ĐỒ ÁN Tìm hiểu quá trình loại nước khỏi ethanol sử dụng công nghệ màng

8/12/2019 ĐỒ ÁN Tìm hiểu quá trình loại nước khỏi ethanol sử dụng công nghệ màng

http://slidepdf.com/reader/full/do-an-tim-hieu-qua-trinh-loai-nuoc-khoi-ethanol-su-dung 1/83

Đồ án t ố t nghi ệ p đại học Tr ườ ng Đại học M ỏ- Địa ch ấ t

Sinh viên: Ph ạm Tuấ n S ỹ Lớ p Lọc hóa d ầu B-K53

LỜ I CẢMƠ N

Đồ án tốt nghiệp là mốc cuối cùng trên conđườ ng học tập và rèn luyện ở bậcđại học mà em phải vượ t qua.Để đến đượ c vị trí này, bản thân emđã trải nghiệm vàcố gắng trong thờ i gian dài. Và trong suốt thờ i gianđó em luôn nhận đượ c sự chỉ bảo và giúpđỡ của tất cả các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Lọc Hóa dầu nóiriêng, thầy cô Trườ ngĐại Học Mỏ - Địa Chất nói chung. Vì vậy, cho phép emđượ cgửi đến quý thầy cô sự kính trọng và lòng biết ơ n sâu sắc. Những kiến thức em họcđượ c từ Quý thầy côđã giúp em trưở ng thành và tự tin hơ n.

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơ n chân thành và sâu sắc đến Ts. Lê Đình

Chi ể n , thầy là ngườ i trực tiếp hướ ng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp tài liệu choem có thể hoàn thànhđồ án tốt nghiệp này.

Thờ i gian nghiên cứu có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rấtmong nhận đượ c ý kiến đóng góp, phê bình của quý thầy cô trong bộ môn.Đó sẽ làhành trang quý giá giúp em hoàn thiện kiến thức của bản thân sau này.

Sinh viên: Phạm Tuấn Sỹ Lớ p: Lọc Hóa dầu K53B

Hà Nội, Tháng 6 năm 2013

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Email: [email protected]

DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN





MỤC LỤCLỜI NÓIĐẦU ..............................................................................................................CHƯƠ NG 1 - TỔNG QUAN VỀ ETHANOL ...................................................... 11.1. Mục đíchđề tài .......................................................................................... 1

1.2. Ethanol ....................................................................................................... 11.2.1. Tính chất vật lý của ethanol ....................................................................... 11.2.2. Tính chất hóa học ....................................................................................... 21.2.2.1. Tính chất của một rượ u đơ n chức .............................................................. 21.2.2.2. Phảnứng riêng ........................................................................................... 31.2.2.3. Một số tính chất khác của ethanol ............................................................. 31.3. Tình hình sử dụng ethanol trên thế giớ i và Việt Nam ............................... 41.3.1. Sử dụng xăng pha ethanol trên thế giớ i ..................................................... 41.3.2. Ở Việt Nam ................................................................................................ 61.3.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol trên thế giớ i và Việt Nam ....... 71.3.3.1. Các nhiên liệu sản xuất ethanol ................................................................. 71.3.3.2. Sản xuất bio-ethanol ................................................................................. 81.3.3.3. Tình hình tiêu thụ và sản xuất ethanol nhiên liệu trên thế giớ i ............... 101.3.3.4. Sản xuất ethanol tại Việt Nam ................................................................ 141.4. Vì sao ethanol lại quan trọng ................................................................... 161.4.1. Nguyên liệu .............................................................................................. 161.4.2. Chất khử trùng ......................................................................................... 16

1.4.3. Điều trị ngộ độc rượ u khác ...................................................................... 161.4.4. Dung môi ................................................................................................. 161.4.5. Vì sao Ethanol lại quan trọng .................................................................. 171.4.6. Lợ i ích về môi trườ ng .............................................................................. 17CHƯƠ NG 2 - CÁC PHƯƠ NG PHÁP LOẠI NƯỚ C KHỎI ETHANOL ......... 192.1. Phươ ng pháp chưng cất chân không ........................................................ 192.2. Dùng Na2SO4, CaSO4, CaCO3, CuSO4 khan hấp phụ nướ c ................... 202.3. Hấp phụ bằng rây phân tử ....................................................................... 202.4. Chưng cất đẳng phí .................................................................................. 212.5. Bốc hơ i thẩm thấu qua màng (Pervaporation) ......................................... 232.6. Phươ ng pháp kết hợ p bốc hơ i thẩm thấu và rây phân tử ............................. 262.7. Kết hợ p chưng cất và thẩm thấu qua màng .................................................. 26CHƯƠ NG 3 – CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC ......................................................... 273.1. Lịch sử phát triển ..................................................................................... 273.1.1. Thế giớ i .................................................................................................... 273.1.2. Việt Nam .................................................................................................. 273.2. Giớ i thiệu về phươ ng pháp màng lọc ...................................................... 273.3. Nguyên lý lọc màng ................................................................................. 283.4. Nguyên tắc của thiết bị lọc màng zeolit .................................................. 29




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN





3.5. Phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màng (Pervaporation) ................... 323.5.1. Giớ i thiệu chung ...................................................................................... 323.5.2. Lịch sử phát triển ..................................................................................... 333.5.3. Nguyên liệu sử dụng sản xuất màng ........................................................ 34

3.5.4. Nguyên tắc của phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màng .................... 343.5.5. Loại nướ c của rượ u sử dụng màng polyme ............................................. 383.5.5.1. Sử dụng màng polymeđể tách nướ c khỏi rượ u ....................................... 383.5.5.2. Poly (rượ u vinyl) ..................................................................................... 393.5.5.3. Chitosan ................................................................................................... 413.5.5.4. Anginit ..................................................................................................... 453.5.5.5. Polysulfone .............................................................................................. 483.5.5.6. Polyimides ............................................................................................... 503.5.5.7. Polyamides (Polyamit)............................................................................. 543.5.5.8. Polyaniline ............................................................................................... 563.5.5.9. Các màng polyme khác ............................................................................ 583.5.5.10. Loại bỏ nướ c khỏi ethanol sử dụng màng lọc vô cơ ............................... 583.5.5.11. Ceramics (Gốm sứ) .................................................................................. 593.5.5.12. Zeolit ........................................................................................................ 643.6. Tổng kết, đánh giá kết quả....................................................................... 66KẾT LUẬN ............................................................................................................... 67




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN





LỜ I NÓIĐẦU

Các nhà khoa học cho biết, chúng tađang sống trong một giaiđoạn lịch sử

mớ i của tráiđất – kỷ nguyên loài ngườ i – khi chúng ta là nguồn lực chính của tráiđất. Nhưng hiện nay sự thành công thái quá của con ngườ i đã gây ra những áp lựcchưa từng thấy cho hệ sinh thái tráiđất vàđe dọa chính loài ngườ i. Theo các chuyêngia, chúng tađang phải đối mặt vớ i sáu vấn đề có liên quan tớ i nhau và rất cấpbách: - Lươ ng thực: Cứ sáu ngườ i thì có một ngườ i bị đói và suy dinh dưỡ ng trongkhiđó quá trình công nghiệp hóa và dân số tăng đang làm giảm diện tích trồng câylươ ng thực.- Nướ c: Đến năm 2025, 2/3 dân số thế giớ i phải sống trong vùng thiếu nướ csạch.- Năng lượ ng: Hiện nay nguồn năng lượ ng chính của chúng tađến từ dầu mỏ vàkhí đốt, trong khiđó nguồn nhiên liệu hóa thạch nàyđang khan hiếm dần và dự đoán sẽ hết trong một tươ ng lai rất gần.- Biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu đã vàđang diễn ra trên toàn thế giớ i, nó cóảnh hưở ng rất lớ n đến đờ i sống con ngườ i trên tráiđất.- Đa dạng sinh học: Nhiều nhà khoa học cho rằng thế giớ i đang bướ c vào cuộc“đại tuyệt chủng” lần thứ 6 do các vấn đề về ô nhiễm môi trườ ng và tăng dân số.- Ô nhiễm: Các chất đượ c cho là ô nhiễm đã có trong tự nhiên từ rất lâu nhưnghiện giờ chúngđang có nồngđộ caođến mức báođộng, nóđang gây ra nhưng thiệthại và biến đổi to lớ n đối vớ i con ngườ i và sinh vật trên tráiđất.

Mặt khác việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trườ ng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra rất nhiều khí ônhiễm như COx, NOx, SOx, các hợ p chất hydrocacbon… gây nên nhiều hiệu ứng

xấu đến môi trườ ng sống,ảnh hưở ng lớ n đến chất lượ ng cuộc sống.Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượ ng mớ i có khả năng tái tạo và thân thiện vớ i

môi trườ ng làđiều rất quan trọng và cần thiết. Bên cạnh việc sử dụng các nguồnnăng lượ ng như năng lượ ng thủy điện, năng lượ ng nguyên tử, năng lượ ng mặt trờ i,năng lượ ng gió, năng lượ ng thủy triều…thì năng lượ ng có nguồn gốc sinh học đangrất đượ c quan tâm. Ethanol là nhiên liệu đi từ nguồn gốc sinh học đangđượ c cả thế giớ i quan tâm. Và hiện nay ethanolđượ c sử dụng như một phụ giađể pha vào xăngtạo thành một loại nhiên liệu đượ c gọi là gasohol hay gasoline – alcohol.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN





Nhiên liệu ngày càng cạn kiệt và nhu cầu năng lượ ng của con ngườ i ngàycàng lớ n, cho nên việc tìm ra nguồn nguyên liệu mớ i làđiều vô cùng quan trọng vàcấp bách hiện nay. Vì vậy, qua các công trình nghiên cứu của các nhà khoa họchàng đầu, qua sự cố gắng của những con ngườ i luôn mong muốn có đượ c mộtnguồn nguyên liệu mà họ hi vọng là vô tận: Đó chính là xăng sinh học hayđượ c gọilà ethanol.Đó là cả một sự đột phá trong ngành năng lượ ng. Tuy nhiênđể sản xuấtđượ c vàđưa vào làm nhiên liệu chođộng cơ thì cần phải loại nướ c sao cho ethanolcó độ tinh khiết là tối đa (thấp nhất là 99,5% về khối lượ ng). Vì vậy hàng loạt cáccông nghệ loại nướ c khỏi ethanolđượ c nghiên cứu vàđưa vào áp dụng. Vậy côngnghệ nào làưu việt nhất? Đó là nguyên nhân mà tôiđã lựa chọn đề tài “Tìm hiểuquá trình loại nướ c khỏi ethanol sử dụng công nghệ màng” để có thể trả lờ i

đượ c câu hỏi đó.Đồ án tìm hiểu về vấn đề sử dụng và sản xuất ethanol trên thế giớ i và ViệtNam, cách loại bỏ nướ c khỏi ethanol sử dụng công nghệ màng,đặc biệt là phươ ngpháp bốc hỏi thẩm thấu qua màng.

Đồ án gồm có 3 chươ ng:- Chươ ng 1 : Tổng quan về ethanol

Nêu một cách tổng quát về tình hình sử dụng và nghiên cứu ethanol nhiên liệutrên thế giớ i và Việt Nam.

- Chươ ng 2 : Các phươ ng pháp loại nướ c khỏi ethanolTrình bày cụ thể các phươ ng pháp loại nướ c khỏi ethanol,ưu nhượ c điểm của

từng phươ ng pháp.- Chươ ng 3 : Công nghệ màng lọc

Tìm hiểu chi tiết về công nghệ màng lọc. Phân loại và cấu tạo hoạt động củatừng loại khác nhau….từ đó đưa rađượ c phươ ng pháp nào là phù hợ p và tối ưunhất.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN





DANH MỤC BẢNGTT Bảng Tên bảng Trang1 Bảng 1.1 Một số tính chất của ethanol 32 Bảng 1.2 Các loại xăng pha ethanolở một số nướ c 43 Bảng 1.3 Phát triển sử dụng xăng pha ethanolở Brazil 1931-2010 54 Bảng 1.4 Số lượ ng của hàng của PC Oil có bán xăng E5ở các

tỉnh thành6

5 Bảng 1.5 Một số tiêu chuẩn xăng pha ethanol 76 Bảng 1.6 Sản xuất ethanol tại Mỹ từ 1981 – 2010 11

7 Bảng 1.7 Thống kê nhà máy ethanol của Mỹ 128 Bảng 1.8 Bảng tổng hợ p tình hình sản xuất ethanol 139 Bảng 1.9 Công suất của các nhà máy sản xuất ở Việt Nam năm

200715

10 Bảng 2.1 Cácđiểmđẳng phí của hỗn hợ p ethanol - nướ c 1911 Bảng 2.2 Tính chất của hỗn hợ p đẳng phí ethanol-benzen-nướ c 2212 Bảng 2.3 Các phươ ng pháp màng 24

13 Bảng 3.1 Tính chất hóa học và hệ đẳng phí của nướ c vớ i dungmôi 33

14 Bảng 3.2 Khả năng loại nướ c khỏi ethanol sử dụng màng PVA 4015 Bảng 3.3 Khả năng loại nướ c khỏi ethanol sử dụng màng chitosan 4116 Bảng 3.4 Sử dụng màng alginate cho việc tách nướ c khỏi ethanol 4517 Bảng 3.5 Sử dụng màng lọc PSFđể loại nướ c khỏi ethanol 4818 Bảng 3.6 Sử dụng màng polyimideđể loại bỏ nướ c khỏi ethanol 5119 Bảng 3.7 Sử dụng màng polyamideđể loại bỏ nướ c khỏi ethanol 5520 Bảng 3.8 Loại bỏ nướ c khỏi ethaol sử dụng các vật liệu polyme

khác56

21 Bảng 3.9 Loại nướ c khỏi ethanol sử dụng màng gốm 5922 Bảng 3.10 Sử dụng màng zeolitđể loại bỏ nướ c khỏi ethanol 64




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN





DANH MỤC HÌNHTT Bảng Tên bảng Trang1 Hình 1.1 Hìnhảnh minh họa cho việc sản xuất và sử dụng xăng

sinh họcở Mỹ 5

2 Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất bio-ethanol từ đườ ng 83 Hình 1.3 Nhà máy sản xuất ethanolở Burlington, Lowa (Hoa Kỳ) 104 Hình 2.1 Sơ đồ chưng cất chân không nhằm tách hỗn hợ p ethanol-

nướ c 20

5 Hình 2.2 Sơ đồ hấp thụ rây phân tử 216 Hình 2.3 Sơ đồ tinh chế cồn khan bằng chưng cất đẳng phí 227 Hình 2.4 Sơ đồ bốc hơ i thẩm thấu qua màng loại nướ c khỏi

ethanol 23

8 Hình 2.5 Sơ đồ tinh chế butanol sử dụng màng bốc hơ i thẩm thấu 259 Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ tách nướ c bằng phươ ng pháp kết hợ p

chưng cất và thẩm thấu qua màng lọc 26

10 Hình 3.1 Cơ chế hoạt động của màng 2811 Hình 3.2 Cấu tạo màng lọc zeolit 2912 Hình 3.3 Sơ đồ sản xuất ethanol nồngđộ cao bằng phươ ng pháp

thẩm thấu qua màng lọc30

13 Hình 3.4 Modules thẩm thấu của màng 3114 Hình 3.5 Bốc hơ i thẩm thấu hoạt động màng 3515 Hình 3.6 Liên hệ đo góc trên một bề mặt không xốp 3616 Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động màng thấm nướ c 3717 Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động màng kỵ nướ c 37




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN



Sinh viên: Ph ạm Tuấ n S ỹ 1 Lớ p Lọc hóa d ầu B-K53

CHƯƠ NG 1 - TỔNG QUAN VỀ ETHANOL

1.1. Mục đích đề tài

Đối vớ i hỗn hợ p ethanol và nướ c , điểm sôi hỗn hợ p (azeotrope) cực đại ở nồng độ 96 % ethanol và 4 % nướ c. Vì lý do này, chưng cất phânđoạn hỗn hợ pethanol - nướ c (chứa ít hơ n 96 % ethanol) không thể tạo ra ethanol tinh khiết hơ n96%. Vì vậy, 95% ethanol trong nướ c là dung môi phổ biến nhất. Chính vì vậy màchúng ta phải loại nướ c ra khỏi ethanolđể đượ c ethanol tinh khiết (99,95 - 99,97 %)mớ i có thể dùng pha vào xăng cho nguyên liệu động cơ , chính vì vậy loại bỏ nướ cra khỏi ethanol là hết sức quan trọng và cấp thiết hiện nay.

Có nhiều phươ ng phápđể loại bỏ nướ c ra khỏi ethanol như phươ ng pháp

chưng cất, rây phân tử…nhưngở đây tađi nguyên cứu sâu vào phươ ng pháp màng. Khi sử dụng phươ ng pháp này ta có thể đạt đượ c ethanol tinh khiết đến 99,7 % vàkhông bị thayđổi tính chất vật lý hay hoá lý của nguyên liệu. Quan trọng hơ n làphươ ng pháp này có nhiều yêuđiểmưu việt hơ n những phươ ng pháp còn lại.

Lợ i ích của việc dùng màng

- Ethanol thươ ng phẩm có chất lượ ng cao vàổn định;- Loại bỏ hoàn toàn khả năng gây ô nhiễm môi trườ ng;- Tốn ít năng lượ ng tiêu thụ;- Ethanol mất mát rất ít;- Khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao;- Thờ i gian sống của xúc tác dài;- Giảm tiêu thụ năng lượ ng cho quá trình chưng cất khoảng 20 %.

1.2. Ethanol

1.2.1. Tính chấ

t vậ

t lý củ

a ethanol

Ethanol cònđượ c biết đến như là rượ u etylic, ancol etylic, rượ u ngũ cốc hay cồn, là một hợ p chất hữu cơ nằm trong dãyđồng đẳng của rượ u metylic, dễ cháy, không màu, là một trong các rượ u thông thườ ng có trong thành phần của đồ uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thườ ng nóđượ c nhắc đến một cáchđơ n giản là rượ u.

Ethanol là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học của nó là C2H6Ohay C2H5OH. Một công thức thay thế khác là CH3-CH2-OH thể hiện cacbonở nhómmetyl (CH3–) liên kết vớ i carbonở nhóm metylen (–CH2–), nhóm này lại liên kết




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




vớ i oxy của nhóm hydroxyl (–OH). Nó làđồng phân hoá học của đimetyl ête.Ethanol thườ ng đượ c viết tắt là EtOH, sử dụng cách ký hiệu hoá học thườ ng dùngđại diện cho nhóm êtyl (C2H5) là Et.

Rượ u etylic là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơ m dễ chịu vàđặctrưng, vị cay, nhẹ hơ n nướ c (khối lượ ng riêng 0,7936 g/mlở 15 oC), dễ bay hơ i(sôiở nhiệt độ 78,39 oC), hóa rắn ở -114,15 oC, tan trong nướ c vô hạn, tantrong ete và clorofom, hútẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màuxanh da trờ i. Sở d ĩ rượ u etylic tan vô hạn trong nướ c và có nhiệt độ sôi cao hơ nnhiều so vớ i este hay aldehyde có khối lượ ng phân tử xấp xỉ là do sự tạo thành liênkết hydro giữa các phân tử rượ u vớ i nhau và vớ i nướ c.

1.2.2. Tính chất hóa học

H C C O H

H H

HH

Tính chất hóa học của ethanolđượ c quyết định bớ i cấu trúc phân tử.

1.2.2.1. Tính chất của một rượ u đơ n chứ c

Phảnứng thế vớ i kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ.

Ví dụ: 2 C2H5OH + 2 Na→ 2 C2H5ONa + H2

Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượ u và axit vớ i môi trườ ng là axit sulfuricđặcnóng tạo raeste.

Ví dụ: C2H5OH + CH3COOH→ CH3COOC2H5 + H2O

Phảnứng loại nướ c như tách nướ c trong một phân tử để tạo thành olefin, trongmôi trườ ng axit sulfuricđặcở 170oC:

C2H5OH→ C2H4 + H2O

Hay tách nướ c giữa 2 phân tử rượ u thành ether

C2H5OH + C2H5OH→ C2H5-O-C2H5 + H2O




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Phản ứng oxi hóa, trongđó rượ u bị oxi hóa theo 3 mức: DDOCHAU (hữu hạn)thành aldehyde, axit hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành CO2 và H2O. Vídụ ở mức 1, trong môi trườ ng nhiệt độ cao

CH3-CH2-OH + CuO→ CH3-CHO + Cu + H2OMức 2, có xúc tác:

CH3-CH2-OH + O2 → CH3-COOH + H2O

Mức 3: C2H5OH + 3O2 → 2 CO2 + 3 H2O

1.2.2.2. Phản ứ ng riêng

Phảnứng tạo ra butadien-1,3 : cho hơ i rượ u đi qua chất xúc tác hỗn hợ p, ví dụ

Cu + Al2O3 ở 380-400o

C, lúcđó xảy ra phảnứng tách loại nướ c:2C2H5OH→ CH2=CH - CH=CH2 + 2H2O + H2

Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượ u etylic 10độ bằng oxi không khí cómặt men giấmở nhiệt độ khoảng 25oC.

CH3-CH2-OH + O2 → CH3-COOH + H2O

1.2.2.3. Một số tính chất khác của ethanol

Bảng 1.1. Các tính chất của ethanol [1]

Tính chất Giá trị Tính chất Giá trị Số UN 1170 Cp 65,21 J/mol.K

Nhiệt độ tan 158,8 K (-114,3°C, -173,83°F)

S khí 283 J/mol.K

Điểm tớ i hạn514 K

(241°C, 465,5 °F)

ở áp suất 63 bar

Tácđộng cấp tínhBuồn nôn, mửa, trầmcảm. Ngừng thở trong

trườ ng hợ p nặng.∆tanH 4,9 kJ/mol ∆f H0

khí -235,3 kJ/mol∆tanS 31 J/mol.K Cp 112,4 J/mol.K∆sôiH 38,56 kJ/mol Slỏng 159,9 J/mol.KpH 7,0 (trung tính) ∆f H lỏng -277,38 kJ/mol

Tácđộng kinhniên

Nghiện. Xơ gan. Mật độ giớ i hạnnổ

3,5-15 %

Nhiệt độ tự cháy 425°C (797°F) Tính chất khác NIST WebBook




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




1.3. Tình hình sử dụng ethanol trên thế giớ i và Việt Nam

1.3.1. Sử dụng xăng pha ethanol trên thế giớ i

Sử dụng xăng pha ethanol còn gọi là xăng sinh học sẽ giảm thiểu đượ c ônhiễm môi trườ ng và giảm lệ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu nênđượ c nhiều nướ cquan tâm khuyến khích sử dụng. Xăng có tên gọi tùy theo tỉ lệ ethanol, ví dụ: xăngE5: có 5% ethanol, E10: có 10% ethanol, E85 có 85% ethanol…E10đượ c sử dụngphổ biến trên thế giớ i.

