Tài liệu Module of membrane and application of caramic membrane

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÀI BÁO CÁO: CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC ỨNG DỤNG PHẦN: MODULE OF MEMBRANE AND APPLICATION OF CARAMIC MEMBRANE GVHD: LỚP: TS. Mai Huỳnh Cang MỤC LỤC I. Thế nào là màng lọc Ceramic :...................................................................................................2 II. Ưu Điểm và nhược điểm của màng lọc Ceramic:..................................................................2 III. Thông số kỹ thuật của màng Ceramic:..................................................................................2 IV. Phương pháp chế tạo màng caremic......................................................................................3 V. Ứng dụng......................................................................................................................................6 5.1 Ứng dụng của màng lọc trong thực tế................................................................................6 5.2 Bốn loại màng lọc được ứng dụng trong thực tế................................................................6 5.3 Ứng dụng của màng Ceramic trongcôngnghiệp................................................................8 1 I. Thế nào là màng lọc Ceramic : Hiện nay, đã có nhiều công ty phát triển các màng gốm vô vơ cho các ứng dụng lọc tinh và siêu lọc. Các màng gốm này được chế tạo từ nhôm oxit, titan oxit và silic oxit. Vật liệu gốm nói chung là rất ổn định về mặt hóa học, nhiệt và cơ học, và thêm vào đó là thường xuyên trơ sinh học. Do đó, chúng là vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm hoặc trong xử lý nước và nước thải.Các phương tiện để được lọc chảy qua các kênh của các nhà cung cấp dịch màng. Các hạt được giữ lại nếu kích thước của họ vượt quá bán kính của các lỗ chân lông màng, xây dựng tập trung. Dịch lọc thấm qua các lỗ chân lông và nó là đối tượng của các giai đoạn quy trình tiếp theo II. Ưu Điểm và nhược điểm của màng lọc Ceramic:  Ưu điểm: - Độ bền cơ học cao, tuổi thọ cuả màng có thể lên tới 10 năm - Trơ về mặt hóa học (bền trong môi trường có các hóa chất làm sạch mạnh, hoặc đáp ứng nhu cầu lọc các chất lỏng xâm thực và có độ nhớt cao) - Thân thiện với môi trường - Vận hành đơn giản, không cần kĩ sư có trình độ cao - Dễ dàng bảo trì, yêu cầu sử lý sơ bộ đơn giản - Quy trình vận hành ổn định. - Các màng gốm thể hiện tính năng bền nhiệt môi trường cao, Các màng gốm này cũng chịu được các môi trường khắc nghiệt trong các thiết bị xử lý nước thải và không phải thay thế thường xuyên như đối với vật liệu polymer.  Nhược điểm: - Có trọng lượng lớn - Chi phí sản xuất các thành phần gốm đáng kể. III. Thông số kỹ thuật của màng Ceramic: Kích thước lỗ trung bình: 200nm. Đối với các loại màng ceramic được ứng dụng trong lọc tinh và siêu lọc thường có kích thước trong phạm vi từ 0.01 đến 10µm( sản xuất bằng phương pháp slip coating-sintering - phủ trượt nung kết) hoặc có kích thước từ 10-100 Ao(phương pháp sol-gel). Áp suất qua màng lọc tiêu chuẩn: Từ 0.1 đến 0.5 bar Áp suất lọc qua màng tối đa : 0.7 bar Nhiệt độ hoạt động : Từ 10 đên 300oC 2 Tính thẩm thấu : Lên đến 7000 l/m2.h.bar Độ pH : 0 – 