Home / Thiết Bị Điện Tử / 7 công nghệ vật liệu phân tách màng có ứng dụng phổ biến

7 công nghệ vật liệu phân tách màng có ứng dụng phổ biến

/

Ứng dụng công nghệ hiện đại của vật liệu màng trao đổi ion, màng enzyme, màng mô phỏng, màng thẩm thấu bốc hơi và màng phản thẩm thấu.

công nghệ vật liệu màng

1. Màng chức năng – Vật liệu phân tách

Thận là cơ quan bài tiết chính của con người, có các mạch máu dẫn thẳng vào thận. Khi máu chảy qua, nước và các chất tan trong nước ở trong máu được thận hút vào, sau khi phân giải tạo nên nước tiểu, thông qua ống dẫn niệu chuyển vào bàng quang, cuối cùng được bài tiết ra ngoài qua niệu đạo.

Trước đây, những người bệnh bị mắc chứng suy giảm chức năng thận hầu như ai cũng sợ hãi lo lắng. Vì loại bệnh này sẽ nhanh chóng phát triển thành bệnh nhiễm trùng đường tiểu rồi dẫn tới tử vong. Giờ đây thì đã khác, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, bệnh nhân có thể điều trị hoặc kiểm soát bệnh tình nhờ vào máy lọc màng thận.

Vậy, máy lọc màng thận là một loại máy như thế nào vậy?

Máy lọc màng thận được chế tạo từ màng chức năng. Bộ phận màng có dạng sợi rỗng, bên ngoài màng là dịch phân tách. Khi máu của người bệnh từ từ chảy qua màng, các chất có hại trong máu sẽ lưu lại trong dịch phân tách do nồng độ khác nhau, còn máu sau khi đã được lọc sạch lại quay trở lại cơ thể người. Do loại máy này có thể phát huy tác dụng thay thế cho màng thận của con người, nên người ta gọi nó là thận nhân tạo.

2. Màng trao đổi ion

Vật liệu màng được ứng dụng công nghiệp hóa sớm nhất là màng trao đổi ion, nó bao gồm màng trao đổi ion dương, màng trao đổi ion âm và màng trao đổi ion đặc chủng. Trải qua hơn 30 năm nỗ lực, phạm vi ứng dụng của màng trao đổi ion đã dần dần được mở rộng. Từ cuối những năm 80 của thế kỷ 20 đến nay, công dụng chủ yếu của màng trao đổi ion có mấy phương diện như sau:

  • Làm cô đọng nước biển để làm muối ăn, làm nhạt nước biển, lấy lại kim loại nặng và các chất hữu cơ từ trong nước thải, tách các ion vô cơ hỗn hợp, tách axit hoặc kiềm hữu cơ hỗn hợp, tách muối hoặc tách axit ra khỏi thực phẩm dạng lỏng; 
  • Màng trao đổi ion làm màng ngăn cách trong phản ứng điện giải, có thể điện giải muối ăn tạo thành kiềm;
  • Dùng làm màng thẩm thấu khuếch tán, có thể thu axit clohydric, axit sunfuric, axit nitric, axit fluosilicic từ trong nước thải; 
  • Màng trao đổi ion có thể dùng làm màng ngăn của pin nhiên liệu và các loại pin khác.

3. Màng phân tách khí

Một loại vật liệu phân tách màng khác được ứng dụng trên quy mô lớn là màng phân tách chất khí. Màng phân tách chất khí chủ yếu dùng để phân tách khí CO, phân tách khí oxy và khí nitơ. Màng phân tách oxy và nitơ có thể làm giàu oxy trong không khí lên tới 30% – 40%. Loại không khí giàu oxy này được dùng trong sản xuất xi măng và luyện gang thép, có thể tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm; dùng trong làm giấy và tuyển quặng có thể thay thế cho các thuốc oxy hóa; dùng trong điều trị y tế có thể giúp cho người bệnh khó thở hô hấp.

4. Màng phản thẩm thấu

Màng phản thẩm thấu là một loại màng bán xuyên thấm, nó chỉ cho phép những phân tử nhỏ (như phân tử nước) thấm qua mà thôi, còn giữ lại những hợp chất hóa học phân tử lớn. Màng phản thẩm thấu chủ yếu được dùng trong các lĩnh vực như làm nhạt nước biển, làm khô các loại thực phẩm dạng nước như nước hoa quả, mứt, chế phẩm từ sữa và xử lý thu hồi nước thải.

5. Màng thẩm thấu bốc hơi

Màng thẩm thấu bốc hơi là một loại vật liệu phân tách màng mãi đến sau năm 1982 mới được phát triển nhanh chóng. Các vật chất bị phân tách trước tiên sẽ tan ra trên bề mặt màng một cách có chọn lọc, sau đó sẽ được trải ra và thấm qua lớp màng, cuối cùng nó được giảm áp và chuyển thành thể khí ở mặt bên kia của màng, từ đó đạt được kết quả phân tách nguyên chất. Kỹ thuật thẩm thấu bốc hơi có thể dùng với hệ thống khó phân tách, ví dụ như dùng vào việc phân tách những chất cùng sôi (như nước và ethanol) và phân tách những hỗn hợp các chất có điểm sôi gần nhau (benzen và ) rất có hiệu quả.