Bảng 1.2.Các loại xăng pha ethanolở một số nướ c [2]

Quốc gia Loại Xăng pha Quốc gia Loại Xăng pha

Hiện tại Tưong lai Hiện tại Tươ ng laiNam phi E2 Austria E10Mexico E2 Costa Rica E7Tanzâni E2 Peru E7,8Indonesia E3 E5 (2015)

E15 (2025)Bolivia E10

Đài Loan E3 Colombia E10Ấn Độ E5 Mỹ E10Argentina E10 Pakistan E10Chile E5 Kenya E10Phần Lan E5 Jamaica E10Zambia E5 Uruguay … E5 (2015)Việt Nam E5 Trung Quốc E10Mozambique E5 Thái Lan E10Philippine E5, E8 Venezuela E10 E12,5(201

5)E20 (2030)

Canada E5, E10 E20 (2017) Brazil E20, E25Đức Parguay E24

Ethanolđượ c dùng chạy xe từ những năm 1930, nhưng do giá dầu mỏ sauđógiảm nên ethanol khôngđượ c chú ý phát triển. Những năm 1970, công nghiệp sảnxuất ethanol phát triển ở Brazil và Mỹ nên ethanol sử dụng trong xe lại đượ c quan

tâm, như

ng chỉ

thự

c sự

phát triể

n trong 10 năm vừ

a qua trướ

c nguy cơ dầ

u mỏ

cạ

nkiệt và có những chính sách hỗ trợ của chính phủ các nướ c. Hơ n 50 nướ c trên thế




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




giớ i đã sử dụng ethanol pha xăng để chạy xe, dẫn đầu là Mỹ (trên 90% ethanolnhiên liệu đượ c pha xăng E10) và Brazil (bắt buộc sử dụng E22đến E25).Ấn Độ sử dụng tối đa E5, Thái Lan bắt buộc sử dụng E5, E10 và E85đượ c giớ i thiệu từ 2008... dù còn nhiều ý kiến cho rằng sản xuất ethanolđe dọa an ninh lươ ng thực,gây ô nhiễm vượ t quá việc giảm ô nhiễm do khí thải của xe chạy xăng ethanol…nhưng các nướ c khuyến khích sử dụng ethanol làm nhiên liệu thay thế dầu mỏ ngàycàng nhiều và số lượ ng càng tăng.

Một nhà máy sản xuất ethanolở York, Nebraska (Mỹ) Cửa hàng bán xăng sinh học E10Hình 1.1. Hìnhảnh minh họa cho việc sản xuất và sử dụng xăng sinh họcở

Mỹ[2]

Bảng 1.3. Phát triển sử dụng xăng pha ethanolở Brazil 1931-2010 [2]

Năm Loại xăng Năm Loại xăng Năm Loại xăng

1931 E5 1993-1998 E22 2006 E201966 E25 2000 E20 2007 E23-25

1976 E11 2001 E22 2008 E25

1978 E18-20-23 2003 E20-25 2009 E25

1981 E20-12-20 2004 E20 2010 E20-25

1987-1988 E22 2005 E22 2011 E18-25




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




1.3.2. Ở Việt Nam

Bảng 1.4.Số lượ ng cử a hàng của PC Oil có bán xăng E5ở các tỉnh thành [3]

Địa phươ ng Số cử a hàngTp. Hồ Chí Minh 21Quảng Ngãi 15Bà Rịa Vũng Tàu 13Thái Bình 8Hải Dươ ng, Tp. Hải Phòng, Sóc Trăng,Tây Ninh, Thanh Hoá

7

NamĐịnh, Hậu Giang 5

Tp.Đà Nẵng, Thừa Thiên Huế, Cà Mau,Tp. Cần Thơ , Tp. Hà Nội 4

Bình Thuận, Đồng Nai, Long An, Nghệ An, Thái Nguyên

2

Bình Dươ ng, Bình Phướ c, Đắc Lắc, ĐắcNông, Hưng Yên, LâmĐồng, NinhThuận, Quảng Nam, Quảng Ninh,Quảng Trị, Tiền Giang, Trà Vinh, V ĩ nhLong

1

Sau gần hai năm triển khai bán xăng E5 và Tổng cục tiêu chuẩn đo lườ ng chấtlượ ngđã xây dựng bộ tiêu chuẩn Việt Nam cho nhiên liệu có pha ethanol làm cơ sở quan trọngđể đưa loại nhiên liệu này vào sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, vớ i các lý donhư: giá bán xăng chưa hấp dẫn ngườ i tiêu dùng (giá xăng E5, tháng 6/2012 là21.100đ /lít, chỉ thấp hơ n 100đ /lít so vớ i xăng A92),độ phủ của các trạm xăng ít.

Bắt đầu từ tháng 8/2010đến nay, PV Oil có 144 trạm có bán xăng E5 trên cả nướ c,nhiều nhất là Tp. HCM: 21điểm, Quảng Ngãi: 15, Bà Rịa Vũng tàu: 13, cácđịaphươ ng còn lại tính trênđầu ngón tay, nhiều tỉnh chỉ có 1-2điểm. Vẫn còn xa lạ vớ iđa số ngườ i sử dụng xe nênđể E5 phổ biến rộng rãi là quãngđườ ng còn dài.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 1.5. Một số tiêu chuẩn xăng pha ethanol [2]

1.TCVN 8063:2009 - Xăng không chì pha 5 % ethanol. Yêu cầu kỹ thuật.2. TCVN 8401:2011 - Xăng không chì pha 10 % ethanol. Yêu cầu kỹ thuật.

3.TCVNN 7716:2011 - Ethanol nhiên liệu biến tính dùngđể trộn vớ i xăng sử dụng làm nhiên liệu chođộng cơ đánh lửa. Yêu cầu kỹ thuật và phươ ng pháp thử.4.ASTM D4860 – Tiêu chuẩn kỹ thuật của ethanol dùng phối trộn vớ i xăngđể làm nhiên liệu chođộng cơ đánh lửa.5.ASTM D5798 – 11 – Tiêu chuẩn kỹ thuật đớ i vớ i nhiên liệu pha ethanolđể chạy xe linh hoạt vớ i động cơ đánh lửa.6.ASTM D7794 – 12 – Tiêu chuẩn thực hành pha nhiên liệu vớ i ethanolđể chạyxe linh hoạt vớ i động cơ đánh lửa.

1.3.3. Tình hình nghiên cứ u và sản xuất ethanol trên thế giớ i và Việt Nam

1.3.3.1. Các nhiên liệu sản xuất ethanol

Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học rất đa dạng, phong phú, bao gồm:- Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đườ ng…- Cây có dầu: lạc, đậu tươ ng, cây hướ ng dươ ng, dừa, cọ dầu, jatropha…- Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơ m rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏ

trấu…- Mỡ cá.- Tảo.

Tùy theo lợ i thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, ngườ i ta lại chọnnhững loại nguyên liệu phù hợ p để sản xuất nhiên liệu sinh học. Ví dụ như Brazilsản xuất ethanol chủ yếu từ mía,ở Mỹ là từ ngô,ở Việt Nam sắn là nguồn nguyênliệu chủ yếu để sản xuất nhiên liệu sinh học.

Tuỳ thuộc vào nguyên liệu và loại nhiên liệu cần có, có thể sử dụng các quátrình chuyển hoá theo phuơ ng pháp sinh học, hoá học hoặc nhiệt. Phươ ng pháp sinhhọc chậm nhưng sản phẩm cóđộ tinh khiết cao. Phươ ng pháp nhiệt nhanh nhưngsản phẩm tạo ra phức tạp và khó có thể thuđuợ c sản phẩm mong muốn vớ i độ tinhkhiết cao.

Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợ p: Công nghệ tổng hợ p hoá dầu ethanolđượ c sản xuất bằng dây chuyền công nghệ hydrat hoáđối vớ i khí etylen hoặc côngnghệ cacbonyl hoá vớ i methanol.

Hydrat hoá: CH2 = CH2 + H2O→ C2H5OHCacbonyl: CH3OH + CO + 2CH2 → C2H5OH + H2O




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Công nghệ sản xuất ethanol sinh học: Công nghệ này dựa trên quá trình lênmen các nguồn hydratcacbon có trong tự nhiên như: nướ c quả ép, nướ c thải menbia, ngô, sắn, mùn, gỗ...

(C6H10O5)n + n H2O → nC6H12O6 + 2C2H5OH + 2CO2 + Q

1.3.3.2. Sản xuất bio-ethanol [3]

Ethanol sinh học (bio-ethanol) là ethanol cóđượ c từ quá trình chuyển hoá cácnguyên liệu có chứa cacbon. Bioethanol thế hệ thứ nhất đượ c sản xuất qua quá trìnhlên menđườ ng. Giaiđoạn chuyển hoá cơ bản của quá trình này là sự phân huỷ sacarozo vớ i sự có mặt của xúc tác sinh học là enzyme invertase:

C12H22O11 + H2O → C6H12O6

Sản phẩm fructozo và glucozo phản ứng vớ i enzyme zymaseđể tạo thànhethanol và CO2:C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

Quá trình lên men thườ ng xảy ra trong 3 ngày và nhiệt độ phảnứng thườ ng là250 - 3000C. Trong trườ ng hợ p sản xuất ethanol từ các nguồn hydrocacbonat phứctạp hơ n thì cần phải qua nhiều bướ c xử lý trướ c khi lên men.

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất bio-ethanol từ đườ ng [4]

Xử lý

nướ c

Hạt Xay + Cám Nấu Hóa lỏng Hóađườ ng Lên men

Ethanol Dự trữ ethanol

Bay hơ i

Khử nướ c Chưn cất

DDGS DDGSphơ i khô

Thấm qua

Siêu lọc

Ngưng tụ

Enzyme Enzyme CO2

Hơ i

Lắng gạn




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Đầu tiên, các hạt tinh bột đượ c nghiền thành bột, sauđó trộn vớ i nướ c để tạodịch ngâm. Dịch ngâm phản ứng vớ i các enzymeđể chuyển hóa tinh bột thànhdetrozo, một loại đườ ng đơ n giản. Sử dụng ammoniacđể điều khiển pH của quátrình. Dịch ngâmđượ c xử lýở nhiệt độ cao trong một thiết bị nấu để giảm lượ ng vikhuẩn trướ c khi lên men. Sauđó, làm lạnh và chuyển sang thiết bị lên men. Thêmmen vàođể chuyển hóađườ ng thành ethanol và CO2. Thờ i gian cho phản ứng lênmen là khoảng 40 – 50 giờ . Sau quá trình lên men, ethanolđượ c chuyển qua thiết bị chưng cất để tách ra khỏi các tạp chất còn lại.

Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành 2 côngđoạn làcôngđoạn lên men nhằm sản xuất ethanol có nồng độ thấp và côngđoạn làm khanđể sản xuất ethanol có nồngđộ caođể phối trộn vào xăng.

Theo báo cáo[5] F.O. Licht thì bio- ethanolđượ c sử dụng làm nhiên liệu đốttrong từ năm 1860 do nhà khoa học Nicolas August Otto (Đức) khám phá.Đến sau năm 1930 thì Mỹ, Braxin, Anh, Pháp,Đức, Ý, Thuỵ Điển… đã bắt

đầu sử dụng bio-ethanol thay thế xăng. Nhưng trào lưu này thực sự bùng nổ vàonhững năm 1970 khi nguồn nhiên liệu chính là dầu mỏ bị khủng hoảng nguồn cung.

Cũng theo báo cáo trên thì 47 % bio-ethanol nhiên liệu trên thế giớ i đượ c sảnxuất từ míađườ ng, 53 % là từ cây có chứa tinh bột (bắp, sắn lát và lúa mì). Sảnlượ ng bio-ethanol sản xuất năm 2006 khoảng 50 tỷ lít. Nhu cầu bio-ethanol nhiên

liệu trên toàn thế giớ i vào năm 2015 sẽ cao gấp hơ n 2 lần sản lượ ng năm 2006 (100tỷ lít).

Trướ c đó, Braxin là quốc giađứng đầu về sản xuất và tiêu thụ bio-ethanol.Đến năm 2006, Mỹ vượ t qua Braxin và trở thành nướ c sản xuất bio-ethanol nhiênliệu lớ n nhất thế giớ i. Các quốc gia sản xuất bio-ethanol lớ n như Braxin, Mỹ, TrungQuốc, Ấn Độ và Pháp chiếm 84 % sản lượ ng bio-ethanol nhiên liệu của toàn thế giớ i trong năm 2005.

Theo WorldBioPlants.com, hiện trên thế giớ i có 575 nhà máy ethanol vớ i tổngcông suất 80,631 triệu tấn. Các nguyên liệu chínhđể sản xuất ethanol là từ đườ ngmía, ngô, củ cải đườ ng, lúa mì…và có khoảng 700 nhà máy lọc hóa dầu, riêng Mỹ có 149 nhà máy, châu Âu có 135 nhà máy. Mỗi năm, cả thế giớ i sử dụng khoảng 6triệu tấn (ướ c khoảng 6,5 tỉ USD) phụ gia ethanolđể pha chế vào xăng.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




1.3.3.3. Tình hình tiê- Braxin (Brazil)

Là nướ c đi đầu t

rỉ trong năm 2004 và34 % sản lượ ng bio-enhiên liệu từ Braxin là

- Mỹ (USA)

Năm 2006, Mỹ xuất bio-ethanol nhiênphát triển năng lượ n2010. Nguồn nhiên liệ

Hình 1.3. Nhà

thụ và sản xuất ethanol nhiên liệu trê

rên thế giớ i trong việc sản xuất bio-etha

ến cuối năm 2007, Braxinđã sản xuất đthanol toàn thế giớ i. Nhóm các nướ c n

Mỹ,Ấn Độ, Hàn Quốc , Nhật Bản, Thụy

ã vượ t qua Braxin trở thành quốc gia lớ liệu, chiếm 37 % sản lượ ng toàn thế giớ quốc gia, Mỹ sẽ sản xuất 25,7 tỷ lít

u chínhđể sản xuất bio-ethanol nhiên liệ

máy sản xuất ethanolở Burlington, Lowa

10

n thế giớ i

ol nhiên liệu từ mật

ợ c 20,5 tỷ lít, chiếmập khẩu bio-ethanolĐiển và Hà Lan.

nhất thế giớ i về sảni. Theo chươ ng trìnhio-ethanol vào nămtại Mỹ là ngô.

(Hoa Kỳ) [2]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 1.6. Sản xuất Ethanol tại Mỹ từ 1981 – 2010 (đơ n vị: 1000 lít) [6]

Năm Sản xuất Năm Sản xuất

1981 314 1996 3685

1982 854 1997 4877

1983 1572 1998 5319

1984 1932 1999 5546

1985 2336 2000 6141

1986 2695 2001 6682

1987 3100 2002 8101

1988 3145 2003 10616

1989 3190 2004 12887

1990 2830 2005 14780

1991 3279 2006 18489

1992 3729 2007 24685

1993 4370 2008 35237

1994 4879 2009 41404

1995 5139 2010 50338




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 1.7. Thống kê nhà máy Ethanol của Mỹ [6]

Năm Tổng số nhà máy

Tổng công suất(1000 lít/năm)

Dự án hoànthành

Tổng công suất(1000 lít/năm)

1999 50 6441,6 5 291,5

2000 54 6619,5 6 346,4

2001 56 7275,2 6 244,9

2002 61 8885,5 13 1479,0

2003 68 10246,4 11 1828,4

2004 72 11737,8 15 2263,7

2005 81 13792,9 16 2854,2

2006 95 16415,1 31 6730,5

2007 110 20794,8 76 21332,7

2008 139 29860,8 61 20956,0

2009 170 40009,5 24 7820,7

2010 189 44960,8 15 5420,7

2011 204 51133,0 10 1976,0

- EU

Năm 2006, sản lượ ng bio-ethanol của EU là 341.250.000 lít, trongđó Pháp làquốc gia sản xuất bio-ethanol nhiên liệu lớ n nhất châu Âu (114 triệu lít, chiếm33%), Tây Ban Nha 47,8 triệu lít ( chiếm 14%) vàĐức 44.4 triệu lít ( chiếm 13%).

- Trung Quốc (China)

Là nướ c sản xuất bio-ethanol lớ n nhất khu vực Châu Á. Năm 2005, tổng sảnlượ ng bio-ethanol của quốc gia này xấp xỉ 3,8 tỷ lít (trongđó 1,3 tỷ lít là bio-ethanol nhiên liệu), chiếm gần 8 % sản lượ ng toàn thế giớ i.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Các quốc gia khácđã có những thành tựu đáng kể trong việc sản xuất bio-ethanolđó làẤn Độ, Thái Lan và một số quốc gia khác.

- Ấn Độ (India)

Đây là quốc giađứng thứ 2ở châu Á về sản xuất bio-ethanol sau Trung Quốc.Năm 2005 sản lượ ng bio-ethanol của Ấn Độ là 1,7 tỷ lít, trongđó 200 triệu lít làbio-ethanol nhiên liệu.

- Thái Lan (Thailand)

Là quốc giaĐông Nam Áđi tiên phong trong việc sản xuất bio-ethanol nhiênliệu. Năm 2007, Thái Lan có 9 nhà máy sản xuất bio-ethanol nhiên liệu vớ i tổngcông suất gần 400 triệu lít/năm, trong khiđó chỉ có duy nhất nhà máy Thai Nguansản xuất bio-ethanol từ sắn lát. Dự kiến đến năm 2011, Thái Lan sẽ sản xuất khoảng1 tỷ lít bio-ethanol nhiên liệu.

- Tình hình tiêu thụ

Năm 2006, sản lượ ng bio-ethanolđượ c sử dụng trên thế giớ i là 50 tỷ lít, trongđó bio-ethanol nhiên liệu là 38,5 tỷ lít (chiếm 77 %), bio-ethanol công nghiệp là 4 tỷ lít (chiếm 8 %) và bio-ethanol chođồ uống là 7,5 tỷ lít (chiếm 15 %).

Bảng 1.8. Bảng tổng hợ p số lượ ng sản xuất ethanol [6]

Quốc gia Số lít sản xuất mỗi nămBRAXIN 20,5 tỷ lít

MỸ 22,3 tỷ lítEU 341.250.000 lít

TRUNG QUỐC 3,8 tỷ lítẤN ĐỘ 1,7 tỷ lít

THÁI LAN 400.000.000 lít




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




1.3.3.4. Sản xuất ethanol tại Việt Nam [7]

Ngày 20/11/2007, Thủ Tướ ng Chính Phủ đã chính thức phê duyệt “Đề ánphát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìnđến năm 2025”, trongđó đưa

ra mục tiêuđến 2010 sản xuất 100.000 tấn xăng E5/năm và 50.000 tấn B5/năm,đảm bảo 0,4 % nhu cầu nhiên liệu cả nướ c vàđến năm 2025 sẽ có sản lượ ng hailoại sản phẩm nàyđủ đápứng 5 % nhu cầu thị trườ ng nội địa. Đề án cũng đưa ra 6giải pháp quan trọng nhằm phát triển năng lượ ng sinh học và kiến lập thị trườ ng để đưa ngành này từng bướ c hội nhập vớ i thế giớ i.

Để thực hiện chiến lượ c này, Petro VietNam dự kiến từ 2011đến 2015 sẽ đưa3 nhà máy ethanol sinh học ở Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phướ c vào hoạt động vớ itổng công suất 230.000 tấn/năm và từ sản phẩm này sẽ pha thành nhiên liệu E5-E10,đápứng khoảng 20 % tổng nhu cầu tiêu thụ xăng sinh học cả nướ c. Tuy nhiêngiá cồn trên thị trườ ng trong nướ c đã tăng từ 5000đồng/lit năm 2001 lên 13.000đồng/lit năm 2010, trở thành cao hơ n giá bán trong khu vực. Sở d ĩ có tình trạng nàyvì quy mô sản xuất nhỏ, công nghệ lạc hậu, chưa sử dụng nhiều loại nguyên liệukhác rẻ hơ n, chưa tận dụng các phụ phẩm đẻ hạ giá thành sản phẩm.

Sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam cũng đượ c nhiều đối tác nướ c ngoàirất quan tâm.Đáng chú ý trong số này là các Dự án JICA - Nhật bản hỗ trợ Việt

Nam nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học sử dụng các loại phế phẩm bã mía,rơ m rạ; dự án do Chính phủ Hà Lan tài trợ sử dụng trấu, vỏ cà phê, tráiđiều, vỏ điều, rong biển; chươ ng trình tổng thể về nghiên cứu và phát triển nhiên liệu sinhhọc ở Việt Nam của Hàn quôc sản xuất diesel sinh học và các hóa chất tinh khiếtthân thiện vớ i môi trườ ng từ dầu thực vật v v…

Tổng công suất hàng năm của các nhà máy sản xuất bio-ethanol tại Việt Namkhoảng 106 triệu lít, trongđó nhà máy cồn Lam sơ n có công suất lớ n nhất (27 triệulít, chiếm 27 %). Các nhà máy còn lại đều có công suất nhỏ hơ n 10 triệu lít/năm(phổ biến từ 3-6 triệu/năm). Trong số 14 nhà máy thì có 9 nhà máyđượ c sử dụngnguyên liệu đầu vào là mật rỉ, 5 nhà máy sử dụng tinh bột.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 1.9. Công suất các nhà máy sản xuất ethanolở Việt Nam năm 2007 [6]

TT Tên cơ sở sản xuất Công suất(tr.lít/năm)

Nguyên liệu sử dụng

1 NM Rượ u Hà Nội 3.0 Tinh bột sắn2 NM Rượ u Đồng Xuân 3.0 Tinh bột sắn3 NM Cồn Quảng Ngãi 3 Mật rỉ 4 NM Rượ u Bình Tây 3.0 Tinh bột sắn5 NMĐườ ng Lam Sơ n 27 Mật rỉ 6 NMĐườ ng Hòa Bình 2.0 Mật rỉ 7 NMĐườ ng Sông Lam 1.0 Mật rỉ

8 NM cồn Hiệp Hòa 6 Mật rỉ 9 NM Rượ u BìnhĐịnh 9 Mật rỉ 10 NM một số cơ sở tư nhân 10 Mật rỉ 11 NM cồn Tuy Hòa 6.0 Mật rỉ 12 NM cồn Nagarjuna 2.0 Mật rỉ 13 NM cồn Xuân Lộc, Đồng

Nai6.0 Tinh bột sắn

14 NM cồn Bình Tây 6.0 Tinh bột sắn

Các nhà máy Bio-Ethanol chuẩn bị xây dự ng (tính từ năm 2007):

- Nhà máy bio-ethanol nhiên liệu Gia Lai, công suất 60 triệu lít/năm, sản xuất từ sắn.- Nhà máy bio-ethanol Bắc Ninh, công suất 5-10 triệu lít/năm, sản xuất từ ngũ cốc.- Nhà máy bio-ethanol TP.Vinh, công suất 10 triệu lít/năm, nguyên liệu là rỉ

đườ ng.- Nhà máy bio-ethanol Khánh Hòa, công suất 6-8 triệu lít/năm, nguyên liệu là rỉ đườ ng.- Nhà máy bio-ethanol nhiên liệu Đại Lộc Quảng Nam công suất 50 triệulít/năm, nguyên liệu là sắn lát.- Nhà máy bio-ethanol nhiên liệu Đại Việt – Đắc Nông công suất 50 triệu lít /năm, nguyên liệu là sắn lát.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




1.4. Vì sao ethanol lại quan trọng

1.4.1. Nguyên liệu

Ethanol có nhữngưu điểm nổi bật khi sử dụng làm nhiên liệu:- Không tạo khói khi cháy;- Không tạo mùi khi cháy;- Không tạo mùi;- Tính an toàn cao;- Tính kinh tế cao.

Sử dụng ethanol làm nhiên liệu động cơ sẽ giảm đượ c lượ ng khí thải khá lớ n.Nếu sử dụng E85 thì lượ ng khí thải sẽ giảm 17 % so vớ i xăng thườ ng. Còn nếu sử

dụng ethanol xenluloza sẽ giảmđượ c 64 % lượ ng khí thải.Ethanol là một thành phần công nghiệp quan trọng và sử dụng rộng rãi như làmột hóa chất cơ bản cho các hợ p chất hữu cơ khác. Chúng bao gồm ethyl-halogenua, ethyl este, diethyl ether, axit axetic, etyl amin vàđến một mức độ thấphơ n butadien.

Ethanol cũng có thể đượ c sử dụng như một nhiên liệu tên lửa, và hiện đangđượ c sử dụng trong máy bay.

1.4.2.

Chất khử trùngEthanolđượ c sử dụng trong các khăn lau y tế và phổ biến nhất là dung dịch

kháng khuẩn khử trùng tayở nồng độ khoảng 62 %. Ethanol giết chết sinh vật bằngcách biến tính của protein và giải thể của họ chất béo và có hiệu quả chống lại hầuhết các vi khuẩn và nấm và nhiều virus, nhưng lại không có hiệu quả chống lại cácvi khuẩn bào tử.