14 Hiệu suất hoạt động : Phụ thuộc vào thành phần nước, hàm lượng nước hữu cơ và nhiệt độ. IV. Phương pháp chế tạo màng caremic  Phương pháp slip coating-sintering: Trong quá trình slip coating-sintering một ống mang gốm xốp được chế tạo bằng cách đổ phân tán một chất gốm mịn và chất gắn kết trong một khuôn đúc và nung kết ở nhiệt độ cao. Một mặt của ống mang sau đó được đúc với dạng huyền phù của các phần tử mịn hơn trong một dung dịch của sơi polymer hoặc poly(vinyl alcohol) hoạt động như một chất gắn kết và độ nhớt được nâng lên cao hơn để giữ các phần tử trong huyền phù. Hỗn hợp này đươc gọi là huyền phù trượt (slip suspension), khi được làm khô và nung kết ở nhiệt độ cao sẽ còn lại một lớp bề mặt xốp mịn. Thông thường các lớp phủ trượt được áp dụng cho một nhóm, mỗi lớp sẽ được hình thành từ huyền phù của các hạt với độ mịn tốt dần và kết quả thu được một cấu trúc dị hướng. Hầu hết các màng gốm siêu lọc được chế tạo theo cách này và thường được sử dụng để chế tạo thành dạng ống hoặc dạng khối đục lỗ. Hình: Quét điện tử hiển vi của bề mặt loại màng nhiều lớp 3 Phương pháp slip coating-sintering (phủ trượt nung kết ) có thể được sử dụng để chế tạo các màng với các đường kính lỗ dưới 100-200Ao.  Phương pháp sol-gel: Các màng xốp mịn hơn thường được chế tạo bằng công nghệ sol-gel. Trong quá trình sol-gel thì chất phủ trượt được đưa vào để cân bằng keo. Thông thường lớp nền được bao phủ với sol-gel là một ống gốm xốp được hình thành bằng công nghệ slip coating-sintering (phủ trượt nung kết). Dung dịch được bao phủ trong giá đỡ này là một chất keo hoặc một keo polymer của một hydroxit hữu cơ. Các dung dịch này được chế tạo bằng cách điều khiển sự thủy phân của các muối kim loại hoặc các ancoxit kim loại để tạo thành hydroxit. Phương pháp sol-gel được chia thành 2 trường hợp, phụ thuộc vào cách mà dung dịch keo phủ được hình thành. 4 Trong phương pháp phân tán hạt sol thì một ancoxit có khả năng hòa tan trong ancol được thủy phân bằng cách thêm nước hoặc axit. Chất lắng thu được sẽ được duy trì ở dạng một dung dịch nóng và định kì bổ sung trong suốt giai đoạn keo tụ hình thành một dung dịch keo bền. Các dung dịch keo sau đó được làm lạnh và được đúc trên màng mang lỗ xốp. Lớp được hình thành phải được làm khô cẩn thận để tránh làm làm gãy khuôn. Trong bước cuối cùng màng mỏng được nung kết ở 500-800oC. Tổng quát quá trình có thể được biểu diễn như sau: Trong quá trình sol-gel polyme, quá trình thủy phân từng phần của một kim loại ancoxit hòa tan trong rượu được hoàn thành bằng cách thêm một lượng nước tối thiểu vào dung dịch. Các nhóm hydroxyl hoạt động trong các ancoxit sau đó phản ứng để hình thành một phần tử polyme hữu cơ mà có thể được bao phủ trên chất mang gốm. Sau quá trình làm khô và nung kết, màng oxit kim loại được hình thành. Quá trình hóa học của sol-gel polyme có thể được biểu diễn như sau: Phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu và phương pháp phủ, một phạm vi rộng các màng có thể được chế tạo bằng quá trình sol-gel. Vấn đề gãy vỡ các màng được làm giảm bằng cách thêm một lượng nhỏ chất keo polyme vào dung dịch đúc. Quá trình đúc cũng có thể được lặp lại nhiều lần để thu được một màng không khuyết tật. Các màng với các kích thước