Hóa kỹ thuật môi trường - Chương 8: Quá trình màng

1LOGO TÊN MÔN HỌC: HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 8: QUÁ TRÌNH MÀNG 2 Mục tiêu v Hiểu được cơ sở các quá trình màng. v Vận dụng lựa chọn các qui trình xử lý chất thải bằng phương pháp màng. 3 Chương 8: QUÁ TRÌNH MÀNG 8.1. KHÁI NIỆM 8.2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG CỦA MÀNG 8.3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN KHỐI QUA MÀNG 8.4. KỸ THUẬT THẨM THẤU 8.5. KỸ THUẬT ĐIỆN THẨM TÍCH VÀ THẨM TÍCH XOAY CHIỀU 4 8.1. KHÁI NIỆM Màng được định nghĩa là một pha (quan tâm đến pha rắn không quan tâm đến pha lỏng) hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy của hỗn hợp gồm chất lỏng và các cấu tử trong đó. Màng có tính thấm chọn lọc khác nhau đối với cấu tử khác nhau. Phạm vi ứng dụng: tách các chất ra khỏi môi trường nước. 25 Hạt thô: 10-1 – 1 mm Hạt mịn: 10-2 - 10-1 mm Phương pháp sa lắng hay lọc qua lớp hạt (lọc nhanh, lọc chậm) Phương pháp vi lọcmmHạt cỡ micron: 10-3–10-2 Phương pháp siêu lọc, ly tâm mmCao phân tử: 10 -5 – 10-3 Ion: 10-7 – 10-5 mm Phương pháp thẩm tích, điện thẩm tích, thẩm thấu ngược và trao đổi ion 6 Kích thước lỗ xốp của màng sẽ quyết định tính thấm qua của các cấu tử, tuy nhiên, kích thước lỗ xốp của màng không đều nhau. => phân tử lượng bị chặn, đó là phân tử lượng của một phân tử mà 90% của nó bị giữ lại không vận chuyển qua được màng 7 Trong quá trình tách các chất cần phải tạo được dòng chảy của nước, trong quá trình màng luôn luôn cần đến áp suất ngoài – áp suất động lực, nhằm thúc đẩy tốc độ quá trình vì khi tiết diện chảy càng nhỏ (lỗ xốp của màng) thì trở lực càng cao. Tốc độ dòng chảy tỷ lệ thuận với sự chênh lệch áp suất. 8 STT Màng vi lọc Màng siêu lọc Lọc nano hay dưới siêu lọc 1 Loại màng Xốp, đối xứng Xốp, bất đối xứng Bất đối xứng,tổ hợp composit 2 Độ dày 10-150µm 150µm Lớp đỡ:150µm, lớp da màng 1µm 3 Kích thước lỗ xốp 0.05 - 10µm 10 – 100nm <2nm 4 Áp suất động lực <0.1-2 bar(1 bar=0,9869 at) 1-10 bar 15- 25 bar 5 Tốc độ lộc > 0,5m3/m2/ngày/ bar >0,1-0,5m3/m2/ ngày/bar >0,05m3/m2/m2/ngày/ bar Một số quá trình màng thường gặp trong xử lý nước, nước thải. 39 Một số quá trình màng thường gặp trong xử lý nước, nước thải. STT Màng vi lọc Màng siêu lọc Lọc nano hay dưới siêu lọc 6 Cơ chế hoạt động Rây ,lọc Rây, lọc Hoà tan, khuếch tán 7 Vật liệu chế tạo Polymer,sợi, gốm sứ Polymer, sợi, gốm sứ Polymer 8 Vùng ứng dụng Phân tích , khử trùng,nước siêu sạch, làm trong đồ uống Tách hệ keo,cao phân tử, sữa,thực phẩm,luyện kim,dệt,dược phẩm Làm mềm nước, loại bỏ chất hữu cơ, nước siêu tinh khiết,cô đặc đồ uống,đường, sữa. 10 v Màng có cấu trúc đối xứng là màng có độ xốp đều dọc theo chiều dày (100-200 micromet) v Màng có cấu trúc bất đối xứng là màng gồm 2 lớp : giá đỡ (có cấu trúc xốp) và lớp da (là lớp mỏng fía trên có lỗ xốp rất nhỏ: 0,1-1 micromet) 11 8.2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG CỦA MÀNG 8.2.1. Cấu trúc xốp của màng 8.2.2. Cấu trúc hình thái của màng 12 8.2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG CỦA MÀNG 8.2.1. Cấu trúc xốp của màng Có 2 phương pháp: • Xác định các thông số cấu trúc xốp độc lập: Độ lớn mao quản, Phân bố độ lớn mao quản,Độ dày của lớp da, Độ xốp bề mặt. • Xác định các thông số có cấu trúc liên quan đến tính thấm của màng: có liên quan đến quá trình tách chất có sử dụng chất tan (cần lọc) được giữ lại trên màng ở mức độ nào đó. 413 8.2.2. Cấu trúc hình thái của màng Các phương pháp đánh giá thường dùng là: Ø Đo độ thấm Ø Phương pháp vật lý: nhiệt quét vi sai, nhiệt vi sai. Ø Ăn mòn plasma Ø Phân tích bề mặt 14 8.3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN KHỐI QUA MÀNG 8.3.1. Chuyển khối qua màng xốp 8.3.2. Chuyển khối qua màng đặc 15 8.3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN KHỐI QUA MÀNG Đọc tài liệu 16 8.4. KỸ THUẬT THẨM THẤU vĐọc tài liệu 517 8.5. KỸ THUẬT ĐIỆN THẨM TÍCH VÀ THẨM TÍCH XOAY CHIỀU Điện thẩm tích là phương pháp tách ion ra khỏi môi trường nước bằng phương pháp màng và yếu tố động lực của quá trình tách là dòng điện một chiều. Màng tích điện được sử dụng để khống chế quá trình dịch chuyển của các ion. Màng được sử dụng gồm hai loại: màng anionit và màng cationit. 18 Hình phóng to cho thấy hình ảnh phóng lớn của màng tổng hợp chứa các phân tử liên kết hữu cơ và các lỗ nhỏ. Chỉ có các phân tử nước mới thoát ra khỏi màng lọc từ phía bên trái của màng lọc Ống hình trụ có chứa một màng tổng hợp, có độ dày khoảng 100 nanomét.