6. Màng mô phỏng

Màng mô phỏng là một phương diện của hóa học phỏng sinh học. Chúng ta đều biết rằng, màng sinh vật có những chức năng sinh lý rất phức tạp, ví dụ như nó có thể thẩm thấu một cách có chọn lọc những ion vô cơ, có thể chủ động và bị động vận chuyển các chất hữu cơ. Vật liệu màng được tổng hợp theo phương pháp hóa học mô phỏng những chức năng này chính là hướng nghiên cứu màng mô phỏng mà các nhà khoa học đang hướng tới. 

7. Màng enzyme

Màng enzyme là vật liệu màng có cả hai chức năng là phản ứng xúc tác và phân tách, thích hợp dùng để chế tạo thiết bị phản ứng enzyme thao tác liên tục. Dựa trên sự khác biệt về phương pháp chế tạo, màng enzyme có thể chia thành hai loại lớn: Một loại là cố định enzyme trên bề mặt màng nhiều lỗ, khiến cho phản ứng enzyme tiến hành trên bề mặt màng, sản phẩm sinh ra sẽ thấm lỗ trên màng sang mặt bên kia, từ đó tách được sản phẩm phản ứng và chất phản ứng ban đầu. Loại màng enzyme này thường được dùng để thủy phân xenlulozo thành đường glucose… Một loại màng enzyme khác bọc enzyme vào qua giữa hai lớp màng, các chất phản ứng thẩm từ một mặt màng vào phía bên trong rồi xảy ra phản ứng, sau đó lại thấm ra mặt kia của màng. Loại màng enzyme này có thể dùng để thay đổi cấu tạo của các hợp chất phân tử nhỏ.

Nói với vật liệu màng chủ yếu là vật liệu hữu cơ cao phân tử, nhưng cũng có loại được làm từ vật liệu vô cơ cao phân tử hoặc vật liệu kim loại. Những loại màng được giới thiệu ở trên có các chức năng cơ bản riêng biệt như phân tách, làm nguyên chất, trao đổi ion… vì vậy chúng được gọi chung là màng chức năng, nó là một nhánh quan trọng trong lĩnh vực vật liệu mới.

So với công nghệ cũ, màng chức năng tiêu hao năng lượng ít, hiệu quả cao, tiết kiệm tài nguyên, thao tác đơn giản, kết cấu lắp đặt chặt chẽ, dễ thực hiện sản xuất và quản lý tự động hóa. Ví dụ như một số chất kháng sinh được làm nguyên chất nhờ phương pháp phân tách dùng màng sợi rỗng có chi phí giảm 58% so với phương pháp lọc qua máy quay chân không; không khí giàu oxy được sinh ra nhờ màng làm giàu oxy của lò thủy tinh có thể tiết kiệm 10% – 15% dầu. Các mô đun ứng dụng màng chức năng và công nghệ màng phát triển từ việc lắp đặt đó là một trong những kỹ thuật mới có sức sống và hiệu quả nhất trên thế giới trong vài chục năm trở lại đây.

Chúng ta đều biết rằng, nước uống, nước quả ép, các loại nước mĩ phẩm và nước dùng trong y tế đều bắt buộc phải vô trùng, có thể thấy rằng yêu cầu đối với việc sản xuất là rất cao. Trước đây người ta thường dùng các phương pháp sát khuẩn như sodium chlorate đun sôi, thông khí Oxy, hoặc dùng đèn chiếu tia tử ngoại. Nhược điểm của những phương pháp này là tiêu hao nhiều năng lượng, chi phí cao, hơn nữa xác vi khuẩn vẫn còn ở trong nước. Phương pháp thông khí oxy không những thao tác phức tạp hơn nữa lại khiến cho nước có mùi lạ. Đèn tử ngoại chỉ có thể giết một phần nào vi khuẩn, có khi chỉ có thể khiến vi khuẩn tạm thời ngừng hoạt động chứ không giết chết được chúng.

Hiện nay chỉ cần dùng màng siêu lọc có đường kính lỗ 0,004 micromet là có thể loại bỏ hoàn toàn các loại vi khuẩn như vi khuẩn E. coli, vi khuẩn V. cholera, vi khuẩn Amebiasis cùng toàn bộ xác vi khuẩn. Các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản đều lắp đặt những bộ phận lọc nhỏ trên các vòi nước ở nước mình, như vậy là có thể trực tiếp uống nước lã, vô cùng thuận tiện. Những năm gần đây loại nước tinh khiết cung cấp trên thị trường Trung Quốc cũng là nước máy được xử lý qua màng phản thẩm thấu, sau khi loại bỏ vi khuẩn là có thể uống trực tiếp được.

Ứng dụng trên nhiều mặt của màng chức năng đều tạo ra những lợi ích kinh tế và lợi ích xã hội rất rõ, nó rất được các quốc gia trên thế giới coi trọng. Màng chức năng giờ đây đã phát triển thành một ngành sản xuất quan trọng, và nó còn kéo theo sự phát triển của các công nghệ cao mới và các ngành sản xuất mới khác nữa.

Sự phát triển của màng chức năng ở Trung Quốc đã bắt đầu từ năm 1958. Trải qua hơn 50 năm phát triển, ngành sản xuất màng chức năng bao gồm màng chức năng và các mô đun, các trang thiết bị của nó đã đạt được những bước phát triển vượt bậc. Thượng Hải là thành phố phát triển công nghệ màng chức năng sớm nhất của Trung Quốc, và hiện nay là cơ sở sản xuất màng chức năng lớn nhất ở Trung Quốc.

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :