Đột phá trong chế tạo màng lọc nước

Thông thường, quá trình phát triển và thử nghiệm một màng mới, đáp ứng những yêu cầu cụ thể là một quy trình chậm và tốn hao nhiều công sức và tài nguyên, nhưng nghiên cứu gần đây từ một nhóm nhà khoa học Mỹ có thể đã hợp lý hóa quá trình này.

Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) là một kỹ thuật rất phổ biến trong ngành công nghiệp bán dẫn. Đây là phương pháp sử dụng khí để tạo ra những lớp rất mỏng trên bề mặt của màng lọc. Những tính chất của khí xác định các tính năng kỹ thuật đặc trưng của màng mới, cho phép các nhà nghiên cứu dễ dàng điều chỉnh hành vi của màng mới, đáp ứng các yêu cầu của hệ thống mà màng lọc được sử dụng.

Theo Seth Darling, đồng tác giả công trình nghiên cứu, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu tiên tiến cho Hệ thống Năng lượng - Nước (AMEWS) Argonne, về nguyên tắc, ALD là giải pháp tuyệt vời. Nhưng khó khăn lớn nhất là hầu hết các polymer, được sử dụng để tạo màng lọc kỵ nước và không cho phép phủ một lớp ALD. Cho đến lúc này, các loại khí, được sử dụng để tạo ALD không thể bám lên bề mặt của màng lọc nước. Sau một số thí nghiệm, nhóm nghiên cứu phát hiện được, nếu nhúng màng vào trong bồn axit tannic (một loại polyphenol), bề mặt của màng lọc polymer có thể liên kết với khí ALD.

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng lọc của màng polymer, được phủ lớp ALD trong thử nghiệm tách dầu và nước. Màng lọc phủ ALD có thể duy trì hiệu suất làm việc sau nhiều lần lọc và biến dạng cơ học.

Sử dụng giải pháp làm nhạy cảm với lớp phủ ALD các nhà khoa học hydro hóa giao diện màng. Thử nghiệm nhúng màng polymer kỵ nước vào polyphenol khiến giao diện của màng polymer nhạy cảm với lớp phủ TiO2 ALD.

Các màng được nhúng axit tannic, bọc bằng lớp phủ ALD thể hiện khả năng đẩy dầu thô dưới nước nổi bật và có độ ổn định cơ học cao.

Kết quả đã chứng minh được, các màng lọc polymer được xử lý bằng cách nhúng polyphenol và bọc lớp phủ ALD có khả năng tách dầu và tái sử dụng dầu thô vượt trội so với màng không được xử lý hoặc những màng được xử lý bằng ALD mà không ứng dụng tiền xử lý polyphenol.

Kết quả lọc nước bằng màng lọc polymer phủ ALD.

Có được những kết quả đáng khích lệ này, nhóm nhà khoa học tiếp tục phát triển các công cụ để mở rộng các ứng dụng ALD cho công nghiệp lọc và làm sạch chất lỏng.

Ông Jeffrey Elam, nhà hóa học cao cấp tại Argonne và đồng tác giả công trình nghiên cứu cho biết, hiện tại các nhà nghiên cứu sử dụng các lò phản ứng hóa học quy mô phòng thí nghiệm cho các nghiên cứu này, nhưng đang xây dựng các phương tiện để xử lý ALD hiệu quả trên các chất nền tảng có diện tích lớn, cho phép thử nghiệm thử nghiệm ứng dụng thí điểm các màng lọc phủ ALD cấp độ công nghiệp. Quá trình tiền xử lý đơn giản này đã mở ra cơ hội cho khả năng chế tạo những màng lọc nước mới, tiết kiệm và hiệu quả hơn rất nhiều các loại màng lọc nước hiện đang sử dụng trong công nghiệp.

Chiến lược nhạy cảm hóa các polymer bằng polyphenol làm phong phú thêm bộ những công cụ chức năng hóa trong khoa học vật liệu, kỹ thuật giao diện và khoa học môi trường.