Màng lọc siêu lọc Polyvinylidene fluoride (PVDF) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau như xử lý nước, tách khí và lĩnh vực y sinh do khả năng chịu hóa chất, độ bền cơ học và tính ổn định nhiệt tuyệt vời. Tuy nhiên, PVDF vốn dĩ là một chất kỵ nước, điều này hạn chế việc sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính thấm cao và khả năng chống bám bẩn. Để khắc phục hạn chế này, một phương pháp phổ biến là biến đổi màng PVDF để tăng tính ưa nước. Một phương pháp hiệu quả để đạt được điều này là pha trộn PVDF với các polyme ưa nước trong quá trình chuẩn bị màng.
Biến đổi tính ưa nước thông qua quá trình pha trộn
Quá trình pha trộn liên quan đến việc kết hợp các polyme ưa nước vào dung dịch PVDF trong giai đoạn chuẩn bị màng. Kết quả là màng thu được có cả tính chất mong muốn của PVDF và tính ưa nước của các polyme được thêm vào. Quá trình pha trộn thường diễn ra trong giai đoạn tách pha, một bước quan trọng trong việc hình thành màng. Điều này bao gồm việc hòa tan PVDF trong dung môi, thêm các chất điều biến ưa nước, sau đó kích hoạt quá trình tách pha để hình thành màng với các đặc tính mong muốn.
Các polyme ưa nước được sử dụng trong pha trộn
Nhiều loại polyme ưa nước đã được nghiên cứu làm chất pha trộn để cải thiện tính ưa nước của màng PVDF. Các chất điều biến ưa nước thường được sử dụng bao gồm:
Polyvinyl Alcohol (PVA):
PVA là một polyme rất ưa nước, và khi pha trộn với PVDF, nó làm tăng khả năng thấm nước và tính chất chống bám bẩn của màng. Việc kết hợp PVA cho phép tương tác tốt hơn với các phân tử nước, cải thiện khả năng làm ướt của màng.
Polyvinyl Pyrrolidone (PVP):
PVP là một polyme ưa nước phổ biến khác được sử dụng để biến đổi màng PVDF. Tính chất lưỡng cực của PVP làm cho nó trở thành một ứng cử viên xuất sắc để tăng cường tính ưa nước của màng. Việc pha trộn PVP với PVDF cải thiện lưu lượng nước và giảm xu hướng bám bẩn, đặc biệt là trong các ứng dụng lọc.
Các dẫn xuất của Polyethylene Glycol (PEG):
PEG và các dẫn xuất của nó là những polyme ưa nước nổi tiếng và thường được sử dụng để biến đổi bề mặt màng. Việc kết hợp PEG vào màng PVDF đã được chứng minh là làm tăng đáng kể tính ưa nước và khả năng thấm nước của màng. PEG cũng làm giảm khả năng hấp phụ protein, giúp nó có giá trị trong các ứng dụng y sinh.
Polyacrylonitrile (PAN):
PAN là một polyme ưa nước đã được sử dụng để pha trộn với PVDF, như được chứng minh trong nghiên cứu của Dong Kang và Ming Cao năm 2014. PAN tăng cường khả năng hấp thụ nước và tổng thể tính ưa nước, cải thiện hiệu suất màng trong các ứng dụng lọc.
Polymethyl Methacrylate (PMMA):
PMMA đã được sử dụng làm chất điều biến ưa nước trong màng PVDF. Mặc dù không ưa nước như các polyme khác như PVA hay PVP, PMMA vẫn cải thiện hiệu suất của màng bằng cách nâng cao khả năng làm ướt bề mặt. PMMA cũng đóng góp vào cấu trúc lỗ màng và sự ổn định của màng.
Polyethylene Terephthalate (PET):
PET là một polyme ưa nước có thể được sử dụng cùng với PVDF để cải thiện tính ưa nước. Việc pha trộn PET giúp cải thiện tính ưa nước của bề mặt, từ đó tăng cường khả năng thấm nước và khả năng chống bám bẩn.