1.4.3. Điều trị ngộ độc rượ u khác

Ethanolđôi khiđượ c dùngđể điều trị ngộ độc rượ u khácđộc hại hơ n, đặc biệtlà methanol và ethylene glycol. Ethanol cạnh tranh vớ i rượ u khác cho các enzymedehydrogenase rượ u, làm giảm chuyển hóa thành chất độc aldehyde và dẫn xuất axitcacboxylic, giảm đượ c những hiệu ứng độc hại nghiêm trọng của glycol kết tinhtrong thận.

1.4.4. Dung môi

Ethanolđượ c sử dụng làm dung môi rất tốt và phổ biến. Nóđượ c tìm thấytrong sơ n, cồn thuốc và các sản phẩm chăm sóc cá nhân như nướ c hoa và chất khử




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




trùng. Nó cũng có thể đượ c sử dụng như một dung môi hoặc chất tan trong nấu ănnhư trong nướ c sốt vodka.

* Lợ i ích và hạn chế sử dụng xăng sinh học

Ethanol có chỉ số octane cao RON = 120 – 135, MON = 100 – 106, thườ ngđượ c pha vào xăng vớ i tỉ lệ 10 % thể tích – 15 % thể tích. Khi pha vào xăng do bảnthân ethanol có chỉ số octane cao nên nó cũng làm tăng chỉ số octane chung củaxăng. Mặt khác, do bản thân quá trình cháy trongđộng cơ là cháy cưỡ ng bức trongđiều kiện thiếu oxy nên một số chất không cháy hoàn toàn và sinh ra CO gâyđộchại. Khiđưa ethanol vào thì sẽ có cácưu điểm sau:- Đốt cháy hoàn toàn các chất trong hỗn hợ p cháy nhờ có thêm oxy trong ethnol

giảm tiêu hao năng lượ ng do cháy không hết;- Oxy hóa các khíđộc hại trong quá trình cháy lên số oxy hóa cao nhất ítđộc hạihơ n vớ i môi trườ ng.

1.4.5. Vì sao ethanol lại quan trọng

Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúcđẩy nền nông nghiệp phát triểnvì ethanolđượ c sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học, nguyên liệu sản xuấtethanol là tinh bột của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây…Đây

là nguồn nguyên liệu dồi dào trong tự nhiên, tạo ra nhiều côngăn việc làm chonhiều laođộng ở nông thôn, giải quyết đượ c lượ ng lươ ng thực bị tù đọng vàđặcbiệt khuyến khíchđượ c tinh thần laođộng sản xuất của ngườ i dân. Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như gasohol nói riêng giúp cho các quốcgia chủ động trong chính sách năng lượ ng của mình. Nướ c nào càng có nhiều xăngsinh học thì càng ít phụ thuộc vào nướ c khác và từ đó có thể phát triển nền kinh tế của mình một cách bền vững.

1.4.6. Lợ i ích về môi trườ ngViệc dùng ethanol làm nhiên liệu, có tác dụng ngăn chặn hiệu ứng nhà kính.

Vì vậy nóđượ c mệnh danh là “xăng xanh”. Theo các tính toán cho thấy: nếu thaythế việc đốt một lít xăng bằng một lít ethanol thì sẽ giảm 40 % lượ ng phát sinh khíCO2 vào khí quyển giúp môi trườ ng đượ c xanh, sạch hơ n. Khiđốt ethanol sự cháyxảy ra hoàn toàn hơ n so vớ i khiđốt xăng thườ ng. Ta thườ ng thấy trong cácđộng cơ xăng thườ ng xuất hiện các bụi bẩn chính là do các hydrocacbon cháy không hết.

Điều đó phải tốn thờ i gian lau chùi, sửa chữa động cơ . Khi pha ethanol vào xănglàm cho xăng cháy hoàn toàn hơ n, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm môi trườ ng.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Hơ n nữa, ethanolđượ c điều chế từ sản phẩm nông nghiệp sẽ làm tăng diện tíchđấttrồng cây.Điều này có ngh ĩ a làm tăng diện tích lá phổi của tráiđất lên.

Bên cạnhđó sử dụng ethanol pha xăng cũng có những nhượ c điểm:- Ethanol khan rất háo nướ c dođó quá trình bảo quản sẽ khó khăn;- Ethanol khó bay hơ i hơ n phần nhẹ trong xăng nên khi nhiệt độ xuống thấp sẽ khó khở i độngđộng cơ ;- Nướ c có trong cồn pha xăng có thể làm tách lớ p;- Ngoài nhượ c điểm trên, do ethanol chủ yếu đượ c sản xuất từ nông nghiệp nêncần phải cânđối hợ p lý giữa việc sử dụng lươ ng thực để làm nguyên liệu sản xuấtcồn và thực phẩm sinh hoạt và vẫn gây ra một số chất như các andehyt, NOx gây ônhiễm.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




CHƯƠ NG 2 - CÁC PHƯƠ NG PHÁP LOẠI NƯỚ C KHỎI ETHANOL

Khoa học ngày nay ngày càng phát triển cho nên các phươ ng pháp loại nướ ckhỏi ethanol cũng có nhiều như phươ ng pháp chưng cất chân không, hấp phụ bằng

rây phân tử hay sử dụng các hợ p chất để loại nướ c.... Tuy nhiên, vì tính kinh tế vàmôi trườ ng nên chúng ta cần có một phươ ng pháp tối ưu nhất để đápứngđượ c nhucầu đó. Chính vì vậy tađi sâu vào tìm hiểu các phươ ng pháp khác nhauđể có thể tìm rađượ c phươ ng pháp nào là tốt nhất.

2.1. Phươ ng pháp chư ng cất chân không

Tiến hành chưng cất cồn công nghiệpở áp suất chân khôngđể phá vỡ điểmđẳng phí của hỗn hợ p ethanol-nướ c. Dướ i áp suất chân không, hỗn hợ p rượ unướ c có nhữngđiểm đẳng phí khác nhau.

Bảng 2.1. Cácđiểm đẳng phí của hỗn hợ p ethanol-nướ c [8]

Áp suất (mmHg) Nhiệt độ sôi (oC) Hàm lượ ng rượ u trong hỗnhợ p đẳng phí (% khối lượ ng)

70,0 27,97 100,00100,0 33,35 99,56

129,7 39,20 98,70198,4 47,60 97,30404,6 63,04 96,25760,0 78,15 95,571075,4 87,12 95,351451,3 95,35 95,25

Như vậy làở áp suất thườ ng (760 mm Hg) thì hỗn hợ p đẳng phí ethanol-nướ c có nhiệt độ sôi là 78,150C và hàm lượ ng ethanol là 95,57 % khối lượ ng.Ở áp suất 70 mm Hg thì nhiệt độ sôi của hỗn hợ p ethanol-nướ c là 27,970C và mấtđiểmđẳng phí.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Hình 2.1. Sơ đồ chư ng cất chân không nhằm tách hỗn hợ p ethanol - nướ c [8]

Tuy nhiên nhượ c điểm của phươ ng pháp này là chi phí lắp đặt và vận hànhkhá lớ n sẽ đẩy giá ethanol khan tăng cao.

2.2. Dùng Na2SO4, CaSO4, CaCO3, CuSO4 khan hấp phụ nướ c [8]

Phươ ng pháp này dựa vào tính háo nướ c của Na2SO4, CaSO4, CaCO3, CuSO4

khan. Sau khi hấp phụ nướ c chúng sẽ đượ c đun nóngđể tái sinh chất hấp phụ.Nhượ c điểm: Phươ ng pháp này cho hiệu suất thu hồi rượ u thấp (từ 60 ÷ 65 % so vớ inguyên liệu rượ u thô banđầu) chỉ thích hợ p cho việc sản xuất cồn khan có côngsuất nhỏ ở phòng thí nghiệm, không thích hợ p trong việc sản xuất cồn khan vớ i quymô lớ n.

2.3. Hấp phụ bằng rây phân tử [9]

Để sản xuất cồn nhiên liệu, trong công nghiệp thườ ng dùng công nghệ râyphân tử (RPT)để tách nướ c khỏi ethanol, sử dụng vật liệu rây phân tử là zeolit A,và phươ ng pháp thực hiện là hấp phụ pha hơ i.

Nguyên tắc của công nghệ này là dựa vào khả năng hấp phụ chọn lọc củazeolit chỉ hấp phụ nướ c và 1 ít ethanol vớ i kích thướ c của lỗ mao quản là 3Angstrom (loại 3A). Nướ c có kích thướ c mao quản 2,5 Å nên bị hấp phụ.Ethanol có kích thướ c mao quản 4Å nên không bị hấp phụ. Hấp phụ xong zeolitsẽ đượ c tái sinh bằng cách giảm áp, hơ i nướ c thoát ra ngoài.

100

mg Hg

33,35

độ C

Hỗn hợ p đẳng phí

Ethanol và nướ c

Nướ c

Ethanol 99,56%




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Hình 2.2. Sơ đồ hấp thụ rây phân tử Nhượ c điểm:

Nhượ c điểm lớ n nhất của công nghệ này là vốn đầu tư banđầu lớ n do phảithiết kế một dây chuyền hiện đại vớ i độ tự động hóa cao. Phươ ng pháp này chỉ áp dụng đối vớ i hỗn hợ p ethanol-nướ c có nồng độ cao, thườ ng là gần điểm đẳngphí. Bở i nếu lượ ng nướ c chứa trong hỗn hợ p nhiều sẽ làm cho lớ p hấp phụ nhanh

chóng bị bão hòa năng suất sẽ thấp, quá trình tái sinh tốn nhiều năng lượ ng.Chính vì vậy mà giá thành của sản phẩm sẽ tăng cao và khó cạnh tranh trên thị trườ ng.

2.4. Chư ng cất đẳng phí

Đây là phươ ng phápđượ c sử dụng phổ biến trong công nghiệp. Nguyên tắccủa phươ ng pháp này là tađưa vào cồn công nghiệp một chất mớ i làm thayđổiđộ bay hơ i tươ ng đối của các cấu tử trong hỗn hợ p, tạo hỗn hợ p đẳng phí mớ i

gồm ba cấu tử: cấu tử mớ i, nướ c, ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơ n hỗn hợ p đẳngphí banđầu. Nhờ vậy có thể tách nướ c khỏi ethanol.Yêu cầu của chất mớ i thêm vào:- Cóđộ bay hơ i lớ n hơ n các cấu tử trong hỗn hợ p.- Tạo hỗn hợ p đẳng phí vớ i cấu tử cần tách (hoặc tạo hỗn hợ p đẳng phí bacấu tử)ở nhiệt độ thấp hơ n nhiệt độ của hỗn hợ p đẳng phí banđầu.- Không hòa tan cấu tử cần tách, dễ dàng thu hồi.- Rẻ tiền, dễ kiếm.- Trong thực tế ngườ i ta thườ ng dùng cấu tử thứ ba là benzen.

Tháphấp

phụ

bằng

Zeolit

Ngưngtụ

Ethanol99,5%

Bốc hơ iEthanol95,97%




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 2.2. Tính chất của hỗn hợ p đẳng phí ethanol-benzen-nướ c [10]

Nhiệt độ sôi,0C% khối lượ ng trong hỗn

hợ p đẳng phí

Ethanol Nướ c BenzenHỗn hợ p đẳng

phí mớ iEthanol Nướ c Benzen

78,3 100 80,2 64,85 18,5 7,4 74,1

1: Tháp chưng cất đẳng phí 3: TB phân ly2, 5, 6, 7: TB ngưng tụ, làm lạnh 4: Tháp thu hồi ethanol

Hình 2.3. Sơ đồ tinh chế cồn khan bằng chư ng cất đẳng phí[10]

Cồn công nghiệp có nồngđộ 95,57 % cùng vớ i benzenđượ c tính toán trướ cđi vào tháp 1đượ c đun bằng hơ i gián tiếp ở đáy. Hỗn hợ p ba cấu tử bay lên kéotheo lượ ng nướ c chứa trong cồn và benzenđưa vào, sau khi ngưng tụ và làm lạnhở 2, hỗn hợ p đi vào bình phân ly 3.Ở đây benzenđượ c phân lớ p và quay lại tháp1, phần còn lại hồi lưu vào 4 và chảy dần xuống đáy thành nướ c thải ra ngoài.Cồn ở tháp 1 chảy xuống đáy không còn nướ c và benzenđượ c làm lạnhở 7 tathuđượ c cồn khan.

3

2

7

5

6

14




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Tiêu hao hơ i cho 1 lít cồn khan vào khoảng 1,5−2 kg, tiêu hao khoảng25−30 lít nướ c còn benzen mất mát do bay hơ i khoảng 0,001−0,002 kg/lít.

Ư u điểm của phươ ng pháp:- Công nghệ tươ ngđối đơ n giản.- Dễ vận hành.

Nhượ c điểm:- Tốn dung môi.- Tốn nhiệt để làm bay hơ i dung môi trong quá trình chưng cất.- Trong một số trườ ng hợ p sử dụng dung môi có tínhđộc nên nếu thất thoátsẽ gây ô nhiễm môi trườ ng.

Tuyđây là phươ ng phápđơ n giản, dễ vận hành như vậy nhưng sự tổn thất

nhiệt và dung môi khá lớ n, sẽ đẩy giá thành sản phẩm lên cao và không phù hợ pvớ i nhu cầu thị trườ ng bây giờ . Chúng ta cần có một phươ ng pháp hợ p lý hơ n,vừa đơ n giản trong sản xuất, thiết kế vừa cho sản phẩmđượ c tinh khiết cao nhất.

2.5. Bốc hơ i thẩm thấu qua màng (Pervaporation)

Phươ ng pháp này dựa trên nguyên tắc sử dụng màng composit có khả năng hútnướ c cao và khả năng thẩm thấu ngượ c để tách nướ c khỏi ethanol. Màng này chỉ cho nướ c và 1 lượ ng rất ít ethanolđi qua. Như vậy khi cho cồn công nghiệp chảy

qua màng thì tađượ c 2 dòng: dòng ethanol khan và dòng ethanol có hàm lượ ngthấp. Dòng ethanol có hàm lượ ng thấp sẽ đượ c chưng cất để thu hồi ethanol.

Tuy nhiên theo công nghệ này thì màng thẩm thấu dễ bị phá hủy và phải thaynhiều lần, chu kỳ làm việc ngắn, giá thành ethanol cao.

Ethanol 99,5%

Ethanol công nghiệp95,75%

Nướ c

Hình 2.4. Sơ đồ bốc hơ i thẩm thấu qua màng loại nướ c khỏi ethanol [11]

Màng

Thẩm thấu




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Đây là phươ ng pháp rất phù hợ p trong việc loại bỏ nướ c khỏi ethanol màchúng tôiđang nghiên cứu. Phươ ng pháp cho thấy năng lượ ng để hoạt động là rấtthấp, thiết kế đơ n giản và có nồngđộ sản phẩm cao và tinh khiết.

2.6. Phươ ng pháp kết hợ p bốc hơ i thẩm thấu và rây phân tử Theo phươ ng pháp này thì nướ c đượ c hấp phụ bằng bốc hơ i thẩm thấu qua

màng, sauđó qua rây phân tử để tiếp tục hấp phụ.Phươ ng pháp này cho nồng độ cồn cao nhưng đòi hỏi đầu tư cơ bản lớ n, nên giáthành sản phẩm rất cao.

2.7. Kết hợ p chư ng cất và thẩm thấu qua màng

Bản chất của phươ ng pháp là sử dụng tháp chưng cất nâng cao nồng độ ethanol,đồng thờ i tạo hỗn hợ p hơ i đi vào thiết bị phân tách loại màng. Việc sử dụngkết hợ p sẽ cho phép linhđộng hơ n trong nguồn nguyên liệu đầu vào.

Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ tách nướ c bằng phươ ng pháp kết hợ p chư ng cất vàthẩm thấu qua màng lọc [13]

Qua rất nhiều phươ ng pháp tách nướ c đã nêu raở trên, ta thấy việc sử dụngcông nghệ bốc hơ i thẩm thấu qua màng là hợ p lý và hiệu quả cao nhất trong việcsản xuất ethanol dùng trong nguyên liệu động cơ . Chúng ta sẽ đi tìm hiểu cụ thể hơ nvề công nghệ nàyđể có thể thấy đượ c sự ưu việt vượ t trội của nó.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




ưu điểm. Lọc màng có thể đượ c chia ra làm bốn nhóm chính: Vi lọc(Microfiltration – MF), siêu lọc (Ultrafiltration - UF), lọc phân tử hay lọc nano(Nanofiltration - NF), thẩm thấu ngượ c (Reverse Osmosis - RO).

Nguyên lý lọc màng dựa trên sự phân tách các phần tử trong nướ c qua lớ pvách ngăn (màng) nhờ lực tác dụng. Lực tác dụng có thể là chênh lệch áp suất (∆P),hiệu điện thế (∆E), nồng độ dung dịch (∆C) …Màng lọc đượ c chế tạo từ các vậtliệu có nguồn gốc vô cơ như gốm nung chảy, các hợ p chất cacbon, silic, zicron,hoặctừ nguồn gốc hữu cơ như cao su, vải amiăng, axetat xenlulo, poly-ethylene, poly-propylene. Bề dày màng từ 0,05 ÷ 2 mm. Các lỗ nhỏ trên màngđượ c chế tạo bằngcách chiếu tia phóng xạ, lazer, các phảnứng hóa học… trongđiều kiện nhiệt độ, ápsuất thích hợ p. Để đảm bảo nồng độ nướ c tuần hoàn trên bề mặt màng lọc, tránh

hiện tượ ng phân cực nồngđộ gây tắc, hỏng màng lọc, đồng thờ i tăng tối đa diện tíchbề mặt tiếp xúc vớ i nướ c và giảm kích thướ c thiết bị ngườ i ta thườ ng sản xuất cácmodule màng lọc và ghép chúng lại vớ i nhau. Các module này có thể đượ c sản xuấtdướ i dạng tấm phẳng,ống cuộn hay sợ i rỗng.

Lực tácđộng:∆P, ∆C

Phần tử đượ c giữ lại

Phần tử thấm qua

Dòng chảy

Nướ c chảy vào Màng

Hình 3.1. Cơ chế hoạt động của màng [15]

3.3. Nguyên lý lọc màng

Thông dụng hiện nayđối vớ i quá trình tách loại nướ c khỏi ethanol là côngnghệ lọc màng zeolit. Về nguyên tắc thì cũng giống như phươ ng pháp rây phân tử,chỉ có khác là cấu tạo của vật liệu lọc không chỉ có zeolit mà zeolitđượ c phủ trênbề mặt của một loại vật liệu nền (Ceramic support). Ngoài ra cấu tạo của thiết bị lọccũng khác, thiết bị lọc màng zeolit giống như thiết bị truyền nhiệt ống chùm,ở đó




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




các màng zeolit là cácống đượ c gắn thành chùm và lồng vào trong vỏ, dòng hỗnhợ p nhập liệu sẽ di chuyển bên ngoàiống, các phân tử nướ c sẽ đi qua lõi lọc zeolitnhờ động lực của quá trình là chênh lệch giữa áp suất nhập liệu bên ngoài lõi lọc (ápsuất dư) và bên trong lõi là áp suất chân không. Phân tử ethanol sẽ đượ c tách ra phíangoàiống lọc (phía vỏ của thiết bị).

Hình 3.2. Cấu tạo màng lọc zeolit [16]

3.4. Nguyên tắc của thiết bị lọc màng zeolit

Về nguyên tắc hỗn hợ p ethanol - nướ c đượ c đưa vào phía trong lõiống, cácphân tử nướ c có kích thướ c nhỏ hơ n lớ p mao quản của màng zeolit sẽ bốc hơ i qualớ p màng vàđi ra phía ngoài, phân tử ethanol có kích thướ c lớ n hơ n đượ c giữ lại vàtiếp tục đi ra phía sau.

Tuy cùng sử dụng vật liệu rây phân tử zeolit như ở phươ ng pháp hấp phụ chọnlọc bằng rây phân tử, nhưng tác dụng của vật liệu rây phân tử ở hai phươ ng pháphoàn toàn khác nhau.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Ethanol

Ethanol99,9% V

Nướ c làm

mát 20oC

So sánh phươ ng pháp hấp phụ chọn lọc và phươ ng pháp lọc màng như sau:

Phươ ng pháp hấp phụ chọn lọc Phươ ng pháp lọc màng- Hỗn hợ p ethanol – nướ c đi vào tháp có

thể ở dạng lỏng hoặc hơ i.- Nướ c bị giữ lại trong lớ p chất hấp phụ zeolit trong tháp vàđượ c tách ra tronggiaiđoạn nhả hấp phụ - Để làm việc liên tục, yêu cầu phải cóhai tháp thiết kế song song vớ i nhau.

- Hỗn hợ p ethanol – nướ c đi vào

ở dạng hơ i.- Nướ c và ethanolđều không bị giữ lại.

- Làm việc liên tục chỉ vớ i một tháp.

1 - Thiết bị lọc màng 2 - Bơ m tuye3 - Bơ m ly tâm 4 - Thiết bị tận dụng nhiệt5 - Thiết bị traođổi nhiệt 6 - Bơ m chân không

Hình 3.3. Sơ đồ sản xuất ethanol nồng độ cao bằng phươ ng pháp thẩm thấuqua màng lọc [17]

3

3

6

5

2

2

1

(96%thể tích)

Hơ i nướ c 200kPa

Nướ c

Nướ c

Ngư ng

Nướ c làm mát

Ethanol 23% V




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Để quá trình thu hồi ethanolđượ c triệt để, ngườ i tađã thực hiện ghép các thiếtbị thành modules thẩm thấu như sau:

Hình 3.4. Modules thẩm thấu của màng [17]

Quá trình tách nướ c trong ethanol sử dụng màng lọc thông thườ ng bao gồmnhiều module màng lọc nối tiếp nhauđượ c cách nhau bở i các thiết bị traođổi nhiệt.Nguyên liệu sau khiđi ra khỏi tháp chưng cất có nồngđộ ethanol khoảng 94 %, sauđó đượ c traođổi nhiệt vớ i dòng sản phẩm ethanol khan, tiếp tục đi qua thiết bị traođổi nhiệt để tạo hỗn hợ p hơ i trướ c khiđi vào module màng lọc đầu tiên, sau khi quamodule này thì nhiệt độ của hỗn hợ p bị giảm dođó để quá trình tách lọc nướ c xảyra tốt hơ n thì nguyên liệu phải đi qua thiết bị gia nhiệt tiếp theo, quá trình xảy raở các module tươ ng tự như moduleđầu tiên. Ethanol ra khỏi module cuối cùng cónồng độ trên 99,9 % về thể tích sau khi traođổi nhiệt vớ i dòng sản phẩm từ thápchưng cất đượ c làm lạnhđến nhiệt độ tồn chứa rồi đưa về bể chứa ethanol.

Nướ c đượ c tách ra từ đáy tháp chưng.

Nướ c

Nguyên liệu94% ethanol

Ethanol (˃ 99,9%)

Thấm (12-20% ethanol)PV modules

Thápchưngcất




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




3.5. Phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màng (Pervaporation) [18]

3.5.1. Giớ i thiệu chung

Ngành công nghiệp ngày nayđã liên tục xem xét các phươ ng pháp sản xuất để duy trì cạnh tranh trên thị trườ ng. Quá trình tách màngđã đượ c nhìn thấy để cungcấp nhiều lợ i thế hơ n các quy trình tách hiện có như "chọn lọc cao hơ n, tiêu thụ năng lượ ng thấp hơ n, chi phí vừa phải, thiết kế nhỏ gọn" [19].

