các màng không đối xứng hiện nay được tạo ra bằng cách đúc lớp hoạt động trên lớp hỗ trợ hoặc đúc đồng thời cả hai. Nhưng để tạo ra một lớp hoạt động bằng các vật liệu tiên tiến hơn, các kỹ sư phải sử dụng dung môi hoặc nhiệt độ cao, cả hai yếu tố đều làm hỏng lớp hỗ trợ hoặc ngăn lớp hoạt động bám dính.

Trong kỹ thuật T-FLO, lớp hoạt động được đúc dưới dạng chất lỏng trên một tấm kính hoặc kim loại và được xử lý để làm cho lớp hoạt động chắc chắn. Tiếp theo, lớp hỗ trợ làm từ epoxy gia cố bằng vải được bổ sung vào và màng được làm nóng để hóa rắn epoxy.

Việc sử dụng epoxy trong lớp hỗ trợ là bước tiến mới tạo nên sự khác biệt của kỹ thuật T-FLO. Nó cho phép tạo ra lớp hoạt động đầu tiên có thể được xử lý bằng hóa chất hoặc nhiệt cao mà không làm hỏng lớp hỗ trợ. Sau đó, màng được ngâm trong nước để rửa trôi các hóa chất tạo nên các lỗ trong epoxy và để nới lỏng màng khỏi tấm kính hoặc kim loại. Cuối cùng, màng được bóc ra bằng lưỡi dao.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm màng được sản xuất bằng kỹ thuật T-FLO để khử muối khỏi nước, cho thấy triển vọng giải quyết một trong những vấn đề phổ biến trong khử mặn, đó là vi khuẩn và các vật liệu hữu cơ khác có thể làm tắc màng. Mặc dù việc bổ sung clo vào nước có thể tiêu diệt vi khuẩn, nhưng hóa chất cũng khiến hầu hết các màng bị hỏng. Trong nghiên cứu, màng T-FLO vừa từ chối muối lại vừa chống lại clo.

Trong các thí nghiệm khác, loại màng mới cũng loại bỏ các vật liệu hữu cơ khỏi chất thải dung môi và tách khí nhà kính.

Nguồn: N.P.D (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 03/9/2019