lỗ trong phạm vi 10 đến 100 Ao có thể được chế tạo bằng phương pháp này. 5 V. Ứng dụng V.1 Ứng dụng của màng lọc trong thực tế - Sản xuất đồ uống: cô đặc, lọc trong các loại nước ép trái cây... - Chế biến sữa: cô đặc sữa, tách béo, tiệt trùng… - Điện tử công nghiệp: cung cấp nước tinh khiết - Y tế: cung cấp nước vô trùng - Chế biến thực phẩm: cô đặc và tinh chế các loại đường, men - Phòng thí nghiệm: cung cấp nước tinh khiết - Hạt nhân: tách các chất ô nhiễm phóng xạ - Dược phẩm: tách / lọc các protein, vitamins, vắc xin - Ngành giấy: làm sạch nguồn nước thải bột giấy - Công nghiệp nước ngọt: khử muối nước biển - Công nghiệp kim loại: thu hồi kim loại - Môi trường: Xử lý nước thải, tách CO2 hoặc H2 từ metan và các hydrocacbon khác; thu hồi khí mêtan từ khí sinh học V.2 Bốn loại màng lọc được ứng dụng trong thực tế 5.2.1 Màng tinh lọc Loại này thường dùng để loại bỏ các cặn có kích thước lớn, các đại phân tử được tách ra từ các phân tử lớn khác, protein, hay các mảnh vỡ tế bào. Trong thực tế, màng tinh lọc nước được ứng dụng ở các chu trình cuối như dùng để lọc nước ép trái cây, sữa, rượu vang, bia và các loại dược phẩm vô trùng khác.Thông thường, mang tinh lọc sẽ hoạt động ở áp suất tương đối thấp. 6 5.2.2 Màng siêu lọc Là loại màng dùng để lọc dầu mỏ, hydroxit kim loại, chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn và các phân tử lớn có trong nước và các dung dịch khác. Loại màng siêu lọc này có kích thước lỗ khoảng 0,01micron, do đó có thể loại bỏ được cả những virut. Đây là điểm nổi trội của màng siêu lọc so với màng tinh lọc, bởi màng tinh lọc có kích thước lỗ khoảng 0,1micron nên chỉ lọc được các vi sinh vật chứ không lọc sạch được virut Hiện nay, màng siêu lọc được ứng dụng để lọc dầu, nước ép trái cây, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn, dược phẩm, nước thải cấp 3. 5.2.3 Màng lọc nano Lọc màng lọc này có kích thước rất nhỏ khoảng 0,001micron, có tác dụng tương tự như màng thẩm thấu ngược được ứng dụng vào việc loại bỏ các ion đa hóa trị, các chất hữu cơ đơn phân tử, có thể lọc được gần như tất cả các virut, các vật chất hữu cơ tự nhiên và muối. Ngoài ra, trong quá trình lọc thì màng lọc Nano còn có thể sử dụng để làm mềm nước, loại bỏ thuốc trừ sâu và khử màu cũng mang lại hiệu quả cao. 5.2.4 Màng thẩm thấu ngược RO Màng lọc thẩm thấu ngược RO có kích thước lỗ cực kỳ nhỏ chỉ khoảng 0,0001micron. Trong thực tế người ta ứng dụng màng lọc RO không chỉ ứng dụng vào việc loại bỏ tất các các phân tử hữu cơ và virut thì loại màng này còn dùng để loại bỏ hầu hết các ion đơn trị, các khoáng chất có trong nước. Với những tính năng này thì hiện này màng lọc RO được ứng dụng phổ biến để lọc khử muối, khử mặn, khử khoáng để tạo ra nguồn nước tinh khiết nhất. Công dụng của màng lọc là để loại bỏ hết những bụi bẩn có trong nước để tạo ra nguồn nước tinh khiết nhất để sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Với 4 loại 7 màng lọc trên đều có những ứng dụng riêng, vì vậy tùy vào từng mục đích lọc mà bạn sử dụng loại màng lọc nào cho phù hợp nhất. V.3 Ứng dụng của màng Ceramic trongcôngnghiệp Màng Ceramic ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như công nghệ sinh học và dược phẩm, thực phẩm và nước giải khát cũng như hóa học và hóa dầuvà vi điện tử. Các mô đun màng có thể chịu được nhiệt độ cao, cực trị của pH từ0 đến 14, và áp suất hoạt động cao đến 10 bar (145 psi) mà không cần quan tâm đến việc đầm màng, phân tách. Điều này làm cho màng này phù hợp với nhiều ứng dụng mà không thể sử dụng màng polyme và các chất vô cơ khác.  Ứng dụng công nghiệp Làm trong các loại nước trái cây tự nhiên như táo, việtquất và nho,.. Đây là một trong những ứng dụng quantrọngvàphổbiến nhất của màng Ceramic. Màng Ceramic được sử dụng để làm sạch nước lên men ở nhiều nơi trên thế giới, cạnh tranh thành công với các công nghệ khác như màng polyme, lọc chân không và ly tâm. Cuối cùng, trong nhiều ứng dụng quá trình hoá học, cần phải xử lý không chỉ các dòng chất thải, mà còn để phục hồi và tái sử dụng các hóa chất. Màng Ceramic có thể được áp dụng cho mục đích này, tức là lọc các dung môi hóa học, nước thải nhuộm và chất nhuộm từ các nhà máy chế biến thuốc nhuộm và các loại nước thải có độ biến thiên cao chứa chất tẩy, polyme và các dung môi hữu cơ.  Màng ceramic trong xử lý nước thải Màng polymer hoặc màng ống gốm sứ hiện đang được sử dụng để làm sạch, bảo tồn và tái sử dụng nước trong nhiều ứng dụng nước thải công nghiệp và cộng đồng, bao gồm các nhà máy nước thải, các tòa nhà, và thậm chí các tàu du lịch. Hiện tại, màng polyme chiếm khoảng 75% thị trường lọc màng, trong đó phần lớn 25% còn lại là gốm sứ (cùng với một số ít vật liệu khác như màng kim loại). Màng gốm có thể chịu được các giá trị pH dao động từ 0-14. Màng gốm cũng tốt hơn cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Chúng có thể được khử trùng hoặc làm sạch bằng hơi nước cho các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp y tế, điều này không thể với polyme. Hơn nữa, gốm có sức mạnh và độ cứng cao hơn, tạo cho họ sự ổn định chiều cao tốt hơn dưới áp suất cao hơn vật liệu polymer. Ứng dụng 8 -Nhũ tương nước thải trong ngành công nghiệp luyện kim -Nước thải từ công trình in Bankote -Nước thải trong ngành công nghiệp ôtô -Cắt và làm sạch chất lỏng từ ngành công nghiệp máy móc -Nước mỏ và nước ngưng tụ -Alkaline và axit xử lý dòng chất lỏng -Chất thải với sắc tố từ in và nhuộm có hàm lượng COD / BOD cao Ngoài ra, màng Ceramic còn được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp khác:  Ngành công nghiệp hoá chất: - Tách và làm sạch sản phẩm - Tách các chất xúc tác - Thu hồi thuốc nhuộm và chất nhuộm - Khử muối các sản phẩm - Làm sạch và tái chế dung môi hữu cơ  Ngành công nghiệp kim loại / kỹ thuật bề mặt: - Tái chế và xử lý chất tẩy rửa và rửa sạchchúng - Xử lý nhũ tương dầu / nước - Thu hồi kim loại nặng - Làm sạch nước thải từ quá trình nghiền - Xử lý nước thải bằng thủy tinh và sản xuất sợi thủy tinh  Dệt may / Công nghiệp giấy và bột giấy: - Xử lý nhũ tương chất béo - Tách men - Khử muối  Thực phẩm và đồ uống - Làm trong nước trái cây và bia - Khử trùng sữa và whey - Tách và phân đoạn sữa và thành phần whey 9 - Khử muối whey - Khửnướccủasản phẩm - Thanh lọc nước uống  Tái chế và môi trường - Giảm COD / BOD - Tách dầu / nước - Thu hồi thuốc và thuốc trừ sâu - Duy trì vi sinh vật - Lưu giữ kim loại nặng và các chất phóng xạ - Làmsạchhồ bơi nước - Làm sạch các cống của các nhà máy nước thải. 10