Sổ tay [20] cung cấp một cách tổng quan về phươ ng pháp thườ ng đượ c sử dụng nhất cho quá trình màng trong ngành công nghiệp ngày nay. Bốc hơ i thẩmthấu là một trong những phươ ng pháp của quá trình tách màng vớ i rất nhiều ứngdụng như loại bỏ nướ c và dung môi khỏi hỗn hợ p hữu cơ . Nó có lợ i thế đáng kể

trong hệ đẳng phí, hệ mà phươ ng pháp chưng cất truyền thống chỉ có thể phục hồitinh khiết dung môi vớ i việc sử dụng phụ gia entrainer (một chất phụ gia của mộtchất lỏng hữu cơ không hòa tan tạo thành một azeotrope vớ i một thành tố trong hỗnhợ p chất lỏng, giúp các hoạt động tách nếu chúng gặp khó khăn hoặc không thể hoàn thành bở i các bướ c chiết xuất thông thườ ng), sauđó phải sử dụng một bướ ctách bổ sungđể loại bỏ. Phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu cũng đượ c sử dụng để phávỡ hệ đẳng phí này, nhưng cơ chế của nó rất khác so vớ i phươ ng pháp chưng cất.Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ màng[21] có chứa thông tin về vật liệu để

chế tạo, kỹ thuật chế tạo, thiết kế mô-đun và các mô hình hoạt động cho quá trìnhmàng và bốc hơ i thẩm thấu. Trong lý thuyết phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu đượ csử dụng để tách các hỗn hợ p chất lỏng nhưng trong thực tế, phươ ng pháp này có xuhướ ng đượ c sử dụng để tách hỗn hợ p đẳng phí, hỗn hợ p điểm sôi, cho việc thu hồimột lượ ng nhỏ tạp chất và tăng cườ ng các phảnứng cân bằng.

Quá trình lai, kết hợ p bốc hơ i thẩm thấu vớ i một trong những kỹ thuật táchbiệt truyền thống đang trở nên ngày càng phổ biến trong ngành công nghiệp mà kỹ thuật truyền thống là khôngđủ và bốc hơ i thẩm thấu cho phép mục tiêu hoạt độngđượ c đápứng, hiệu suất cao/hoặc tốiưu hóa quá trình.

Một đánh giá toàn diện của màng polyme cho bốc hơ i thẩm thấu gần đây đãđượ c thực hiện và công bố bở i Shao và Huang[22]. Họ kiểm tra tiềm năng sẵn cócủa bốc hơ i thẩm thấu để tách hỗn hợ p chất lỏng trong các l ĩ nh vực rượ u và làm mấtnướ c dung môi, các loại hữu cơ loại bỏ từ nướ c và phân ly hữu cơ / hữu cơ . Họ cũng báo cáo rất chi tiết về các nguyên tắc cơ bản của sự hoạt động của bốc hơ ithẩm thấu. Quađó cho ta thấy đượ c cái nhìn chi tiết về tínhưa nướ c của bốc hơ i

thẩm thấu, xácđịnh một số các công việc quan trọng cần thực hiện vớ i các polymevà gốm đã đượ c sử dụng trong việc phát triển màng bốc hơ i thẩm thấu để loại bỏ




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




nướ c của rượ u và hợ p chất chất hữu cơ . Bảng 3.1 cho thấy một số dữ liệu quantrọng của các dung môi trong những nghiên cứu này cùng vớ i bất kỳ hệ đẳng phínhị phânđượ c hình thành vớ i nướ c.

Bảng 3.1. Tính chất hóa học và hệ đẳng phí của nướ c vớ i dung môi [18]

Tên hóa họcCôngthứ c

hóa học

Khốilượ ngphân tử (gmol-1)

Mật độ (GCM-3)

Điểmsôi(oC)

Áp suấthơ i20oC(hPa)

Hệ đẳng phícủa nướ c

(%khốilượ ng)Ethanol C2H5OH 46,1 0,79 78 59,5 4Isopropanol C3H7OH 60,1 0,78 82 43,2 12,6n-Propanol C3H7OH 60,1 0,80 97 19,9 28,32-Butanol C4H9OH 74,1 0,81 98 16,7 26,8n-Butanol C4H9OH 74,1 0,81 118 5,3 43,5t-Butanol C4H9OH 74,1 0,78 82 41 11,76Acetic axit C2H4O2 60,1 1,05 117 15,2 Không cóTetrahydrofuran C4H8O 72,1 0,89 66 190,7 5,3Acetone C3H6O 58,1 0,79 56 245,3 Không có

3.5.2. Lịch sử phát triển

Năm 1906, Tiến s ĩ Louis. Kahlenbergngườ i Đan Mạch báo cáo một nghiêncứu định tính về việc tách hỗn hợ p hydrocarbon và rượ u qua một màng caosu. Trong năm 1955, DH Hagerbaumer tiến hànhđiều trađịnh lượ ng đầu tiên vớ imàng kính có sự chênh lệch áp suất caođể thuận lợ i cho việc tách hỗn hợ p chấtlỏng. Sauđó vào năm 1965 Tại Mỹ sử dụng phươ ng pháp nàyđể tách một hỗn hợ pchất lỏng vào một hỗn hợ p hơ i sử dụng một lớ p polyme xốp. Nghiên cứu này chothấy mức độ tách cùng vớ i tỷ lệ thẩm thấu cao. Quá trình nàyđã khôngđi vào sử dụng thươ ng mại chođến năm 1982 khi Gesellchaft long Trenntechnik mbH (GFT)

của Đức đã lắp đặt một nhà máy sản xuất rượ u sử dụng công nghệ bốc hơ i thẩmthấu qua màng. Kể từ đó, hơ n một trăm nhà máyđã đượ c xây dựng. Gần đây,Exxonđã sử dụng công nghệ bốc hơ i thẩm thấu qua màng trong nhà máy lọc dầu để tách hỗn hợ p hydrocarbon có chứa các chất thơ m và aliphatics.

Từ đó đến nay kỹ thuật này ngày càngđượ c nghiên cứu vàứng dụng rộng rãitrongđờ i sống và kỹ thuật, đặc biệt là trong kỹ thuật tinh khiết ethanol. Gần đâynhất, vào năm 2010 một nhóm nghiên cứu viên thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuậtcông nghiệp tiên tiến Quốc gia của Nhật Bản (AIST)đã phát triển một kỹ thuật tinhlọc butanol sinh học mớ i, giúp tăng độ đậm đặc của dung dịch lên tớ i 82% (% khối




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




lượ ng butanol) và từ đó, giảm đáng kể tổng số năng lượ ng cần thiết cho quy trìnhloại bỏ nướ c trong dung dịch butanol nhờ phươ ng pháp phân tách bằng cách thoáthơ i nướ c qua màng bằng gốm silic có hoặc không phủ bột silicalite[13].

3.5.3. Nguyên liệu sử dụng sản xuất màngMàng lọc đượ c chế tạo từ các vật liệu có nguồn gốc vô cơ như gốm nung

chảy, các hợ p chất cacbon, silic, zicron, hoặc từ nguồn gốc hữu cơ như cao su, vảiamiăng, axetat xenlulo, poly-ethylene, poly- propylene.

Nguồn vô cơ rất cứng, nên màng lọc gốm chứa chất khử tạp chất lớ n hơ n sovớ i các màng polyme khôngđối xứng 5 - 10 lần. Chúng có thể đượ c xử lý bằngnướ c thườ ng xuyên mà không làm tổn hại đến lớ p da màng. Màng gốm có khả năng

chống chịu đượ c các hóa chất làm sạch và có thể đượ c tiệt trùng nhiều lần bằng hơ inướ c áp lực cao. Tuổi thọ của nó lênđến mườ i năm so vớ i tuổi thọ của màngpolyme, trongđó khoảng một năm cho màng kỵ nướ c và tối đa bốn năm chofluoropolymes. Màng gốm rất dễ vỡ và có nhiều tốn kém hơ n so vớ i màng polyme.

3.5.4. Nguyên tắc của phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màng

Bốc hơ i thẩm thấu qua màng tách chọn lọc dòng nguyên liệu. Bốc hơ i thẩmthấu qua màng là phươ ng pháp duy nhất trong số các kỹ thuật màng mà trongđó sự

thay đổi diễn ra qua màng của một hợ p chất nàođó đượ c thực hiện bở i một sự chênh lệch áp suất riêng phần tạo ra dòng nguyên liệu và thâm nhập vào bên trongmàng tế bào. Sự tách biệt là một chức năng của tỷ lệ thẩm thấu của các thành phầnhỗn hợ p qua màng. Các loại màng polyme cho phép hấp phụ hóa học của các chấtkhác nhau. Một màng có thể đượ c thiết kế để loại bỏ nướ c từ các dòng nguyên liệu,trong khi màng khác có thể đượ c thiết kế để loại bỏ một hydrocarbon. Nguyên tắccủa phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màngđượ c biểu diễn qua hai bướ c:- Bướ c một: quá trình bốc hơ i.- Bướ c hai: quá trình chuyển giao màng.

Trong quá trình bốc hơ i, nhiệt độ của dòng nguyên liệu đượ c gia tăng đếnđiểm hình thành hơ i bão hòa. Khi nguyên liệu vào, hơ i nướ c bão hòa tiếp xúc vớ imàng. Trong quá trình thứ hai, hơ i nướ c khuếch tán từ dòng nguyên liệu, qua màngthấm qua bên kia. Một bình ngưng đượ c sử dụngở phía thấm để tạo ra áp suất lớ nhơ n so vớ i bênđầu vàođể cho sự thẩm thấu qua màngđượ c thuận lợ i hơ n.

Trong phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màng dòng nguyên liệu lỏng đượ c

đưa vào trên bề mặt màng tế bào. Nguyên liệu vào màng thườ ngở nhiệt độ gần vớ inhiệt độ bão hòa của nó vàđiều này sẽ kết hợ p vớ i mặt dướ i của màngở môi trườ ng




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




chân không sẽ làm bốc hơ i chất lỏng khiđi qua màng. Hơ i có thành phần rất khácnhauđượ c tạo ra bở i chưng cất đơ n giản. Các phần của nguyên liệu mà khuếch tánqua màngđượ c gọi là chất lỏng thấm, và một phần đượ c giữ lại khôngđi qua màng.Sauđó chất lỏng thấm ngưng tụ và duy trì nồng độ hơ i ở mặt dướ i của màng trongkhi các chất khôngđi qua màng thườ ng đượ c đưa quay lại dòng nguyên liệu. Điềunàyđượ c minh họa trong hình 3.5.

Hình 3.5. Hoạt động của màng bốc hơ i thẩm thấu [18]

Khi lựa chọn màng cho một hỗn hợ p cụ thể thì có hai thông số chính cần đượ cxem xét:đầu tiên là khối lượ ng thông qua màng, J (kg m-2h-1), Thứ hai là yếu tố màng tách: là thướ c đo chất lượ ng của màng[23].

(3.1)

Nếu α → ∞, màng có xu hướ ng hướ ng là siêu chọn lọc.Khi muốn nâng cao hiệu suất màng, ta tạo sự cân bằng giữa các yếu tố đó là

mức tách và dòng chảy. Để xácđịnh khả năng tách của màng, một số nhà nghiêncứu sử dụng một chỉ số đượ c gọi là chỉ số tách bốc hơ i thẩm thấu (PSI, kgm-2h-1),đượ c định ngh ĩ a là J ×α. Yếu tố này chỉ hữu ích trong việc so sánh màng, nhưng nókhông phân biệt hiệu suất tổng thể của màng tế bào, có ngh ĩ a là một màng có hệ số tách thấp và dòng chảy lớ n có thể có g chỉ số tách bốc hơ i thẩm thấu giống như mộtmàng có hệ số tách cao và dòng chảy thấp. Các yêu cầu tách riêng cho một quá trìnhcần phải đượ c đánh giá và lựa chon một màng thích hợ p, lựa chọn các màng tế bàovớ i chỉ số tách bốc hơ i thẩm thấu cao nhất có thể không phải là sự lựa chọn tối ưucho một quá trình.

Một đặc điểm khác nữa đượ c sử dụngđể đánh giá mức độ tách nướ c của mànglà đo góc tiếp xúc giữa một giọt nướ c và màng tế bào. Nếu một giọt nướ c tiếp xúc

trên một màng không xốp, sauđó góc nó tạo ra gọi là biểu hiện của ái lực giữa vậtliệu so vớ i nướ c. Ái lực càng cao thì nướ c càng lan rộng trên bề mặt của màng.

Dòng hồi lưu (Lỏng)

Màng

Dòng nguyên liệu (Lỏng)

Thấm (Hơ i)




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Điều nàyđượ c thể hiện trong hình 3.6 và là khả năng tẩmướ t của vật liệu đối vớ inướ c. Cáchđo này cũng có thể đượ c thực hiện đối vớ i bất kỳ dung môiđượ c khử nướ c để đánh giá tính tươ ng thích của vật liệu.

Hình 3.6. Liên hệ đo góc trên một bề mặt không xốp [18]

Tuy nhiên nếu vật liệu xốp, chất lỏng sẽ vào mao quản nếu góc tiếp xúc làdướ i 90o, nếu lớ n thì sẽ cần áp lực để chất lỏng vào các mao quản. Phươ ng phápđiểm bong bóng là một phươ ng pháp thử nghiệm thườ ng đượ c sử dụng để mô tả một màng xốp. Điểm bong bóng là một điểm để xácđịnh áp lực tối thiểu mà tại đómột chất lỏng đượ c đẩy ra khỏi các mao quản của màng sauđó các bong bóng sẽ

chảy thành một dòngổn định. Phươ ng pháp này cũng có thể đượ c sử dụng để xácđịnh kích thướ c lỗ tối đa trong một màng bằng cách sử dụng phươ ng trình Laplace(3.2). Trongđó r là kích thướ c mao quản, θ là góc tiếp xúc vàγ là sức căng bề mặt.

γ∆

θ (3.2)

Mục đích sử dụng phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màng

Phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màng thườ ng đượ c sử dụng khi kíchthướ c phân tử cần tách là tươ ngđối nhỏ như giữ phân tử dung môi và nướ c, nơ i màquá trình tách truyền thống như chưng cất không có hiệu quả do hệ đẳng phí hoặcnăng lượ ng và chi phíđiều hành rất cao. Hiện nay có một số loại màngđượ c sử dụng trong cácứng dụng tùy thuộc vàođặc điểm của mỗi loại màng. Trong trườ nghợ p tách nướ c khỏi dung môi, mà có nồng độ nướ c thấp, thì sử dụng màng thấmnướ c. Ngượ c lại, khi cần tách dung môi ra khỏi hỗn hợ p mà nướ c chiếm nồng độ cao thì ta sử dụng màng kỵ nướ c .




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




- Màng thấm nướ c (Azeo-Sep Pervaporation)đượ c sử dụng để loại bỏ nướ c

Hình 3.7. Nguyên lý hoạt động màng thấm nướ c [3]

- Màng kỵ nướ c: đượ c sử dụngđể loại bỏ các hợ p chất dễ bay hơ i.

Hình 3.8. Nguyên lý hoạt động màng kỵ nướ c [3]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Nguyên lý hoạt động:Màng sử dụng các mô-đun đượ c làm từ màng polyme sợ i rỗng đặc trưng. Các

màng kỵ nướ c (không thấm nướ c) không cho các phân tử nướ c khuếch tán quamàng và chỉ cho phép các chất dễ bay hơ i đi qua.

3.5.5. Loại nướ c của rượ u sử dụng màng polyme

Hỗn hợ p ethanol và nướ c tạo thành một hệ đẳng phíở khoảng 4 % khối lượ ngnướ c [24], và hỗn hợ p isopropanol (IPA) và nướ c tạo thành một hệ đẳng phíở khoảng 12 % khối lượ ng nướ c [25]. Theo cách chưng cất truyền thống để phá vỡ các hệ đẳng phí này và muốn chúng hoàn toàn mất nướ c thì thêm một hóa chất bổ sung như cyclohexane vào hỗn hợ p trướ c khi chưng cất. Tuy nhiên việc sử dụng

hóa chất cyclohexane vào rượ u có thể không hoàn toàn loại bỏ đượ c nó sau khichưng cất, dođó khiến các sản phẩm không phù hợ p vớ i một số quy trìnhđòi hỏiphải có một độ rượ u tinh khiết cực cao chẳng hạn như trong ngành công nghiệpdượ c phẩm. Dođó, phươ ng pháp bố hơ i thẩm thấu qua màngđã đượ c sử dụng như một phươ ng pháp thay thế để loại nướ c khỏi rượ u mà không cần thêm các hóa chấtkhác mà vẫn có thể phá vỡ những hệ đẳng phí. Phươ ng pháp nàyđã đượ c dùng như là một phươ ng pháp chủ đạo khi loại nướ c của rượ u, chủ yếu là tập trung vào các hệ ethanol / nướ c, IPA / nướ c và loại nướ c của dung môi. Ngoài ra phươ ng pháp này

cũng đang đượ c nghiên cứu để loại bỏ nướ c của các dung dịch như: axit axetic,tetrahydrofuran và acetone.

Có hai vật liệu chính mà phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu qua màngđượ c sảnxuất. Màng polymeđượ c dựa trên chuỗi polyme hữu cơ đượ c liên kết ngang vớ inhau và hình thành mao quản nhỏ mà quađó phân tử có thể khuyếch tán. Tuy nhiêngần đây, màng vô cơ chế tạo từ gốm sứ hoặc zeolit, ngày càng trở thành một trọngtâm của nghiên cứu. Mặc dùđây là phươ ng pháp khó khăn hơ n để sản xuất trên quymô lớ n và công nghiệp vì thườ ngđắt tiền, nhưng nó lại có những lợ i thế lớ n so vớ ivật liệu polyme như độ bền dung môi và khả năng hoạt độngở nhiệt độ cao. Mộtloại màng thứ ba cũng có thể đượ c sản xuất bao gồm các màng tổng hợ p dựa trênmột màng cao phân tử hữu cơ , nhưng có hạt vô cơ phân tán khắp các cấu trúcpolyme,đâyđượ c gọi là màng ma trận hỗn hợ p.

3.5.5.1. Sử dụng màng polymeđể tách nướ c khỏi rượ u

Màng polyme hiện nayđượ c sử dụng rộng rãi trong việc loại nướ c khỏi dung

môi. Vật liệu và cấu trúc của màng quyết định hiệu suất của màng. Chúng kết hợ phấp thụ, chọn lọc cao. Tính chọn lọc phụ thuộc vào cấu trúc liên kết và nội phân tử.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Nó thườ ng đượ c làm bằng chuỗi polyme cứng và có tươ ng tác ion lưỡ ng cực hoặcliên kết hydro vớ i nướ c. Màng polyme thấm nướ c hoạt động bằng cách chọn lọcnhững phân tử bền vớ i nướ c và hấp thụ các phân tử nướ c trên các phân tử kháctrong dòng quá trình. Những tươ ng tác lưỡ ng cực của nướ c, hoạt động của ionlưỡ ng cực (trong trườ ng hợ p của một polyelectrolyte) và liên kết hydro cũng quyếtđịnh tính hấp thụ nướ c của màng. Vì vậy, việc lựa chọn một màng có những tínhnăng tích hợ p trong chuỗi polyme là rất quan trọng.

Tính chọn lọc nướ c của màng có thể đượ c tăng lên nhờ một trong hai cách,hoặc bằng cách tăng tỷ lệ khuếch tán của nướ c vào dung môi hữu cơ hoặc bằngcách tăng tỷ lệ hấp thụ nướ c vào dung môi hữu cơ . Màng có thể bị phồng lên trongqúa trình hoạt động gâyảnh hưở ng đến hiệu suất tổng thể của màng. Khi màng bị

căng phồng thì các chuỗi polymeđượ c kéo dài làm kích thướ c mao quản tăng lên.Điều này có tácđộng không tốt đến hiệu suất màng, làm cho các phân tử có kíchthướ c lớ n đi qua màng.

Ngày nay công việc đã tiến triển rất nhanh từ nghiên cứu banđầu vớ i cácpolymeđồng nhất bằng cách thayđổi các tính chất polyme bằng nhiều cách khácnhauđể cố gắng tăng hiệu suất tách. Bằng cách tăng mức độ liên kết ngang hoặctăng - giảm mức độ ưa nướ c của polyme, hoạt động tách của nó có thể đượ c thayđổi và dođó, một số thí nghiệm khác nhau phải đượ c thực hiện để tìm ra một màng

mà nó cung cấp một thông lượ ng phù hợ p và yếu tố tách cho một quá trình nhấtđịnh. Màng khôngđối xứng nhờ có một lớ p màng mỏng và một lớ p xốp phía dướ i,dođó nó có thông lượ ng cao hơ n so vớ i màngđồng nhất. Trong khi màng phức hợ pbao gồm một lớ p mỏng cao phân tử nên thông lượ ng cao và có thể duy trì tínhchọn lọc cao.

3.5.5.2. Poly (rượ u vinyl)

Màng Poly (rượ u vinyl) (PVA) có sức chịu mài mòn cao, kéo dãn tốt, sức bền,và tính linh hoạt. Nó là một polyme thấm nướ c vớ i tính chọn lọc tuyệt vờ i vàđượ csử dụng trong một số màng thươ ng mại đượ c phát triển bở i Sulzer Chemtech[26].Hiệu suất bốc hơ i thẩm thấu qua màng trong việc loại nướ c khỏi ethanol của màngPVAđượ c cho trong bảng 3.2.