Polyvinyl Chloride (PVC):
Theo nghiên cứu của Yousefi năm 2011, PVC đã được pha trộn với PVDF để cải thiện tính ưa nước của màng. PVC thường được chọn vì khả năng tương thích với PVDF và khả năng cải thiện các tính chất của màng như độ thấm và độ bền cơ học.
Quá trình pha trộn trong giai đoạn tách pha
Trong quá trình chuẩn bị màng, tách pha là bước quan trọng mà quá trình pha trộn diễn ra. Quá trình này thường theo các bước sau:
Hòa tan PVDF:
PVDF được hòa tan trong dung môi thích hợp như N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) hoặc dimethylacetamide (DMAc) để tạo thành dung dịch đồng nhất.
Thêm các chất điều biến ưa nước:
Các polyme ưa nước như PVA, PVP, hoặc PEG được thêm vào dung dịch PVDF. Các polyme ưa nước này hòa tan và phân bố đều trong dung dịch PVDF.
Kích hoạt quá trình tách pha:
Dung dịch hỗn hợp sau đó được kích hoạt quá trình tách pha, thường thông qua sự kết tủa khi ngâm dung dịch vào dung môi không hòa tan (ví dụ: nước). Trong giai đoạn này, xảy ra quá trình tách pha, hình thành cấu trúc màng với các polyme ưa nước được pha trộn.
Hình thành màng ưa nước:
Màng thu được giữ lại các đặc tính ưa nước của các polyme đã thêm vào, dẫn đến khả năng thấm nước được cải thiện và giảm xu hướng bám bẩn.
Lợi ích của màng PVDF ưa nước
Tính ưa nước được tạo ra thông qua quá trình pha trộn với các polyme ưa nước cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của màng PVDF theo nhiều cách:
Tăng khả năng thấm nước:
Các chất điều biến ưa nước làm tăng khả năng hấp thụ nước của màng, dẫn đến lưu lượng nước cao hơn và quá trình lọc hiệu quả hơn.
Tính chất chống bám bẩn:
Màng với bề mặt ưa nước ít bị bám bẩn bởi các chất gây ô nhiễm như protein, dầu và vi khuẩn, điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng xử lý nước và y sinh.
Khả năng làm ướt tốt hơn:
Bề mặt ưa nước cho phép màng duy trì tính chất làm ướt ổn định, cần thiết cho hiệu suất lọc nhất quán.
Tương thích sinh học:
Việc biến đổi ưa nước làm cho màng PVDF phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng y sinh, nơi yêu cầu tính tương thích sinh học và giảm hấp phụ protein.
Kết luận
Việc biến đổi màng lọc siêu lọc PVDF để trở thành ưa nước thông qua pha trộn với các polyme ưa nước là một phương pháp đã được chứng minh để khắc phục tính chất kỵ nước vốn có của PVDF. Bằng cách kết hợp các polyme như PVA, PVP, PEG, PAN, PMMA, PET và PVC, màng sẽ cải thiện khả năng thấm nước, tính chống bám bẩn và khả năng làm ướt. Quá trình biến đổi này, được thực hiện trong giai đoạn tách pha, cho phép sản xuất màng có hiệu suất cao cho nhiều ứng dụng, bao gồm xử lý nước và sử dụng trong y học.
Tài liệu tham khảo:
Dong Kang, Ming Cao. (2014). Nghiên cứu về tính ưa nước và khả năng chống bám bẩn của màng PVDF composite được pha trộn với PAN.
Yousefi, N. (2011). Biến đổi màng Polyvinylidene Fluoride (PVDF) bằng cách pha trộn với Polyvinyl Chloride (PVC).
Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về việc sử dụng các polyme ưa nước để pha trộn và biến đổi màng PVDF, tập trung vào quá trình và lợi ích của việc tăng tính ưa nước.