Sericin là một proteinđượ c tạo ra bở i Bombyx mori (tằm) trong sản xuất lụa.Lụa tạo ra bở i tằm bao gồm chủ yếu là hai loại protein, sericin và fibroin; fibroin làtrung tâm cấu trúc của tơ tằm, và sericin là lớ p phủ các sợ i cao su và cho phép

chúng gắn bó vớ i nhau.Thành phần hóa học của sericin là C30H40N10O16.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 3.2. Khả năng loại nướ c khỏi ethanol sử dụng màng PVA [18]

Hỗn hợ p nhị phân (tỷ lệ khối lượ ng )

Màng hỗ trợ Lớ p ngăncách

Lư uhóa/Điều chỉnh

Hệ số phân

ly

Thônglượ ng (kgm−2h−1)

Nhiệtđộ

(0C)

TLTK

EtOH/H2O(50:50)

PVA PVA axit amit 100 0,25 45 [27]

EtOH/H2O(95:5)

PVA, PAAM PVA,PAAM - 45-4100

0,1-0,06 75 [28]

EtOH/H2O(95:5)

PESF PESF - Thấphơ n

Lênđến3,8

75 [29]

EtOH/H2O(95:5

PAA, PVA PAA, PVA - 50 0,26 50 [30]

EtOH/H2O(50:50) PVA, CD PVA, CD

Chất sáttrùng phô

rộng

Tươ ngtự [27]

Tươ ng tự [27] - [31]

EtOH/H2O(Azeotrope) PVA, PSStSA-

co-MA

PVA,PSStSA-co-

MAxử lý nhiệt 190 0,43 30 [32]

EtOH/H2O(Azeotrope)

PVA PVA - 10 0,12 60 [33]

EtO60H/H2

O(Azeotrope)

PVA rượ u allyl plasma

ghép 110

0,04 60 [33]

EtOH/H2O(Azeotrope)

PVA axit acrylic plasmaghép

≈ 10 > 0,12 60 [33]

EtOH/H2O(90:10) PVA Sericin

UrêDimethylolqua liên kết

≈ 90 ≈ 0,07 60 [34]

EtOH/H2O(90:10) Sericin PVA

UrêDimethylol

qua liên kết

≈ 115 ≈ 0,12 60 [34]

EtOH/H2O(90:10)

Sericin/PVA(50:50)

Sericin/PVA(50:50)

ủ nhiệt ≈ 90 ≈ 0,12 60 [34]

EtOH/H2O(90:10)

Sericin/PVA(50:50)

Sericin/PVA(50:50)

UrêDimethylolqua liên kết

≈ 105 ≈ 0,10 60 [34]

EtOH/H2O(90:10)

Sericin/PVA(50:50)

Sericin/PVA(50:50)

UrêDimethylol

cao≈ 130 ≈ 0,07 60 [34]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Hỗn hợ p nhị phân (tỷ lệ khối lượ ng)

Màng hỗ trợ

Lớ p ngăncách


Hệ số phân

ly


Nhiệtđộ

(0C)

Tài liệuthamkhảo

EtOH/H2O(90:10)

Celluloseacetate

Chitosan/HEC - 5469 0,424 60 [38.39]

EtOH/H2O(Azeotrope)

Chitosan/PAA

Chitosan/PAA Xử lý nhiệt 2216 0,033 30 [40]

EtOH/H2O(Azeotrope)

PSF Chitosan/PAA Xử lý nhiệt 1008 0,132 30 [40]

EtOH/H2O(95:5)

Chitosan/PAA

Chitosan/PAA - Giống19.000

≈ 0,001 Khácnhau

[41]

EtOH/H2O(95:5) PESF Chitosan

Liên kết axitsulfuric trong 80

phút

≈35 ≈ 0,65 80 [42]

IPA/H2O(85:15) PESF Chitosan

Liên kết axitsulfuric trong 60

phút

≈ 200 ≈ 1,6 80 [42]

IPA/H2O(95:5)

PSF Chitosan Gắn vớ i PVA ≈ 400 0,4-0,8 50 [43]

IPA/H2O(90:10)

PVA PVA Giải pháp UFSxuyên liên kết

77 0,095 30 [45]

IPA/H2O(90:10)

Chitosan Chitosan Giải pháp UFSxuyên liên kết

5134 0,087 30 [45]

IPA/H2O(90:10)

PVA/chitosan 20:80

PVA/chitosan20:80

Giải pháp UFSxuyên liên kết

17.991 0,113 30 [45]

IPA/H2O

(90:10)

PVA/chitosa

n 20:80

PVA/chitosan

20:80

Giải pháp UFS

xuyên liên kết

8562 0,149 30 [45]

IPA/H2O(90:10)

PVA/chitosan 20:80

PVA/chitosan20:80


6419 0,214 30 [45]

IPA/H2O(90:10)

PTFE PSSA-gPTFE/chitosan


1490 0,409 25 [46]

Từ bảng 3.3 ta có các nhận xét sau:

-

Ge và cộng sự [35] quan sát thấy rằng nhiệt độ mà tại đó một màng cao phântử chitosanđượ c xử lý là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưở ng đến đặc điểm phân tách




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




vớ i thông lượ ng giảm khi nhiệt độ tăng lên vàđạt đượ c các yếu tố tách biệt cao nhấtở nhiệt độ 373 K. Trên thực tế là các lớ p màng dàyđặc nhất của các tinh thể xảy rakhi màngđượ c điều chế ở nhiệt độ này. Cũng bằng cách sử dụng nồng độ khácnhau của H2SO4 cho liên kết ngang họ thấy liên kết ngang của màng cao hơ n, cácyếu tố tách biệt cao hơ n nhưng thông lượ ng thấp hơ n do màng bị phồng rộp là íthơ n so vớ i liên kết ngang. Phân tích cấu trúc cho thấy một xu hướ ng thú vị là màngchitosan vớ i tinh thể lớ n hơ n dườ ng như có đặc tính tách tốt hơ n. Chitosan cũngđượ c sử dụng bở i Zhang và cộng sự [36] sử dụng glutaraldehyde liên kết chéo cácmàng dàyđặc, sản xuất thông qua sự bay hơ i dung môi. Họ đã tạo ra nhóm carboxyltrên bề mặt bằng cách xử lý màng liên kết ngang vớ i anhydride maleic và sự thayđổi này cho thấy thông lượ ng và yếu tố tách khi khử nướ c ethanol và IPA là cao

hơ nở cùng một nhiệt độ.- Chanachai và các cộng sự [37] tạo ra một màng pha trộn từ chitosan /hydroxyetylxenlulo (CS / HEC)ở tỷ lệ 3:1 và 9:1. Họ nhận thấy rằng vớ i sự giatăng lượ ng HEC, sự linh hoạt của màng polymeđượ c tăng lên dođó tăng thônglượ ng qua màng. Tăng hàm lượ ng HEC cải thiện đượ c tínhưa nướ c của màngnhưng khối lượ ng màng sẽ tăng nhanh. Lượ ng HEC gây ra tính chọn lọc giảm vìmàng trở nên ít dàyđặc. PSIđã đượ c thành lập để giúp cho HEC có hàm lượ ng lớ nhơ n 25 % khối lượ ng mà vẫn đạt đượ c thông lượ ng tối đa vớ i ít sự thayđổi trong

các yếu tố tách khi hàm lượ ng HEC tăng. Họ kết luận, tỷ lệ tối ưu phụ thuộc theotính chất và thành phần của hỗn hợ p đượ c tách ra. Jiraratananon và cộng sự [38.39] tiếp tục vớ i công việc này tạo ra một màng tổng hợ p bằng cách sử dụng celluloseacetate xốp hỗ trợ mà họ sản xuất bằng cáchđảo ngượ c giaiđoạn vớ i tỷ lệ 3:1chitosan/ hydroxyetylxenlulo (CS / HEC) giải pháp là liên kết ngang vớ i hỗn hợ paxit urê formaldehyde-sulfuric. Chỉ số tách bốc hơ i thẩm thấu của màng tổng hợ pđượ c tìm thấy cao hơ n so vớ i màng pha trộn như thông lượ ng tổng thể gia tăng gầngấp bốn lần trong khi các yếu tố tách chỉ là một nửa. Nhiều phươ ng pháp tiếp cậnkhác nhauđượ c sử dụng trong quá trình nghiên cứu nàyđã đưa ra một cơ sở tốt để so sánh hiệu quả của sự thayđổi các thông số khác nhau trên cácđặc điểm táchmàng, so sánh kết quả dễ dàng rút rađượ c giữa màng tổng hợ p và pha trộn, nếuthayđổi nội hàm lượ ng HEC dày hơ n cũng nhữngảnh hưở ngđến sự thayđổi thôngsố hoạt động của màng.- Sự pha trộn của màng chitosan và Poly(acrylic axit) (PAA)đượ c sản xuất bở iShieh và Huang[40]. Hai màngđồng nhất CS / PAA,đượ c đúc lại vớ i nhau và rửa

sạch bằng nướ c trong 24 giờ để tạo thành một cấu trúc dạng phức giữa CS và PAA(dạng phức polyelectrolyte), sauđó làm nóng trong lò vi sóng một giờ để tạo ra




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




phản ứng giữa nhóm amin của CS và nhóm cacboxyl của PAA (liên kết ngang).Một màng phức hợ p thứ ba vớ i một polysulfone (PSF) xốp hỗ trợ cũngđã đượ c chế tạo. Màng hỗn hợ p tìm thấy đượ c đánh giá cao có tính chọn lọc nướ c so vớ i loại thứ hai (polyelectrolyte dạng phức) sản phẩm có hiệu suất tốt nhất của ba màngở nộidung loại nướ c khỏi ethanol. Thông lượ ng qua màng lọc này luôn cao hơ n so vớ imàng hỗn hợ p đồng nhất. Điều này là do lớ p hoạt động mỏng hơ n nhiều trong màngcomposite. Nồng độ ethanol > 80% khối lượ ng, chỉ số tách bốc hơ i thẩm thấu củamàng tổng hợ p lớ n hơ n so vớ i hỗn hợ p đồng nhất, điều đó cho thấy rằng khi mongmuốn yếu tố tách là rất cao, thì màng tổng hợ p sẽ thích hợ p hơ n đối vớ i ethanol màban đầu dehydrations có nồng độ cao.Điều thú vị là họ thấy rằng màng có trọnglượ ng phân tử chitosan cao thì khả năng thẩm thấu thấp hơ n nhưng cải thiện hiệu

suất tách. Họ cho rằng vớ i sự giảm khối lượ ng, cấu trúcđượ c hình thành dàyđặchơ n trong lớ p màng vớ i polyme có cùng trọng lượ ng phân tử. Tuy nhiên, sẽ rất thúvị khi so sánh hiệu quả độ dày tổng thể của lớ p màng thay vì chỉ đơ n giản là kếtluận đó là do lớ p màngđầm nén.- Hai vật liệu thườ ng đượ c sử dụng trong việc chế tạo màng thấm nướ c làchitosan và PVAđã đượ c pha trộn bở i Svang-Ariyaskul và cộng sự [44]để sản xuấtmàng dày cho việc loại nướ c isopropanol (IPA). Màngđượ c liên kết ngangở nhiệtđộ 150oC và sauđó liên kết ngang bằng hợ p chất hóa học glutaraldehyde và axit

sulfuric. Hỗn hợ p màng PVA và chitosan vớ i tỷ lệ 3:1, 1:1 và 1:3đượ c sản xuất để so sánh. Họ thấy rằng màng có tỷ lệ 3:1 chitosan và PVA chođặc điểm tách tốt nhấtvớ i một màng thấm bao gồm gần 100 % khối lượ ng nướ c. Chitosan và PVA cũngđã đượ c sử dụng bở i Rao và cộng sự [45] ngườ i sản xuất ra hỗn hợ p có 20, 40 và60% khối lượ ng của PVA. Màngđượ c sản xuất bằng cách bay hơ i dung môi và liênkết ngang sử dụng hỗn hợ p formaldehyde urê và axit sulfuric (UFS). Các hỗn hợ pđã đượ c tìm thấy để thực hiện tốt hơ n một cáchđáng kể so vớ i một số các vật liệupolyme tự do và hỗn hợ p có liên kết ngang cũngđượ c coi là những chất cung cấp cả độ bền cơ học và cải thiện hiệu suất tách. Sự pha trộn có chứa 60% khối lượ ng PVAđã đượ c đưa rađể cung cấp hiệu suất thấm cao nhất trong khi sự pha trộn có chứa20 % khối lượ ngđạt đượ c những yếu tố tách biệt cao nhất trong việc khử nướ c IPA.Nhìn chung, việc thực hiện để sản xuất màng của Svang-Ariyaskul dườ ng như tốthơ n của Rao và cộng sự. Điều này có thể là doảnh hưở ng của việcủ nhiệt.- Chitosan và poly (tetrafluroethylene) (PTFE)đượ c Liu và cộng sự [46] sử dụngđể tạo ra một màng có hiệu quả về việc lại nướ c của IPA. PTFE là không phù

hợ p vớ i chitosan vì nóđặc biệt kỵ nướ c trong khi chitosan là thấm nướ c. Vì vậy,trướ c khi chitosan có thể đượ c đúc vào bề mặt PTFE, thì các PTFEđượ c sửa đổi sử




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




dụng poly (axit sulfuric styren) (PSSA) thông qua việc ghép huyết tươ ng. Sau khighép polyme có tính axit này vào bề mặt của màng, thì một lớ p chitosan và -(glycidyloxypropyl) trimethoxysilane (GPTMS)đượ c sử dụng để hoạt động như một mối liên kết ngang, sauđó có thể đượ c đúc và dích vào bề mặt. Kỹ thuật ghépnày, cùng vớ i việc sử dụng một pha loãng lớ p chitosan là giải pháp cho việc đúc,sau khi dung môi bay hơ i, một lớ p chitosan rất mỏng tách ra vàđượ c hình thànhdựa vào sự hỗ trợ PTFE. Các kết quả màng cũng đượ c chứng minh là có hiệu quả đặc biệt trong việc khử nướ c của dimethylformamid và tetrafluropropanol. Sau khingâm trong IPA 45 ngày thì khôngảnh hưở ng xấu đến hiệu suất màng, và cho thấyrằng màng tươ ngđối ổn định trong dung môi.

3.5.5.4. Anginit

Agilit là một khối polyme gồm 2 axit: axit guluronic có liên kết (1-4)và axitdmannuronic có liên kết (1-4). Nóđượ c sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệpthực phẩm như một chất làmđặc và chất làm quánh và thậm chíđã đượ c sử dụngtrong cácứng dụng y tế như một vật liệu cố định cho việc nuôi cấy tế bào và băngbó các vết thươ ng trong phẫu thuật. Bản chất thấm nướ c của polyme dãđượ c thử nghiệm trong việc chế tạo các màng bốc hơ i thẩm thấu khác nhau cho việc táchnướ c từ rượ u. Hiệu suất màng alginit dựa trên bảng 3.4.

Bảng 3.4. Sử dụng màng alginate cho việc tách nướ c khỏi ethanol [18]

Hỗn hợ p nhị phân (tỷ lệ khối lượ ng)

Màng hỗ trợ

Lớ p ngăncách


Hệ số phân ly


Nhiệtđộ

(0C)

Tài liệuthamkhảo

EtOH/H2O(90:10) Na-Alg Na-Alg -

10,000 >khôngổn

định

0.290Khôngổn

định50 [47]

EtOH/H2O

(90:10)

Na-

Alg/PVA

Na-

Alg/PVA

- ≈ 30,000 ≈ 0,12 50 [50]

EtOH/H2O(90:10)

Na-Alg/PVA

Na-Alg/PVA

HCl và 10 vol%glutaraldehyde

≈ 3000 ≈ 0,04 50 [50]

EtOH/H2O(90:10)

Na-Alg/PVA

Na-Alg HCl và 10 vol%glutaraldehyde

≈ 500 ≈ 0,1 50 [51]

EtOH/H2O(90:10)

Alginatebased

Alginatebased

Ionically liên kếtngang, Ca2+

300 0,230 50 [52]

EtOH/H2O(Azeotrope)

PVDF,chitosan

Alginate - 202 0,095 50 [53]

EtOH/H2O

(Azeotrope)

PVDF,

chitosan

Alginate Axit Alginic 90 0,172 50 [53]

EtOH/H2O PVDF Alginate Coban alginate 99 0,046 50 [53]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




quanđến hoạt độngở nhiệt độ cao và áp suất thấp trong thờ i gian dài vớ i việc giảmthông lượ ng khi làm việc ở 40 oC. Sau khi làm mát màng và thực hiện kiểm tra lạimột lần nữa, họ phát hiện ra rằng thông lượ ng đượ c cải thiện phần nào trướ c khixuống cấp. Việc này nhằm nớ i lỏng các chuỗi polyme khi làm nóng, nguyên nhân làdo mật độ cấu trúc màng tăng và sauđó đượ c đảo ngượ c một phần khi làm mát.Liên kết ngang vớ i chất glutaradehit làm giảm sự phồng rộp của màng nhưng chúngsẽ trở nên xấu hơ n vớ i việc giảm thông lượ ng do sự giãn của polyme. Thông lượ ngvà tính chọn lọc của màng cũng giảm do thể tích di chuyển giảm và tính chất kị nướ c của các liên kết thúcđẩy việc vận chuyển ethanol. Họ đã khắc phục vấn đề cogiãn của polyme bằng cách kết hợ p vớ i PVA tạo ra một màngổn định và họ cũngđã tiến hành thử nghiệm các liên kết ngang vớ i glutaradehit.

-

Huang và Moonđã quan sát các màng Na-Alg trong việc loại nướ c khỏiethanol và hỗn hợ p nướ c - isopropanol (IPA). Họ phát hiện ra rằng màng có tính cơ học yếu nhưng hứa hẹn sẽ cho hiệu suất bốc hơ i thẩm thấu cao. Vấn đề tính hòa tancủa Na-ALG trong nướ c đã đượ c khắc phục bằng cách sử dụng liên kết ngang củamàng ionically. Tất cả các ion họ đã sử dụng là (Na+, Ca2+, Zn2+,Mn2 +, Co2+, Fe2+,Al3+), Ca2+ đã đượ c tìm thấy để cung cấp PSI cao nhất cho màng bốc hơ i thẩm thấuvớ i 90 % khối lượ ng nguyên liệu ethanolở 50oC. Yeomđã quan sát và chỉ ra rằngsự giãn nở đã đượ c giảm đáng kể nhờ sử dụng ion Ca2+. Sauđó Huang và Moonđã

tiếp tục tạo ra một màng phức hợ p gồm một lớ p alginit vớ i lớ p chitosanở phía trêncủa Poly (vinylidine fluoride) (PVDF). Họ nhận thấy rằng việc sửa đổi các thuộctính bề mặt PVDF bằng việc pha trộn nó vớ i 1 % polymethyl methacrylate(PMMA),điều này mang lại độ bám dính tốt hơ n cho aginit và lớ p chitosan trêncùng. Họ sửa đổi các lớ p Na-ALG phía trên tạo ra màng vớ i axit alginic và coban(Co) liên kết ngang alginate lớ p trên vàđã thử nghiệm ba màng khác nhau. Mặc dùhiệu suất của màng axit alginic cho thấy sự tách thấp hơ n so vớ i màng Na-ALG, nócó thông lượ ng tổng thể cao hơ n, có sức mạnh cơ khí tốt hơ n và sự ổn định lâu dài.- Ảnh hưở ng của sự pha trộn Na-ALG và PVA cũng đã đượ c thử nghiệm bở iKurkuri và cộng sự [54]để cải thiện tính linh hoạt của Na-ALG và sự thực hiện củapolymeđơ n lẻ. Đây là một nghiên cứu thú vị khi họ sản xuất màng vớ i tỷ lệ PVA /Na-ALG là 3:1, 1:1 và 1:3 chế tạo PVA tinh khiết và màng Na-ALG tinh khiết chophép các hoạt động của hỗn hợ p đượ c so sánh vớ i hiệu suất cơ bản của màng tạo ratừ một trong hai polyme. Yeom và cộng sự cũng sử dụng glutaraldehyde như mộtliên kết ngang. Họ chỉ ra rằng thông lượ ng tăng lên khi tăng hàm lượ ng PVA và yếu

tố tách giảm đi. Trong việc thực hiện sự tách họ khôngđạt đượ c những thành tựucao như của Yeom và Lee[49]. Gần đây Dong và cộng sự [55] đã pha trộn PVA và




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Na-ALG vớ i nhauđể tạo ra màng bằng cách phủ hỗn hợ p trên vớ i PSF siêu lọc vàliên kết ngang sử dụng axit maleic. Một màng PVA tỷ lệ Na-Alg 4:1đã sử dụng để tối ưu hiệu suất màng. Các khuyết điểm của lớ p mỏng PVA-Na-ALGđã đượ c họ khắc phục để sản xuất và cho phép duy trì các yếu tố khi dòng chảy lớ n trong việcloại nướ c của nhiều rượ u, mặc dù sự tươ ng thích giữa lớ p chống đỡ và các lớ p phủ khôngđượ c thảo luận đầy đủ và sự ổn định màng khôngđượ c đánh giá là dài hạn.- Kalyaniđã trộn Na-Alg và PVP vớ i tỷ lệ khác nhau và liên kết ngang vớ i axitphotphoricđể tạo thành một liên kết hóa trị giữa các nhóm axetat Na-ALG và nhómalkyl của PVP. Tỷ lệ pha trộn thông thườ ng của các màng không thích hợ p để sử dụng, chỉ có tỷ lệ 3:1 Na-ALGđể PVP pha trộn, vì vậy điều nàyđã đượ c lựa chọnđể thử nghiệm bốc hơ i thẩm thấu. Chọn lọc màng cải thiện vớ i sự gia tăng độ dày

màng trong khi thông lượ ng giảm và duy trì một áp lực thấp thấm đã đượ c xácđịnhnhư một yếu tố cực kỳ quan trọng trong việc đạt đượ c một yếu tố tách tốt.

3.5.5.5. Polysulfone

Polysulfone (PSF), một polyme kỵ nướ c, là một chất vôđịnh hình có hiệu suấtnhiệt cao cung cấp cơ khí,điện, và tăng khả năng kháng hóa chất liên quanđếnpolycarbonate. Tính chất cơ học của PSF tươ ng đối ổn định trên phạm vi nhiệt độ cao lênđến 140oC. Các màng bốc hơ i thẩm thấu hoạt động trong việc loại nướ c

khỏi rượ u của màng PSFđượ c cho trong bảng 3.5.

Bảng 3.5. Sử dụng màng lọc PSFđể loại nướ c khỏi ethanol [18]

Hỗn hợ pnhịphân (tỷlệ khối lượ ng)

Màng hỗ trợ Lớ p ngăncách


Hệ số phân

ly


Nhiệtđộ (0C) TLTK

EtOH/H2O(90:10)

PSF/PEG(5wt%PEG)

PSF/PEG(5wt%PEG)

- ≈ 325 ≈ 0,6 25 [57]

EtOH/H2O

(90:10)

PSF PSF Sự Sulfonat

hóa

600 0,7-0,9 25 [60]

EtOH/H2O(90:10)

Natri sulfonatePSF

Natri sulfonatePSF

AxitChlorosulfonic

≈ 1900 ≈ 0,75 25[61]

EtOH/H2O(90:10)

Natri sulfonatePSF

Natri sulfonatePSF

AxitChlorosulfonic

≈ 1300 ≈ 0,88 45[61]

EtOH/H2O(90:10)

12,5% TGN,87,5% PSF

12,5% TGN,87,5% PSF

Chất dẻoTGN

≈ 680 ≈ 0,44 25[62]

EtOH/H2O(90:10)

PSF sợ i rỗng PSF - 23,9 0,173 25 [63]

EtOH/H2O(90:10)

PSF Poly (amicmethyl este)

Mặt phân giớ ipolyme

240 1,7 40 [64]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Từ bảng 3.5, một số thảo luận đượ c rút ra:

- Từ Hy Viên và cộng sự [57] tìm thấy một màng polysulfone-poly (ethyleneglycol) (PSF-PEG), bằng cách tăng hàm lượ ng PEG, tức là nâng caođộ mền dẻo

của chuỗi polyme, hiệu suất tách của màng có thể đượ c tăng lên khi chỉ có PSF.Cho một hệ ethanol-nướ c, cả hai yếu tố tách và thông lượ ng qua màng tăng lênđến2,5% khối lượ ng PEG trong PSF, sauđó yếu tố tách giảm đi và thông lượ ng tiếp tụctăng. Mặc dù họ đã thực hiện một thí nghiệm lão hóa, họ chỉ kiểm tra một màngtrong 8 giờ và kết luận rằng không có vấn đề rửa trôi PEG và màngổn định theothờ i gian. Trong thực tế, thờ i gian dài hơ n nhiều so vớ i thử nghiệm sẽ là cần thiết để cung cấp cho một mức độ chắc chắn trong sự ổn định dài hạn của màng.- Kim và cộng sự [58] đã sử dụng huyết tươ ng oxyđể chuyển đổi bề mặt màngkỵ nướ c sang màngưa nướ c trong khi Steen và cộng sự [59] đã xử lý huyết tươ ngở nhiệt độ thấp trên màng khôngđối xứng PSF nơ i huyết tươ ng thấm sâu vào toàn bộ độ dày của màng hydrophilically làm thayđổi toàn bộ mặt cắt ngang của màng. Họ thấy rằng chỉ cần 2 phút xử lý vớ i 25 W hơ i nướ c huyết tươ ng làđủ để cho màngtrở nên thấm nướ c. Khi tăng thờ i gian hoặc sử dụng phươ ng pháp sử lý tố hơ n sẽ gây ra thiệt hại đáng kể về cấu trúc màng. Màng vẫn có thể ướ t hơ n 16 tháng saukhi xử lý và huyết tươ ng thâm nhập vào màng vì tác dụng của việc sửa đổi trên cả hai bề mặt.- Chen và cộng sự [60] sử dụng màng sunfonat PSFđể làm tăng tính thấm nướ ccủa màng. Họ phát hiện ra rằng yếu tố thông lượ ng và tách tăng lênđến 2 lần và cácyếu tố cóưu thế hơ n cả là sự tách,đó là điểm khác biệt của sự khuếch tán giữaethanol và nướ c trong màng. Cònđiểm không khác biệt là khả năng hòa tan củaethanol và nướ c trong màng. Họ thấy rằng thông lượ ng tươ ng đối ổn định vớ i nhiệtđộ cao trong khi yếu tố tách lại giảm nhanh chóng vớ i sự gia tăng nhiệt độ, vì mànghoạt động thiên về nhiệt độ thấp và dòng nguyên liệu chậm.

- Hung và các cộng sự [61] đã thử nghiệm một màng natri sulfonate PSF vàphát hiện ra rằng màng uốn chọn lọc đượ c liên kết chặt chẽ khi màng có sử dụnghàm lượ ng natri. Họ sunfonat hóa các PSF sử dụng axit clorosulfonic trướ c khiđúcmàng. Một màng sulfonate natriđã đượ c chuẩn bị bằng cách ngâm chất đã đượ csunfonat hóa này trong NaOH cho 12 giờ . Họ nhận thấy rằng chuỗi cóđộ mền dẻovà linh hoạt càng tăng khi tăng hàm lượ ng natri và cả hai yếu tố thông lượ ng và táchcũng tăng lênđến một tỷ lệ là 0,9, sauđó các yếu tố tách bắt đầu giảm khi thônglượ ng tiếp tục tăng do các màng bị phồng rộp. Họ cũng kết luận rằng mặc dù cácthông lượ ng không thayđổi nhiều so vớ i nhiệt độ, nhưng yếu tố tách giảm khi nhiệt




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




độ tăng (từ 2000ở 15oC xuống khoảng 1300ở 45oC) phù hợ p vớ i kết luận của Chenvà các cộng sự [60]. Dođó, hiệu suất màng là tối ưu khi hoạt độngở nhiệt độ thấp.Hung và các cộng sự [62] một lần nữa sử dụng PSF nhưng vớ i một chất làm dẻoUltramoll TGN, có sẵn từ công ty hóa chất của Merck. Họ cho thấy tính thấm nướ cvà thông lượ ng gần như độc lập vớ i hàm lượ ng TGN, trong khi yếu tố tách tăng lênkhi hàm lượ ng TGN lênđến 6,25% khối lượ ng của TGN nhưng tiếp tục tăng TGNthì sự tách lại giảm đi. Điều này cho thấy hàm lượ ng chất làm dẻo tối ưu nhất ở khoảng giá trị này (6,25% khối lượ ng)để tối đa hóa yếu tố tách màng. Những màngnày hoạt động không tốt bằng những màng sản xuất bở i sự thay thế natri sulfonate.- Màng sợ i rỗng PSFđượ c sản xuất bở i Tsai và cộng sự [63] thông qua một quátrình đảo ngượ c giaiđoạn nhúngướ t. Họ kiểm tra sự ảnh hưở ng của dung môi

(diethylene glycol dimethyl ether, DGDE) có trong dung dịch polyme trên hình tháihọc để sản xuất màng. Bằng cách tăng nồng độ của dung môi họ có thể làm giảmtốc độ của sự pha trộn, làm giảm sự hình thành của các khoảng trống không cànthiết. Kết quả là hiệu suất của màng tăng lên, tuy yếu tố tách và thông lượ ng dòngchảy đượ c các nhà nghiên cứu khácđánh giá cao. Và dođó nó rất quan trọng dùngđể so sánh hiệu suất của màng sử dụng sợ i rỗng sunfonat hóa PSFđể xácđịnh xemviệc sử dụng DGDE như là một hỗn hợ p dung môi làm giảm hiệu suất của mànghay giảm hoạt động có liên quanđến các hình thái và tính chất của màng mà họ đã

sản xuất.

3.5.5.6. Polyimides

Polyimide (đôi khi viết tắt là PI) là một polyme của imide monome. Polymide làmột nhóm rất mạnh, độ nóng cao và là plyme có khả năng kháng hóa chất. Chúngcung cấp việc kháng cự rất tốt và có tính chất cơ học tuyệt vờ i. Các tính chất nàykết hợ p vớ i dung môi kháng chất phù hợ p tạo ra polymeổn định. Hiệu suất màngtrong việc việc tách nướ c khỏi ethanol của chất polymide dựa trên việc xem xétở phần này, có thể đượ c tìm thấy trên bảng 3.6.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 3.6. Sử dụng màng polyimideđể loại bỏ nướ c khỏi ethanol [18]

Hỗn hợ p nhị phân (tỷ lệ khối

lượ ng)Màng hỗ

trợ Lớ p ngăn

cách


Hệ số

phânly


Nhiệtđộ(0C)

TLTK

EtOH/H2O(95:5)

PI-2080aromaticpolyimide

PI-2080aromaticpolyimide

- 900 1,0 60 [66]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 Acetone additive,thermal treatment

3508 0,432 60 [68]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 - 5 2,578 60 [69]IPA/H2O (85:15) P84 P84 p-Xylenediamine

1 h59 1,599 60 [69]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 p-Xylenediamine2 h

65 1,015 60 [69]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 p-Xylenediamine4 h

170 1,398 60 [69]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 p-Xylenediamine6h

81 1,015 60 [69]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 EDA 1 h 167 1,143 60 [69]IPA/H2O (85:15) P84 P84 EDA 2h 206 1,012 60 [69]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 EDA 4 h 134 0,534 60 [69]IPA/H2O (85:15) P84 P84 EDA 6h 82 0,911 60 [69]IPA/H2O (85:15) P84 P84 p-Xylenediamine

2 h,100oC335 0,104 60 [69]

IPA/H2O (85:15) P84 P84 p-Xylenediamine2 h, 200oC

592 0,105 60 [69]

EtOH/H2O(90:10) BAPP BAPP - 22 0,335 60 [69]EtOH/H2O(88.9:11.1)

PMDA-ODA

PMDA-ODA

Thermaltreatment

346 0,27 25 [70]

EtOH/H2O(88.9:11.1) PMDA-ODA PMDA-ODA Thermaltreatment 445 0,014 45 [71]

EtOH/H2O(88.9:11.1)

PMDA-MDA

PMDA-MDA

Thermaltreatment

47 0,043 75 [71]

EtOH/H2O(88.9:11.1)

PMDA-MDA

PMDA-MDA

Thermaltreatment

19 0,023 45 [71]

EtOH/H2O(88.9:11.1)

BTDA-PDA

BTDA-PDA

Thermaltreatment

47 0,130 75 [71]

EtOH/H2O

(88.9:11.1)

BTDA-

PDA

BTDA-

PDA

Thermal

treatment

19 0,003 45 [71]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Hỗn hợ p nhị phân (tỷ lệ khối

lượ ng)Màng hỗ

trợ Lớ p ngăn

cách

Lư u hóa/Điều chỉnh

Hệ số

phânly


Nhiệtđộ

(0C)

TLTK

EtOH/H2O(88.9:11.1) BTDA -ODA BTDA -ODA Thermaltreatment 1954 0,011 75 [71]

EtOH/H2O(88.9:11.1)

BTDA -MDA

BTDA -MDA

Thermaltreatment

395 0,022 45 [71]

EtOH/H2O(88.9:11.1)

BTDA -MDA

BTDA -MDA

Thermaltreatment

562 0,015 75 [71]

EtOH/H2O(90:10)

BHTDA -BAT

BHTDA -BAT

- 237 0,035 45 [72]

EtOH/H2O

(90:10)

BHTDA-

BADTB

BHTDA-

BADTB

- 478 0,282 35 [72]

EtOH/H2O(90:10)

BHTDA-DBAPB

BHTDA-DBAPB

- 27 0,325 35 [72]

Bảng 3.6 dẫn đến các nhận xét sau:

- Kim và các cộng sự của ôngđã chuẩn bị màng tổng hợ p polyimide sử dụng sự hỗ trợ của PSF. Họ đã dựng đượ c lớ p poly (amic methyl este)ở phía trên của PSFnhờ sự trùng hợ p tiếp giáp của một loạt diamine khác nhau vớ i các dung mỗi hữu cơ

(toluene) hòa tan trong diacyl clorua-diester-2,5bis (methoxycarbonyl) terephthaloychloride (BMTC). Sauđó những lớ p nàyđượ c chuyển đổi sang polymides bằngcáchđun nóng trong chân không vớ i nhiệt imidization. Họ đã cho thấy rằng đây làmột hệ thống tốt để sản xuất lớ p siêu mỏng và nhiệt imidizationở 180oC trong 3 giờ là đủ cho 2 hợ p chất điamin sản xuất một màng khả thi. Tuy nhiên, họ lưu ý rằngviệc hình thành các vết nứt là một vấn đề vớ i việc mở rộng sự khác biệt, co rút củalớ p điamin trong suốt imidization so vớ i các PSF hỗ trợ . Họ cũng chỉ ra rằng màngcó thể đượ c chạy liên tục trong suốt 6 ngày mà ko có bất kì sự xuống cấp trong quátrình hoạt động.- Okamoto và các cộng sự đã nghiên cứu cả sự thấm hơ i nướ c và sự thoát hơ inướ c qua màng của ethanol sử dụng màng polymide bằng giải pháp ngưng tụ của3.3’; 4.4’ BPDA vớ i các diamin thơ m khác nhau sauđó là nhiệt imidization. Họ đãtính toán hệ số thấm cho nướ c và ethanol cho hai hệ thống tách và các màng thử nghiệm khác nhau. Họ đã nhận thấy rằng thẩm thấu hơ i nướ c thì nhạy hơ n so vớ iviệc nuôi tập trung trong khi việc trươ ng lên quá nhiều trong suốt sự thoát hơ i nướ cqua màng vớ i một số màng thử nghiệm dẫn đến mất hiệu suất. Nguyên nhân là doyếu tố tách giảm xuống thấp cái mà có thể đạt đượ c bằng cách sử dụng màng tươ ng




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




tự cho việc thẩm thâu hơ i nướ c. Họ không báo cáo bất kỳ dữ liệu thông lượ ng thâyvì tập trung vào việc thấm cái mà phức tạp hơ n so vớ i các công việc khác.- Yanagishita và các cộng sự [66] đã sử dụng việc đảo giaiđoạn để sản xuấtmàng polimide khôngđối xứng sau khi tiến hành kiểm tra họ đã xácđịnh đượ crằng: thờ i gian vàđiều kiện tối ưu cho việcủ là 3 giờ vàở 300oC. Việcủ ở nhiệt độ caođã đượ c phát hiện là làm hại đến cấu trúc của polymide. Họ kết luận rằng cácthành phần tốt nhất cho việc hình thành màng gồm 25 wt % polymide, 37,5 wt %dimethylformanide (DMF) và 37,5 wt % dioxaneđể sản xuất một màng có khả năng tách tốt và thông lượ ng cao. Cả thông lượ ng và yếu tố táchđều đượ c tìm thấynhằm tăng nhiệt độ hoạt động.- Quiao và các cộng sự sử dụng polymide sẵn có, copolymide của 3.3’ 4.4’

benzophenol và 80 % methylphenylence-diamin cộng vớ i 20 % methylene diaminecho một loạt hoạt động trong việc tách nướ c khỏi ethanol. Việc đầu tiên là trongtình trạng mất nướ c isopropanol (IPA) vì họ đã xácđịnh ethanol là nguyên nhân gâynên việc trươ ng lên quá mức. họ tìm rađượ c nhiệt độ ủ của màng cải thiện hiệu suấtbằng cách giảm độ hao hụt trong lớ p da màng. Dođó có thể cải thiện đáng kể cácyếu tố tách biệt. Sauđó, họ tiếp tục xem xét sửa đổi P84 sử dụng diamine qua liênkết vớ i 2 diamin: p-xylenediamine và ethylenediamine (EDA) và chỉ ra rằng thờ igian liên kết ngang thấp làm tăng yếu tố tách sauđó tăng độ trươ ng từ các nhóm

amide hình thành, giảm yếu tố tách lần nữa. phươ ng phápđiều trị ở nhiệt độ thấp đãđượ c tìm thấy để sản xuất màng vớ i thông lượ ng cao và yếu tố tách vừa phải trongkhi đó phươ ng phápđiều trị nhiệt độ cao sản xuất màng vớ i các yếu tố tách caonhưng thông lượ ngđạt đượ c giảm.- Gần đây, Wang và các cộng sự [70] đã sản xuất màng polyimide dựa trên 3,3-bis. Họ sản xuất màng bở i BAPP phản ứng đầu tiên vớ i diahydride trong một phảnứng đa trùng ngưng. Kết quả là polymide bị giải tánđể tạo thành một dung dịch10% dung dịch polyme, bỏ vào một tấm kính sử dụng một con dao làm vườ n trướ ckhi đặt vào lò trong 3 giờ ở 80oC để bốc hơ i khỏi NMP. Màngđã đượ c lấy ra vàthay thế dướ i chân không hơ n 48 tiếng để loại bỏ tất cả các dấu vết cảu dung môi.Họ phát hiện ra rằng tỷ lệ thẩm thấu tăng vớ i việc thêm những vật nặng vào trụ chính của polyme. Các thông số về độ hòa tan cho thấy rằng màng polymide sẽ chỉ ra ái lực cao hơ n đối vớ i rượ u trên mặt nướ c vì sự có mặt của cả nhóm hydrophobictrên trụ chính của polyme. Tuy nhiên sự khuếch tan của nướ c qua màng lớ n hơ nnhiều so vớ i ethanol dođó màng là có sự chọn lọc nướ c. Hiệu suất màng tốt nhất đã

đượ c phát hiện bằng cách sử dụng 3,3 4,4 màng biphenyl tetracarboxylic polyimideở 25oC. Tuy nhiên, yếu tố tách khá thấp chỉ có 22.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




- Năm polyimide khác nhauđượ c tổng hợ p từ hai dianhydrides: (dianhydridepyromellitic (PMDA) và 3,3 - 4,4-benzophenonetetracarboxylic dianhydride(BTDA)) và ba diamin (4,4-diaminodiphenylether (ODA), 4,4-Diaminodiphenylmethane (MDA) và phenylenediamine (PDA))đã đượ c thử nghiệm bở i Xu và các cộng sự [71] trong việc chế tạo màngđể loại bỏ nướ c củaethanol. Tiền thân của axit polyamicđượ c tổng hợ p từ polyimides và màng dàyđặcđượ c đúc từ sự hòa tan DMF vào dung môi bay hơ i, chuyển đổi sang dạngpolyimide bở i việc xử lýở nhiệt độ cao. Họ thấy thông lượ ng cao hơ n cho tất cả cácmàng MDA dựa trên màng PDA tươ ng tự vớ i dianhydride, trong khiđó yếu tố táchcho thấy xu hướ ng ngượ c lại. Tuy nhiên, họ không tìm thấy bất kỳ mối liên hệ nàogiữa việc xácđịnh khối lượ ng tự do trong việc phânđoạn màng và việc thực hiện

kết quả. Li và Lee[72] cũng tìm thấy sự khác nhau của polyimidesđượ c hình thànhtừ một dianhydride và diamin khác nhau. Các dianhydrideđượ c họ lựa chọn là 3,3-4,4-benzhydrol dianhydride tetracarboxylic (BHTDA) và ba diamin 1,4-bis (4-aminophenoxy)-2-tert-butylbenzene (BATB), 1,4-bis (4-aminophenoxy) -2,5-di-tert-butylbenzene (BADTB), và 2,2-dimethyl-4, 4-bis (4-aminophenoxy) biphenyl(DBAPB). Họ cho biết màng thực hiện tối ưu nhất khi sử dụng một BHTDA-DBAPB polyimide dựa trên màng và nói chung các thông lượ ng lớ n hơ n nhiều sovớ i việc thực hiện bằng cách của Xu và các cộng sự. Nhưng yếu tố tách lại thấp

hơ n.

3.5.5.7. Polyamides (Polyamit)

Polyamit cũng là một loạt các polyme kháng nhiệt tươ ng đối tốt, thườ ng đượ cbiết đến nhiều nhất trong số đó là nylon mà bản thân nó có một số hình thức tùythuộc vào các monome sử dụng trong sự trùng hợ p. Kể từ ngàyđầu phát hiện ra nó,một loạt các amit mạch polyme vớ i nhiều đặc tính khác nhauđã đượ c tìm thấy.Hiệu suất bốc hơ i thẩm thấu qua màng trong việc loại bỏ nướ c của ethanol sử dụngmàng polyamide có thể đượ c tìm thấy trong bảng 3.7.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Bảng 3.7. Sử dụng màng polyamideđể loại bỏ nướ c khỏi ethanol [18]

Hỗn hợ p nhị phân(tỷ lệ khối lượ ng)

Mànghỗ trợ

Lớ pngăncách

Lư u hóa/Điều chỉnh

Hệ số phân

ly


Nhiệtđộ

(0C)TLTK

EtOH/H2O (90:10) Nylon-4 Nylon-4 - ≈ 4,5 ≈ 0,35 25 [73]EtOH/H2O (90:10) Nylon-4 Nylon-

4/PVAcPVA ghép,

NaOH hydrolysis≈ 13 ≈ 0,40 25 [73]

EtOH/H2O(90:10) Nylon-4 Nylon-4/PVA

PVA ghép 13,5 0,42 25 [73]

EtOH/H2O(90:10) PASA PASA - 1984 0,007 -0,034

20 [75]

Từ Bảng 3.7, ta có:

- Nylon-4đượ c sử dụng bở i Lee và các cộng sự [73] và họ đã cố gắng sử dụnghuyết tươ ng PVAđể cải thiện tínhưa nướ c của màng. Họ đã chứng minh rằng khisử dụng huyết tươ ng có thể cải thiện hiệu suất màng, tăng cả hai yếu tố là thônglượ ng và sự tách. Một khả năng có trong huyết tươ ng của 10 W và thờ i gian hoạtđộng là 10 phút cho thấy tăng mật độ lớ p màng. Tuy nhiên, khả năng gây ra các vếtnứt trên bề mặt là rất cao, kết quả là thông lượ ng tăng nhưng các yếu tố tách lạigiảm. NaOHđã đượ c sử dụng để thủy phân polyvinyl acetate (PVAc) thì thấy hiệusuất tổng thể giảm nhẹ. Các yếu tố táchđạt đượ c vớ i những thayđổi ở thấp ở mức13,5 và dođó tiềm năng tách của màng kết quả là không lớ n.- Chitosanđượ c sử dụng pha trộn cùng vớ i hai polyme N-methylol và Nylon-6bở i Shieh và Huang[74] để sản xuất màng. Bằng cách thayđổi các thành phần củahỗn hợ p họ điều chỉnh tính thấm nướ c của màng. Họ cũng sử dụng axit sulfuricđể xử lý và sản xuất ion chéo trong chitosan và họ nhận thấy sựu cải thiện đáng kể hiệusuất tổng thể. Các yếu tố tách tăng lên khi tăng hàm lượ ng chitosan trong màngtăng, nhưng tính thấm nướ c của màng lại giảm khi hàm lượ ng chitosan là 40 % khốilượ ng. Và sauđó vẫn liên tục tăng hàm lượ ng chitosan thì khả năng thấm ethanolgiảm. Các màngđượ c sản xuất dày 20-40 m, tuy nhiên vì tất cả số liệu báo cáođềulà về khả năng thấm, nên các chỉ số chỉ có thể đượ cướ c tính dựa trênđộ dày này.- Chan và cộng sự [75] đã tiến hành nhiều thí nghiệm về phươ ng pháp bốc hơ ithẩm thấu qua màng bao gồm nhiều poly (amide-sulfonamides) (PASA) khác nhau.Họ phát hiện ra rằng các yếu tố tách tốt nhất của màng khi sử dụng chất nền là N,N’-bis (4-aminophenylsulfonyl) -1,3-diaminopropane và isophtthaloyl clorua. Tuy

nhiên kể từ khi họ sản xuất màng dàyđặc của dung môi bay hơ i các chất trợ cho tấtcả các màng chuẩn bị rất thấp trong khu vực 0,007-0,034 kg m-2 h-1. Sẽ rất thú vị




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




nếu họ đã đượ c thử nghiệm ngâm thay thế cho bay hơ i dung môiđể điều tra nếu họ có thể cải thiện thông lượ ng màng mà không mất đi yếu tố tách.

3.5.5.8. Polyaniline

Polyaniline (Pani) là một phần của một nhómđặc biệt đượ c gọi là polyme củaICP, polyme có nhiều tính chất thú vị. Paniđã nhận đượ c rất nhiều sự chú ýđặc biệtvì nó là chất ổn định môi trườ ng và có khả năng kích thíchđiện, quang học vàđiệntử. Nó là chất cực kỳ ổn định về nhiệt và là một hóa chất ổn định tuyệt vờ i. Cácemeraldine cơ sở (EB) hình thái của Pani có thể đượ c thêm một proton vào vớ i cácchất có tính axitđể tạo thành muối emeraldine (ES) vì vậy mở ra một loạt các cáchthayđổi khác nhauđể sử dụng trong thiết kế vật liệu choứng dụng tách khác nhau.

Hiệu suất bốc hơ i thẩm thấu trong việc loại bỏ nướ c của ethanol sử dụng màngpolyaniline xem xét trong phần nàyđượ c cho trong bảng 3.8.

Bảng 3.8. Loại bỏ nướ c khỏi ethanol sử dụng các vật liệu polyme khác [18]

Hỗn hợ pnhị phân (tỷ lệ khốilượ ng)

Màng hỗ trợ

Lớ p ngăncách


Hệ số phân ly


Nhiệtđộ(oC)

TLTK

EtOH/H2O(50:50)

Polyaniline Polyaniline - > 10,000 0,0013 - [84]

EtOH/H2O(50:50)

Polyaniline Polyaniline HCl doped 17maximum

> 0,0013 - [84]

IPA/H2O(90:10)

Polyaniline/ PAA

Polyaniline/PAA

- > 10,000 0,3 80 [85]

EtOH/H2O(90:10)

PVA PVA Glutaraldehyde, xt HCl

77,3 0,095 30 [86]

EtOH/H2O(90:10)

PVA/PAni0.78:0.22

PVA/PAni0.78:0.22

Glutaraldehyde, xt HCl

18,6 0,035 30 [86]

EtOH/H2O(90:10)

PVA/PAni0.73:0.27

PVA/PAni0.73:0.27


514,3 0,061 30 [86]

EtOH/H2O(90:10)

PVA/PAni0.52:0.48

PVA/PAni0.52:0.48


564,2 0,069 30 [86]

EtOH/H2O(50:50)

PAN,SStSA,HEMA

PAN, SStSA,HEMA

Copolymeised

2,2 0,65 30 [87]

EtOH/H2O(95:5)

Cellulose Octamethyltrisiloxane

Plasmagrafted

5,1 6,2 25 [88]

Từ bảng 3.8, ta có các nhận xét sau:




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




- Sự khuếch tán của ethanolđã đượ c nghiên cứu bở i Ball và cácđồng nghiệp[83], họ đã cho màng axit PAni pha tạp chất và màng vớ i các polyme axit trộn vớ inhau. Họ chỉ ra rằng mặc dù sự thấm đã đượ c tăng lên rất nhiều khi sử dụng chấtphụ gia nhưng sự chọn lọc của màngđối vớ i nướ c lớ n hơ n nhiều so vớ i màng Panikhông tạp chất. Sauđó họ đã chứng minh rằng tính chất của PAni pha tạp khôngliên tục vớ i thờ i gian vì chất phụ gia rất dễ bị hút ra khỏi màng trong quá trình sử dụng. Thay vàođó, trộn PAni vớ i các polyme có tính axit như axit polyamic hayPAAđể ngăn chặn hiệu ứng hút ra mặc dù những chất này không cho phép sự kíchthích khi trọng lượ ng phân tử thấp và dođó màng pha trộn sẽ thực hiệnở giữa PAnitạp chất và PAni không tạp chất. Tuy nhiên sự trưng bày này là không cố định. Tiếclà do một số công việc không rõ ràng và sự mâu thuẫn trong báo cáo về một chất

không thấm nên khôngđề cập đến những nhân tố tách biệt. Dođó thực sự rất khókhăn để hiểu đượ c những kết quả của bài viết này. Trong một cuộc trò chuyện vớ iBall và cộng sự cũng đã thuđượ c những kết luận tươ ng tự, họ đã trích dẫn dữ liệuvề hiệu suất rất chi tiết trên bảng 3.8.- Lee và cácđồng nghiệp đã sử dụng PAni pha tạp vớ i PAAđể thay màng tổnghợ p dùng cho tình trang mất nướ c của IPA. PAni pha tạp làm tăng tínhưa nướ c củaPAni chỉ ra rằng nó cóđộ bám dính vớ i nướ c cao hơ n trướ c vượ t qua cả IPA và dođó sự chọn lọc trong nướ c cao hơ n. Khi một màng hỗn hợ p đã đượ c chế tạo thấp

hơ n 30% khối lượ ng PAA thì hàm lượ ng nướ c thấm là khoảng 100 % khối lượ ngvớ i thông lượ ng là 0,3 kg-2h-1. Thậm chí ngay cả khi mức nướ c thấp, thông lượ ngthấm vào vẫn duy trì một lượ ng nướ c lớ n hơ n 85 % khối lượ ng. PAni chỉ định nàynhư một nguyên liệu tốt ổn định để chế tạo màngưa nướ c và chất lượ ng của PAAtạp chất mangđến một tiềm năng tách tuyệt vờ i.- Naidu và cộng sự đã sử dụng PAniđể nâng cao PVA bằng cách phân tán hạtPAni trong một mạng lướ i PVA. PAniđã đượ c tổng hợ p trong một hỗn hợ p dungdịch PVA pha loãng vớ i nhiều Aniline khác nhauđể sản xuất lượ ng lớ n PAniđadạng kết quả của việc côđúc hợ p chất và màng cuối cùng. Sauđó glutaraldehydeđãđượ c sử dụng để liên kết các màng vớ i HCI (là chất xúc tác cho quá trình này)aniline thấp dẫn đến các hạt PAni hình cầu đượ c hình thành trong màng PVA, nồngđộ cao hơ n làm gia tăng sự kết tụ của PAni. Khối lượ ng các màng tăng vớ i sự giatăng các hạt PAni vớ i màng tinh khiết PVAđượ c tìm thấy có khối lượ ng tự do thấpnhất. Hiện tại PAniở trong muối, pha tạp vớ i axit trong suốt quá trình tổng hợ p vàviệc tăng thông lượ ng là do việc tăng tínhưa nướ c trong màng PVA. Tuy nhiên

hiệu quả hoạt động của màng tế bào có vẻ không bị ảnh hưở ng theo thờ i gian như




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




việc đẩy tạp chất HCI làm thayđổi tínhưa nướ c của PAni và dođó việc ổn địnhhiệu suất lâu dài của màng vẫn còn là một vấn đề.

3.5.5.9. Các màng polyme khác

Chiang và Linđã sử dụng polyacrylonitrile (PAN) và sửa đổi nó bẳng việc tạothành hợ p chất trùng hợ p vớ i muối axit natri styrene fulfonic (SStSA) vàhydroxyelthyl methacrylate (HEMA). Họ nhận ra rằng việc tạo thành hợ p chất trùnghợ p đã cải thiện đặc tínhưa nướ c của PAN và tăng tỉ lệ phần trăm phân tử củaSStSA và HEMA trong quá trình tổng hợ p polyme dẫn đến tăng thông lượ ng thôngqua một màngđã đượ c tạo ra từ sự tổng hợ p của chất đồng trùng hợ p. tuy nhiêncũng giảm một chút trong quá trình chọn lọc. Họ kết luận rằng một hợ p chất polyme

vớ i thành phần của 92,5 / 3,75 / 3,75 mol % PAN/SStSA/HEMA tạo ra một loạipolyme cái màđượ c sử dụng để chế tạo một màng tế bào, cung cấp hiệu suất bốchơ i nướ c qua màng tốt nhất như là một sự cân bằng của thông lượ ng và yếu tố táchbiệt. Hiệu suất của màngđượ c xem xét trong phần nàyđượ c thể hiện chi tiết trongbảng 3.8 cùng vớ i dữ liệu hiệu suất của màng polyanilineđã đượ c mô tả trong phầntrướ c.

Matsuyama và cộng sự đã tạo ra một màngđượ c polyme hóa hợ p chất huyếttươ ng từ octamethyltrisiloxane (C8H24O2Si3) lắng đọng trên xenluloza. Họ đã sử

dụng một thông số huyết tươ ng w/fm, trongđó w là năng lượ ngđầu vào viết tắt củawatts, f là tỉ lệ dòng chảy đơ n phân (gm-2min-1) và M là trọng lượ ng phân tử đơ nphân có tỷ lệ lắng đọng là tỷ lệ thuận. Họ đã chỉ ra rằng việc tăng tham số này làmtăng cả mức độ liên kết ngang và lượ ng oxyđưa vào các polyme. Họ cũng kết nốinhững liên kết thực hiện các màng vớ i việc tăng w/fm và tăng tỉ lệ thẩm thấu như mongđợ i vớ i việc tăng màng có liên kết ngang. Các yếu tố tách biệt tối đa dãđạtđượ c tuy nhiênở mức độ thấp 5,1 và xảy ra tại w/fm. Tại đó tỉ lệ Si là tối thiểu. họ cũng đã kết luận rằng tham số plasma này là một công cụ hữu íchđối vớ i hiệu suấtcủa các màng có tươ ng quan vớ i nhau và dođó nó sẽ thú vị để quan sát sự so sánhnàyđượ c thực hiên trong sự hình thành màng tế bào khác lợ i dụng plasma ghép.

3.5.5.10. Loại bỏ nướ c khỏi ethanol sử dụng màng lọc vô cơ

Vật liệu vô cơ cung cấp một số lợ i thế đáng kể so vớ i những polyme như khả năng lưu giữ chất cao hơ n vàổn định nhiệt tốt hơ n so vớ i hầu hết các vật liệupolyme. Dođó màngđượ c làm từ vật liệu vô cơ (gốm) có thể hoạt độngở nhiệt độ

cao và trong các các dung môi, hóa chất mà có thể gây hại cho màng polyme. Nócho thấy một sự ổn định cơ học tốt hơ n và không bị phồng rộp và dođó đạt đượ c




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




một hiệu suất ổn định hơ n khi thayđổi nồng độ dòng nguyên liệu. Khả năng hoạtđộngở nhiệt độ cao vớ i thông lượ ng lớ n hơ n cũng làm giảm diện tích cần thiết củamàng trong quá trình hoạt động và là yêu cầu cần thiết cho một màng cao phân tử.Màng vô cơ sản xuất khó khăn hơ n nhiều so vớ i cấu trúc polyme mỏng của màngpolyme,điều này có thể gây ra vấn đề vớ i tính dễ vỡ trong một số trườ ng hợ p. Vậtliệu vô cơ có nhiềuưu điểm như tính trơ hoá học và dođó nó làm việc tốt hơ n trongmôi trườ ng các hợ p chất có hoạt tính cao và dung môi khắc nghiệt.

3.5.5.11. Ceramics (Gốm sứ )

Gốm sứ là vật liệu rất bền vàổn định khi hoạt động trong môi trườ ng có nhiệtcao và hóa chất vớ i nhiệt độ nóng chảy hơ n 1000oC và có khả năng hoạt độngở một

khoảng pH rộng trong bất kỳ dung môi hữu cơ nào. Nó cũng là vật liệu rất cứng vàổn định về mặt cơ học rất tốt. Màng gốm thườ ng bao gồm nhiều lớ p tươ ng tự như một màng cao phân tử tổng hợ p, nền gốm macroporous phủ một lớ p mỏng bột gốmphân tán hoặc dung dịch keo lỏng đượ c hình thành vàổn định trong quá trình nungkết. Hiệu suất bốc hơ i thẩm thấu trong việc loại bỏ nướ c của ethanol sử dụng mànggốm cho trong bảng 3.9.

Bảng 3.9. Loại nướ c khỏi ethanol sử dụng màng gốm [18]

Hỗn hợ p nhị phân(tỷ lệ khối lượ ng)

Màng hỗ trợ Lớ p ngăn cách Yếu tố tách

Thônglượ ng(kg m-2h-1)

Nhiệtđộ (oC)

TLTK

EtOH/H2O (96:4) Gốm hìnhống Cellulose acetate 4-11 - 25-65 [89]IPA/H2O(95.6:5.4) Gốm hìnhống Cellulose acetate 8-240 - 26-65 [89]IPA/H2O (95:5) γ-Alumina Silica 100 1.0 70 [90]n-Butanol/H2O (95:5) γ-Alumina Silica 250 3,0 75 [90]

MeOH/H2O (91:9) γ-Alumina Silica 10-15 0,2 60 [91]MeOH/H2O (98:2) γ-Alumina Silica 200 0,06 60 [91]

EtOH/H2O (91:9) γ-Alumina Silica 50 0,35 70 [91]EtOH/H2O (98:2) γ-Alumina Silica 160 0,15 70 [91]

IPA/H2O (95:5) γ-Alumina Silica 500 0,25 70 [91]IPA/H2O (90:10) α-Alumina Silica 73 0,65 80 [92]

IPA/H2O (90:10) α-Alumina Silica/zirconium10 mol%

300 0,86 80 [92]

IPA/H2O (90:10) α-Alumina Silica/zirconium30 mol%

27 0,67 80 [92]

IPA/H2O (90:10) α-Alumina Silica/titanium10mol%

400 0,78 80 [92]

IPA/H2O (90:10) α-Alumina Silica/aluminium

10 mol%

310 0,08 80 [92]

IPA/H2O (90:10) α-Alumina Silica/aluminium 90 0,31 80 [92]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




- Song và Hong[89] nghiên cứu phươ ng pháp bốc hơ i thẩm thấu hỗn hợ pethanol nướ c sử dụng màng gốm làm nền vớ i xelluloza axetat (CA) kết tủa trênhoặc phía bên trong hoặc bên ngoài của màng. SEM chụpảnh cho thấy một lớ p hoạtđộng không xốp và một lớ p trung gian phía trên của lớ p gốm xốp. Họ cho thấy rằngthông lượ ng tăng lên vớ i nhiệt độ nhưng tìm thấy khi sử dụng màng lọc vớ i CA lắngđọng trên bề mặt bên trong, các yếu tố tách biệt cũngđã đượ c tìm thấy để tăng nhiệtđộ vớ i thông lượ ng nướ c tinh khiết tăng hơ n so vớ i thông lượ ng ethanol vớ i nhiệtđộ ngày càng tăng. Họ đã không ghi rõ dữ liệu thông lượ ng cho việc tách nướ c hỗnhợ p dung môi và các yếu tố tách là thấp đối vớ i màng gốm dựa trên tối đa là 12. Họ kết luận rằng hoạt độngở nhiệt độ cao là dođó nênđể tối ưu hóa hiệu suất và giảmthiểu chi phí màng.

-

Cuperus và van Gemert[90.91] sản xuất màng silica gốm hìnhống và thựchiện loại bỏ nướ c của một số hỗn hợ p khác nhau bao gồm IPA, butanol và axitaxetic. Họ kết luận rằng đồ gốm là phù hợ p vớ i tình trạng loại nướ c của tất cả cáchỗn hợ p đượ c thử nghiệm và hoạt độngđó vớ i một số Reynolds làđiều kiện tách tốiưu khi dòng ngyên liệu khôngổn định.Điều này là do các dòng chảy hỗn loạn làmgiảm hiệu lực của những nơ i tập trung phân cực. Họ tìm thấy màng gốm là kháổnđịnh và hiệu suất làổn định trong khoảng 3 tháng. Tuy nhiên, tất cả các thử nghiệmđã đượ c thực hiện bằng một màng và dođó rất khóđể xácđịnh cách thức tái sản

xuất quá trình chuẩn bị màngđể cóđượ c hiệu quả tươ ng tự trong màng tiếp theo.- Sekuli và cộng sự [92] đã cố gắng cải thiện màng silica rỗng li ti hiện cóđể tạo ra một màng nhằm mục đích nâng cao khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao vàhiệu suất táchđể tăng số lượ ng cácứng dụng mà các màng có thể đượ c sử dụng chongành công nghiệp. Mục đích của họ nhằm để tăng phạm vi hoạt độngở môi trườ ngcó nồngđộ pH cao và nhiệt độ cao bằng cách thay thế lớ p α-Nhôm vớ i titan có maoquản trung bình kích thướ c từ 2-50nm. Họ cũng xem xét việc cải thiện sự ổn địnhhóa học của mao quản silic bằng cách thêm vào Al2O3, ZrO2 hoặc TiO2. Họ nhậnthấy rằng dùng phụ gia là các oxit hơ i cải thiện sự ổn định hóa học. Thông lượ nggiảm đáng kể khi sử dụng Al, nhưng phần còn lại cũng tươ ng tự như silica. Họ kếtluận rằng sự nghiên cứu thêm là cần thiết để hiểu làm thế nào các phụ gia ảnhhưở ngđến vi cấu trúc của màng. Tuy nhiên những thí nghiệm táchđạt đượ c làđángkhích lệ. Cetal[93] sauđó sử dụng dung dịch titan sekuli…đọng lại trênđĩ a phẳngcủa mao quản γ-Nhômα-Nhômđể sản xuất màng titan rỗng li ty vớ i kích thướ c lỗ khoảng 0,9 nm cho phươ ng pháp bốc hỏi thẩm thấu và lọc nano. Họ đã không thực

hiện nhiều thử nghiệm trên màng bốc hỏi thẩm thấu nhưngđã kết luận rằng có chọnlọc nướ c và dođó phù hợ p vớ i khử nướ c hữu cơ .




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




- Màng Silica sợ i gốm rỗngđượ c sản xuất bở i Peters và cộng sự. [94] Họ đã thử nghiệm việc loại bỏ nướ c của n-butanol. Màngđã đượ c chuẩn bị bằng cách phủ mộtlớ p γ-Al2O3 trên sợ i gốm rỗng như là lớ p trung gian mà một lớ p tách silica sauđóđượ c phủ bằng cách nhúng trong dung dịch keo polyme silica. Họ nhận thấy rằngcác màng có thông lượ ng lớ n khi loại nướ c một hỗn hợ p n-butanol nhưng cũng lưuý rằng thông lượ ng và yếu tố tách của màng giảm phần nào theo thờ i gian, nhưngkhi qua sự hoạt động của thiết bị này là không thể thử nghiệm phức tạp một cáchdài hạn, liên tục khở i động và dừng quá trình hoạt động, dođó sẽ khó khăn để phântích tầm quan trọng của việc giảm này. Họ cũng kiểm tra màng này cho tình trạngmất nướ c của DMF vớ i kết quả tươ ng tự.- Verkerk và các cộng sự [97.98] đã thử nghiệm một màng thươ ng mại từ ECN

cho tình trạng mất nướ c của iso-propanol và n-butanol. Họ tìm thấy các dòng chảythườ ng cao hơ n nhiều so vớ i màng polyme (0,4 - 2,8 kg m-2h-1) và các yếu tố táchdao động từ 300-1.800 khi khử nướ c của các rượ u khác nhau. Van Veen và cáccộng sự [99] cũng đã thử nghiệm màng và thấy nó cung cấp nhiều lợ i thế hơ n cácmàng polyme cho một sự hoạt động liên tục trong nhiều tuần và cho phép hoạt độngtại nhiệt độ cao hơ n nhiều so vớ i màng polyme (lênđến 300oC) vớ i thông lượ ng caohơ n nhiều trong khi lại cóđượ c yếu tố tách cao.Điều này cũng có ngh ĩ a là diện tíchbề mặt của màng có thể đượ c giảm xuống rất nhiều. Họ chú ý vào một trườ ng hợ p

nghiên cứu khử 30.000 lít nướ c / ngày vớ i dòng ethanol 95 %đến 99,9% và tínhtoán rằng khoảng 1000 m2 màng polymeở 80oC sẽ đượ c yêu cầu để thực hiện cácnhiệm vụ trong khi chỉ có 100 m2 của màng gốm sẽ đượ c sử dụngở nhiệt độ tươ ngtự vớ i bề mặt đượ c yêu cầu này giảm xuống còn một vài m2 khi nhiệt độ tăng lên100oC. Rõ ràng, sự gia tăng nhiệt độ này có liên quanđến chi phí nhưng sẽ đượ c bùđắp bằng việc giảm trong chi phíđể mua các màng và màng gốm cũng có thờ i gianhoạt động lâu hơ n màng polyme.- Màng gốm và zeolitđượ c so sánh bở i Sommer và Melin[100]. Họ đã thử nghiệm năm loại khác nhau của màng vô cơ thươ ng mại có sẵn trongđó bao gồm Avà T loại màng zeolit từ Mitsui và silica rỗng li ty từ ECN và Pervatech. Họ đã thử nghiệm tất cả bốn màng trong hơ n 30 dehydrations dung môi vàđã đưa ra kết luậnchung rằng việc xếp hạng màng về yếu tố tách biệt giảm từ zeolit A > zeolit T >Pervatech silica > ECN silica trên tất cả các dung môi thử nghiệm. Tuy nhiên, trongbảng xếp hạng về thông lượ ng, thứ tự là ngượ c lại. Họ tìm thấy sự ổn định hóa họccủa tất cả các màngđượ c thử nghiệm trong các dung môi aprotic là tuyệt vờ i và là

một nghiên cứu thú vị trongđiều kiện so sánh các màng gốm và zeolit. Các kết quả cho màng thử nghiệm trong việc loại nướ c ethanol và IPA có thể đượ c tìm thấy




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




trong bảng 3.10 nhưng dữ liệu cho các dung môi bổ sung có thể đượ c tìm thấy trongcác tạp chí.- Một màng silica rỗng li ty từ Pervatech cũng đã đượ c thử nghiệm cho tìnhtrạng mất nướ c của isopropanol bở i Casado và các cộng sự [101]. Họ trình bày chitiết một phụ thuộc theo cấp số nhân giữa dòng nướ c và hoạt động của nướ c trongdòng nguyên liệu và vì thế mà hoạt động tại nhiệt độ cao hơ n cho thấy một thônglượ ng cải thiện rõ rệt vớ i chỉ giảm nhẹ hàm lượ ng nướ c tổng thể trongđó thấm vẫncòn khoảng 99,5 % khối lượ ng. Họ đã sử dụng các dữ liệu thu thập đượ c để pháttriển một mô hình mà có thể đượ c sử dụng để hỗ trợ việc thiết kế một thiết bị táchnướ c lớ n hơ n trên quy mô công nghiệp bằng cách sử dụng màng Pervatech.- Urtiaga và cộng sự [102]sau đó tiếp tục phát triển màng bốc hơ i thẩm thấu

của mình bằng phươ ng pháp phủ một lớ p keođặc quánh. Một số giải phápđã đượ csản xuất có chứa tetra-ethoxy silane và zirconi tetra-ethoxy silane và zirconi tetra-n-butoxit như tiền thân của sản xuất màng SiO2-ZiO2-50%. Một miếng vải tẩm vớ imột dung dịch pha loãng của một dung dịch keo sauđó đã đượ c liên kết vớ i các bề mặt đã đượ c đun nóngđến nhiệt độ 160-180oC, gây ra một lớ p rất mỏng đượ c đặtvào mỗi lần vớ i lớ p phủ, đồng thờ i làm khô và sauđó đượ c gia nhiệt ở 450oC tronglò từ 10-20 phút.Điều này sauđó đã đượ c lặp đi lặp lại nhiều lần cho mỗi lần phủ keo tiếp theo. Sauđó, họ so sánh kết quả vớ i những kết quả đã đạt đượ c khi sử dụng

các mẫu vớ i mục đích thươ ng mại của màng silica từ Pervatech và Sulzer. Có mộtsố biến thể trong hoạt động màng từ một màng khác tuy nhiên tất cả các thử nghiệmsản xuất màng thấm nướ c có hàm lượ ng 95 % khối lượ ng nướ c hoặc lớ n hơ n trênphạm vi nồng độ nướ c và nhiệt độ nghiên cứu, cho thấy màng có thể đạt đượ c hiệusuất tốt. Họ cho thấy thông lượ ng nướ c cao hơ n các màng thươ ng mại tuy nhiên cómột số khác biệt trongđiều kiện thử nghiệm dođó Pervatch và màng Sulzer nênđượ c tái kiểm tra lại cácđiều kiện giống hệt nhauđể cho phép so sánh công bằnghơ n.- Một chất vô cơ α-Nhômđượ c sử dụng bở i Peters và cộng sự [103] sauđó họ xây dựng lớ p α-Nhômđể sản xuất một bề mặt nhẵn mà họ có thể phủ một lớ p cựckỳ mỏng PVA, chỉ dày 0,5-0,8 µm. Màng lai hữu cơ / vô cơ đạt đượ c hiệu suất táchtốt khi bị mất nướ c một loạt các loại rượ u khác nhau, không giống như màng chỉ duy nhất PVA, sự phồng rộp không trở thành một vấn đề mà họ tin rằng có thể là dosự tươ ng tác của các lớ p mỏng vớ i bề mặt vô cơ , ngăn ngừa đượ c sự phồng rộp đó.Sẽ rất thú vị nếu có vật liệu polyme khác và hỗn hợ p đó cho thấy hiệu quả đáng

khích lệ khi đượ c thử nghiệm như màng dàyđặc nhưng thông lượ ng thấp và xácđịnh nếu một lớ p mỏng hơ n rất nhiều có thể tạo thành một màng cân bằng.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




3.5.5.12. Zeolit

Zeolit (aluminasilicates) cung cấp một nền tảng tốt cho sự tách biệt vật chất dosự sắp đặt cấu trúc một cách trật tự. Cấu trúc của chúng là những lỗ nhỏ li ti có thể

thayđổi kích thướ c đó tùy thuộc vào từng loại zeolit chính xác vớ i khuôn khổ củachúng có chứa nhôm, oxy và silicon. Một số lượ ng lớ n các zeolit khác nhau có cấutrúc tồn tại vớ i nhômđể tỷ lệ silica và kích thướ c mao quản khác nhau, từ khoảng 3-8 Angstroms. Loại zeolit A có cấu trúc 3D và chứa cation dođó chúng rất ưa nướ c.Vớ i polyelectrolytes, hiện tại cation quyết định về các thuộc tính của vật liệu. Ionkali (K+) có chứa zeolit là 3A, Na+ Loại 4A và Ca2+ loại 5A. Các loại zeolit có cấutrúc 2D như ZSM-5 và silicalite hoàn toànđượ c làm từ silic và oxy không có nhôm.Hiệu suất bốc hoi thẩm thấu trong quá trình loại bỏ nướ c ethanol của màng zeolitdựa theo bảng 3.10.

Bảng 3.10. Sử dụng màng zeolitđể loại bỏ nướ c khỏi ethanol [18]

Hỗn hợ p nhị phân(tỷ lệ khối lượ ng) Màng hỗ trợ Lớ p ngăn cách

Yếu tố tách


Nhiệtđộ (0C) TLTK

EtOH/H2O (95:5) UV-irradiatedTiO Zeolit A

Up to54,000 0,86 45 [105]

EtOH/H2O (90:10 coated metal Zeolit A 10.000 2,15 75 [106]

EtOH/H2O (90:10 α-Alumina Zeolit X 360 0,89 75 [106]EtOH/H2O(90:10 α-Alumina Zeolit Y 130 1,59 75 [106]EtOH/H2O (90:10 α-Alumina Zeolit T 830,4400 0,81-0,60 75 [106]EtOH/H2O (95:5) α-Alumina NaA Zeolit >5000 2,35 95 [107.108]EtOH/H2O (90:10 Mullite,

Al2O3,cristobalite

Al2O3:SiO2:Na2O:H2O 1:2:2:120,

zeolit NaA10.000 2,15 75 [109]

EtOH/H2O (95:5)

α-Alumina

Al2O3:SiO2:Na2O:

H2O 1:2:2:120,zeolit NaA 16.000 1,10 75 [109]

EtOH/H2O (90:10α-Alumina

Al2O3:SiO2:Na2O:H2O 1:2:2:120,

zeolit NaA2100 0,57 50 [109]

EtOH/H2O (95:5)α-Alumina

Al2O3:SiO2:Na2O:H2O 1:2:2:120,

zeolit NaA2500 0,23 50 [109]

n-Propanol/H2O(95:5) α-Alumina

Al2O3:SiO2:Na2O:H2O 1:2:2:120,

zeolit NaA

18.000 1,91 75 [109]




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




Từ bảng 3.10, ta rút ra:

- Chau và cộng sự [104] nghiên cứu tầm quan trọng của việc chế tạo nền móngtrướ c khi cố gắng phát triển zeolit cho thấy sự xuất hiện của chất lắng carbon hoặc

chất gây ô nhiễm bề mặt khác gây bất lợ i ảnh hưở ngđến mầm zeolit . Phảnứng làmgiảm tác dụng của bề mặt hóa học về sự hình thành zeolit cho phép sự phát triểnzeolit ngay lập tức và cũng cho phép sự lắng đọng của zeolit vào một phạm vi rộnglớ n hơ n của vật liệu nền. Họ nhận thấy rằng bằng cách phủ bề mặt nền vớ i một kimloại mỏng hoặc lớ p oxit kim loại, họ có thể kiểm soát số lượ ng và loại các vị trí cósẵn mầm trên bề mặt nền vàđiều này cho phép lặp lại tốt hơ n. Kỹ thuật đó đã đượ csử dụng bở i Van Den Berg và cộng sự [105] màng zeolit Ađượ c tổng hợ p bằngcách chiếu một tia xạ UV lên bề mặt kim loại tráng TiO2. Zeolit Ađượ c chọn vì nólà một vật liệu thấm nướ c, có tỷ lệ Si / Al thấp. Sự gia tăng trong nhóm Ti-OH dosự bức xạ tia cực tím cải thiện tínhưa nướ c. Tuy nhiên họ đã có vấn đề vớ i khả năng tái sinh giữa các lô khác nhau của màng do sai sót trong cấu trúc nền. Họ tínhtoán cho các kích cỡ lỗ nhỏ của nền (< 1,6 nm) chỉ để nướ c có thể đi qua nhưngđốivớ i kích thướ c mao quản lỗ lớ n, ethanol cũng có thể đi qua các lỗ mao quản. Họ giải thích rằng ở nồng độ nướ c thấp hơ n, tính chọn lọc giảm, những lỗ mao quảnlớ n hơ n đã đượ c lấp đầy bở i nướ c. Khi hoạt độngở một hàm lượ ng nướ c ngày càngít đi, hàm lượ ng ethanol ngày càng lớ n thì sẽ gia tăng khả năng thẩm thấu ethanolqua màng.- Tanaka và cộng sự [106] sử dụng màng thủy nhiệt zeolit Tđượ c tổng hợ p trênmột nền α-nhômđể tăng cườ ng một phảnứng este hóa giữa ethanol và axit acetic…Họ đã thử nghiệm các zeolit A, X, Y và T cho khả năng mất nướ c ethanol như mộtphần của sự nghiên cứu của họ đối vớ i điều tra việc tăng cườ ng quá trình este hóaaxit axetic. Nghiên cứu của họ chỉ ra rằng kiểu màng zeolit T không chỉ cung cấptính tách mong muốn cho tình trạng mất nướ c của rượ u mà cũngổn định trong axit

axetic và có thể đượ c sử dụng trong việc tăng cườ ng phảnứng.- Kondo và cộng sự [107] sử dụng màng zeolit NAA hìnhống bằng cách thủynhiệt trên một nền hìnhống. Họ đã thử nghiệm trên các nền ống khác nhauđể xácđịnh hiệu quả của sựu hoạt động màng sao cho tốt nhất. Một loại dung dịch keođãđượ c chuẩn bị bao gồm các silicat natri, hydroxit nhôm, natri hydroxit và ion nướ ckhử. Nềnống mà zoelitđượ c phủ lênđã đượ c đánh bóng bằng giấy SiC và phủ mộtlớ p tinh thể hạt mầm zeolit. Nền sauđó đượ c đặt trong gel và thủy nhiệt điều trị chuẩn bị thực hiện cho 3,5 giờ ở 100oC, loại bỏ và sấy khô. Tính thấm tăng vớ i sự gia tăng hàm lượ ng nhôm trong nền vàđạt đượ c một hằng số ở mức khoảng 70 %




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




khối lượ ng Al2O3. Họ cho thấy yếu tố tách cao có thể đạt đượ c khi hàm lượ ng nướ clà 5-10 % trọng lượ ng, tuy nhiên sẽ giảm đáng kể khiđạt 1 % khối lượ ng. Họ khôngcung cấp bất kỳ lờ i giải thích nào cho hiện tượ ng này, mặc dùđiều này giống vớ inhững quan sát của Van Den Berg và cộng sự [105].- Việc sử dụng màng zeolit trong ngành công nghiệp đầu tiênđượ c báo cáo bở iMorigami và cộng sự [108] trong một nhà máy sản xuất màng bốc hỏi thẩm thấuvớ i công suất 420 kg h-1 của 99,8 % khối lượ ng ethanol… Nhà máy làm giảm hàmlượ ng nướ c xuống 10-0,2 % khối lượ ng, hoạt động tại 120oC và bao gồm 16 modulemỗi cái chứa 125độ dài của màng zeolit vớ i mỗi diện tích bề mặt hoạt động hiệuquả khoảng 0,003 m2 cho một khu vực màng tổng cộng khoảng 5,8 m2. Màngđượ csản xuất cùng một cách như Kondo và cộng sự [107] bằng cách phát triển các zeolit

NAA thủy nhiệt trên bề mặt của một nền xốp mà sauđó đã đượ c gỡ bỏ sau 3-4 giờ xử lý. Nhà máy thực hiện trên thông số kỹ thuật thiết kế và hiệu suất của màngđãđượ c thử nghiệm hơ n 400 giờ đối vớ i việc loại nướ c khỏi ethanol và xuất hiện liêntục cho thấy không có dấu hiệu giảm thông lượ ng. Đây là một dấu hiệu tốt màphươ ng pháp nàyđượ c sử dụng bở i Kondo và cộng sự và là tái sản xuất kể từ khi họ có đã có thể tổng hợ p đầy đủ ống dùng trong công nghiệp và hệ thống màng này cóthể sử dụngđượ c trong công nghiệp.

3.6. Tổng kết, đánh giá kết quả

Chúng ta thấy rằng có rất nhiều các phươ ng pháp sản xuất màng thẩm thấu để loại bỏ nướ c của ethanol. Mỗi phươ ng phápđều có nhữngưu và nhượ c điểm riêng.Dođó, chúng ta có thể lựa chọn phươ ng pháp phù hợ p vớ i cácđiều kiện tự nhiên,các vị trí địa lý sao cho có thể phát huyđượ c tínhưu việt của mỗi phươ ng phápđể sử dụng trong việc sản xuất ethanol nguyên liệu sinh học.

Ư u điểm khi sử dụng phươ ng pháp lọc màngđể loại bỏ nướ c khỏi ethanol:- Ethanol thươ ng phẩm có chất lượ ng cao vàổn định;- Loại bỏ hoàn toàn khả năng gây ô nhiễm môi trườ ng;- Tốn ít năng lượ ng tiêu thụ;- Ethanol mất mát rất ít;- Khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao;- Thờ i gian sống của xúc tác dài;- Giảm tiêu thụ năng lượ ng cho quá trình chưng cất khoảng 20%.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




KẾT LUẬN

Sau hơ n 15 tuần nổ lực làm việc, đề tài “tìm hiểu quá trình loại nướ c khỏiethanol sử dụng công nghệ màng lọc” đã đượ c hoàn thành.Đồ án đã giải quyết

đượ c các vấn đề sau:- Tìm hiểu đượ c tình hình sử dụng, nghiên cứu và sản xuất ethanol trên thế giớ ivà Việt Nam.- Lợ i ích của việc sử dụng nhiên liệu sinh học.- Tìm hiểu đượ c các phươ ng pháp loại nướ c khỏi ethanol,đánh giáưu và nhượ cđiểm của từng phươ ng pháp.- Tìm hiểu công nghệ màng: Phân loại, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo vàứng

dụng của mỗi loại màng trong các công việc cụ thể. Đặt biệt là màng bốc hơ i thẩmthấu đã đượ c tìm hiểu rất kỹ cách chế tạo để giúp cho việc loại nướ c khỏi ethanol.Qua những nghiên cứu và tìm hiểu tôi nhận thấy việc sử dụng màng gốm sứ

(ceramic) vớ i chất liệu là silicalite vớ i lớ p gốm silica làm nền. Màng sử dụng vậtliệu này cho ta nhiềuưu điểm so vớ i màng polyme:- Bền và hoạt động ổn định ở môi trườ ng có nhiệt độ cao (1000oC) vàở mộtkhoảng pH rộng trong bất kỳ dung môi nào.- Cứng vàổn định về mặt cơ học tốt.

- Các thông số tách và thông lượ ng cao hơ n so vớ i vật liệu polyme,- Diện tích màng giảm đáng kể so vớ i màng polyme nếu cùng khử một lượ ngnướ c như nhau.

Do những hạn chế về kiến thức và thờ i gian hạn hẹp nênđồ án chưa thựcnghiệm để xácđịnh đượ c tính chính xác và cụ thể của phươ ng pháp sử dụng màngbốc hơ i thẩm thấu cho việc loại nướ c khỏi ethanol. Tuy nhiên qua nghiên cứu chothấy phươ ng pháp có nhiềuưu điểm rất lớ n và rất khả thi nếu đượ c nghiên cứu tiếp.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt[1] http://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%8Atanol

[2] http://en.wikipedia.org[4] www.pvoil.com.vnhttp://www.cesti.gov.vn/th-gi-i-d-li-u/s-d-ng-ethanol-lam-nhi-n-li-u.html[5] http://www.asiacreative.vn/tinh-hinh-san-xuat-va-tieu-thu-ethanol-tren-the-gioi/[3] http://hoahocngaynay.com/en/hoa-hoc-hien-dai/nhien-lieu-sinh-hoc/1769-tim-hieu-them-ve-nhien-lieu-sinh-hoc.html[6] http://www.asiacreative.vn/san-xuat-ethanol-the-gioi/[7] http://vpqppl4.moj.gov.vn[8] KS. Nguyễn Văn Phướ c Kỹthuật sản xuất rượ u etylic-Bộ lươ ng thực và thựcphẩm[9] http://www.vast.ac.vn/tin-tuc-su-kien/tin-khoa-hoc-cong-nghe-tong-hop/tin-khoa-hoc-cong-nghe-trong-nuoc/1129-s-n-xu-t-c-n-nhien-li-u-b-ng-cong-ngh-ray-phan-t[10] Pgs. TS. Nguyễn Đ ình Thưở ng, TS. Nguyễn Thanh HằngCông nghệsản xuất và kiểm tra cồn etylic-Nhà xuất bản khoa học và kỹthuật.[11] Đồ án tốt nghiệp đại học “ Nghiên c ứ u t ổ ng quan kh ả năng sản xuấ t và s ử d ụng ethanol làm nhiên li ệu xăng E10 cho động cơ ”- Đinh Văn Quang LHD k52[12] http://hoahoc.info/baiviet/2420[13] http://www.asiacreative.vn/san-xuat-ethanol-the-gioi/[14]http://www.vfej.vn/vn/3409n/phat-trien-cong-nghe-mang-loc-xu-ly-nuoc-thai.html[15] http://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%8Atanol[16] http://www.mtrinc.com/faq.html

[17] KS. Nguyễn Văn Phướ c Kỹthuật sản xuất rượ u etylic-Bộ lươ ng thực và thựcphẩmTiếng anh[18] Journal of Membrane Science 318 (2008) 5–37- journal homepage:www.elsevier.com/locate/memsciTài liệu tham khảo thông qua tài liệu [18][19] F. Lipnizki, R.W. Field, P.-K. Ten, Pervaporation-basedhybridprocess: areview of process design, applications and economics, J. Membr. Sci. 153 (1999)183




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




[20] W.S. Winston, H. Kamalesh, K. Sirkar, Membrane Handbook, Chapman &Hall, 1992.[21] M. Mulder, Basic Principals of Membrane Technology, Kluwer AcademicPress, AA Dordrecht, 1996.[22] P. Shao, R.Y.M. Huang, Polymeic membrane pervaporation, J. Membr. Sci.287 (2007) 162.[23] D. Hofmann, L. Fritz, D. Paul, Molecular modelling of pervaporationseparation of binary mixtures with polymeic membranes, J. Membr. Sci. 144 (1998)145.[24] L.H. Horsley, Azeotropic Data-III, in: R.F. Gould (Ed.), Advances inChemistry Series 116, American Chemical Society, Washington, D.C., 1973, p. 15.

[25] L.H. Horsley, Azeotropic Data-III, in: R.F. Gould (Ed.), Advances inChemistry Series 116, American Chemical Society, Washington, D.C., 1973, p. 18.[26] S. Chemtech, Pervaporation Membranes for Organic Separation Instructionsfor Storage, Handling and Commissioning, Sulzer Chemtech GmbH.[27] R.Y.M. Huang, Pervaporation Membrane Separation Processes, MembraneScience and Technology Series 1, Elsevier, Amsterdam, 1991.[28] L. Liang, E. Ruckenstein, Polyvinyl alcohol-polyacrylamide interpemetratingpolyme network membranes and their pervaporation characteristics for ethanol–

water mixtures, J. Membr. Sci. 106 (1995) 167[29] E. Ruckenstein, L. Liang, Pervaporation of ethanol–water mixtures throughpolyvinyl alcohol-polyacrylamide interpenetrating polyme network membranesunsupported and supported on polyethersulfone ultrafiltration membranes: acomparison, J. Membr. Sci. 110 (1996) 99.[30] E. Ruckenstein, L. Liang, Poly(acrylic axit)-poly(vinyl alcohol) semi- andinterpenetrating polyme network pervaporation membranes, J. Appl. Polym. Sci. 62(1996) 973.[31] A. Yamasaki, T. Iwatsubo, T. Masuoka, K. Mizoguchi, Pervaporation ofethanol/water through a poly(vinyl alcohol)/cyclodextrin (PVA/CD) membrane, J.Membr. Sci. 89 (1994) 111.[32] W.-Y. Chiang, Y.-H. Lin, Properties of modified poly(vinyl alcohol)membranes prepared by the grafting of new polyelectrolyte copolymes for water–ethanol mixture separation, J. Appl. Polym. Sci. 86 (2002) 2854.[33] M. Rafik, A. Mas, M.-F. Guimon, C. Guimon, A. Elharfi, F. Schul´ e,

Plasmamodified poly(vinyl alcohol) membranes for the dehydration of ethanol,Polym. Int. 52 (2003) 1222.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




[34] M.L. Gimenes, L. Liu, X.S. Feng, Sericin/poly(vinyl alcohol) blendmembranes for pervaporation separation of ethanol/water mixtures, J. Membr. Sci.295 (2007) 71.[35] J. Ge, Y. Cui, Y. Yan, W. Jiang, The effect of structure on pervaporation ofchitosan membrane, J. Membr. Sci. 165 (2000) 75.[36] W. Zhang, G.W. Li, Y.J. Fang, X.P. Wang, Maleic anhydride surface-modification of crosslinked chitosan membrane and its pervaporation performance,J. Membr. Sci. 295 (2007) 130.[37] A. Chanachai, R. Jiraratananon, D. Uttapap, G.Y. Moon, W.A. Anderson,R.Y.M. Huang, Pervaporation with chitosan/hydroxyethylcellulose (CS/HEC)blended membranes, J. Membr. Sci. 166 (2000) 271.

[38] R. Jiraratananon, A. Chanachai, R.Y.M. Huang, D. Uttapap, Pervaporationdehydration of ethanol–water mixtures with chitosan/hydroxyethylcellulose(CS/HEC) composite membranes. 1. Effect of operating conditions, J. Membr. Sci.195 (2002) 143[39] R. Jiraratananon, A. Chanachai, R.Y.M. Huang, Pervaporation dehydration ofethanol–water mixtures with chitosan/hydroxyethylcellulose (CS/HEC) compositemembranes. 2. Analysis of mass transport, J. Membr. Sci. 199 (2002) 211.[40] J.-J. Shieh, R.Y.M. Huang, Pervaporation with chitosan membranes. 2. Blend

membranes of chitosan and polyacrylic axit and comparison of homogeneous andcomposite membrane based on olyelectrolyte complexes of chitosan and polyacrylicaxit for the separation of ethanol–water mixtures, J. Membr. Sci. 127(1997)185.[41] S.Y. Nam, Y.M. Lee, Pervaporation and properties of chitosan-poly(acrylicaxit) complex membranes, J. Membr. Sci. 135 (1997) 161.[42] Y.M. Lee, S.Y. Nam, D.J. Woo, Pervaporation of ionically surface crosslinkedchitosan composite membranes for water–alcohol mixtures, J. Membr. Sci.133(1997)103.[43] R.Y.M. Huang, R. Pal, G.Y. Moon, Crosslinked chitosan composite membranefor the pervaporation dehydration of alcohol mixtures and enhancement ofstructural stability of chitosan/polysulfone composite membranes, J. Membr. Sci.160 (1999) 17.[44] A. Svang-Ariyaskul, R.Y.M. Huang, P.L. Douglas, R. Pal, X. Feng, P. Chen,L. Liu, Blended chitosan and polyvinyl alcohol membranes for the pervaporationdehydration of isopropanol, J. Membr. Sci. 280 (2006) 815.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




[45] K. Rao, M.C.S. Subha, M. Sairam, N.N. Mallikarjuna, T.M. Aminabhavi,Blend membranes of chitosan and poly(vinyl alcohol) in pervaporation dehydrationof isopropanol and tetrahydrofuran, J. Appl. Polym. Sci. 103 (2007) 1918.[46] Y.L. Liu, C.H. Yu, K.R. Lee, J.Y. Lai, Chitosan/poly(tetrafluoroethylene)composite membranes using in pervaporation dehydration processes, J. Membr. Sci.287 (2007) 230.[47] C.K. Yeom, J.G. Jegal, K.H. Lee, Characterization of relaxation phenomenaand permeation behaviors in sodium alginate membrane during pervaporationseparation of ethanol–water mixture, J. Appl. Polym. Sci. 62 (1996) 1561.[48] C.K. Yeom, K.-H. Lee, Vapour permaeation of ethanol–water mixtures usingsodium alginate membranes with crosslinking gradient structure, J. Membr. Sci. 135

(1997) 225[49] C.K. Yeom, K.H. Lee, Characterization of permeation behaviors of ethanol–water mixtures through sodium alginate membrane with crosslinking gradientduring pervaporation separation, J. Appl. Polym. Sci. 69 (1998) 1607.[50] C.K. Yeom, K.H. Lee, Characterization of sodium alginate and poly(vinylalcohol) blend membranes in pervaporation separation, J. Appl. Polym. Sci. 67(1998) 949.[51] C.K. Yeom, K.H. Lee, Characterization of sodium alginate membrane

crosslinked with glutaraldehyde in pervaporation separation, J. Appl. Polym. Sci. 67(1998) 209.[52] R.Y.M. Huang, R. Pal, G.Y. Moon, Characteristics of sodium alginatemembranes for the pervaporation dehydration of ethanol–water and isopropanol–water mixtures, J. Membr. Sci. 160 (1999) 101.[53] R.Y.M. Huang, R. Pal, G.Y. Moon, Pervaporation dehydration of aqueousethanol and isopropanol mixtures through alginate/chitosan two ply compositemembranes supported by poly(vinylidene fluoride) porous membrane, J. Membr.Sci. 167 (2000) 275.[54] M.D. Kurkuri, U.S. Toti, T.M. Aminabhavi, Syntheses and characterization ofblend membranes of sodium alginate and poly(vinyl alcohol) for the pervaporationseparation of water + isopropanol mixtures, J. Appl. Polym. Sci. 86 (2002) 3642.[55] Y.Q. Dong, L. Zhang, J.N. Shen, M.Y. Song, H.L. Chen, Preparation ofpoly(vinyl alcohol)-sodium alginate hollow-fiber composite membranes andpervaporation dehydration characterization of aqueous alcohol mixtures,

Desalination 193 (2006) 202.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




[56] S. Kalyani, B. Smitha, S. Sridhar, A. Krishnaiah, Separation of ethanol–watermixtures by pervaporation using sodium alginate/poly(vinyl pyrrolidone) blendmembrane crosslinked with phosphoric axit, Ind. Eng. Chem. Res. 45 (2006) 9088.[57] C.-S. Hsu, R.M. Liou, S.-H. Chen, M.-Y. Hung, H.-A. Tsia, J.-Y. Lai,Pervaporation separation of a water–ethanol mixture by PSF-PEG membrane, J.Appl. Polym. Sci. 87 (2003) 2158.[58] K.S. Kim, K.H. Lee, K. Cho, C.E. Park, Surface modification of polysulfoneultrafiltration membrane by oxygen plasma treatment, J. Membr. Sci. 199 (2002)135.[59] M.L. Steen, L. Hymas, E.D. Havey, N.E. Capps, D.G. Castner, E.R. Fisher,Low temperature plasma treatment of asymmetric polysulfone membranes for

permanent hydrophilic surface modification, J. Membr. Sci. 188 (2001) 97.[60] S.-H. Chen, K.-C. Yu, S.-S. Lin, D.-J. Chang, R.M. Liou, Pervaporationseparation of water/ethanol mixture by sulfonated polysulfone membrane, J.Membr. Sci. 183 (2001) 29.[61] M.-Y. Hung, S.-H. Chen, R.-M. Liou, C.-S. Hsu, J.-Y. Lai, Pervaporationseparation of a water/ethanol mixture by a sodium sulfonate polysulfone membraneJ. Appl. Polym. Sci. 90 (2003) 3374.[62] M.Y. Hung, S.H. Chen, R.M. Liou, C.S. Hsu, H.A. Tsia, J.Y. Lai,

Pervaporation separation of water/ethanol mixture by TGN/PSF blendingmembrane, Eur. Polym. J. 39 (2003) 2367.[63] H.A. Tsai, M.J. Hong, G.S. Huang, Y.C. Wang, C.L. Li, K.R. Lee, J.Y. Lai,Effect of DGDE additive on the morphology and pervaporation performances ofassymetric PSf hollow fiber membranes, J. Membr. Sci. 208 (2002) 233.[64] J.-H. Kim, K.-H. Lee, S.Y. Kim, Pervaporation separation of water fromethanol through polyimide composite membranes, J. Membr. Sci. 169 (2000) 81.[65] K. Okamoto, N. Tanihara, H. Watanabe, K. Tanaka, H. Kita, A. Nakamura, Y.Kusuki, K. Nakagawa, Vapor Permeation and pervaporation separation of water–ethanol mixtures through polyimide membranes, J. Membr. Sci. 68 (1992) 53.[66] H. Yanagishita, C. Maejima, D. Kitamoto, T. Nakane, Preparation ofasymmetric polyimide membrane for water/ethanol separation in pervaporation bythe phase inversion process, J. Membr. Sci. 86 (1994) 231.[67] X.Y. Qiao, T.S. Chung, Fundamental characteristics of sorption, swelling, andpermeation of P84 co-polyimide membranes for pervaporation dehydration of

alcohols, Ind. Eng. Chem. Res. 44 (2005) 8938.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




[68] X.Y. Qiao, T.S. Chung, K.P. Pramoda, Fabrication and characterization ofBTDATDI/MDI (P84) co-polyimide membranes for the pervaporation dehydrationof isopropanol, J. Membr. Sci. 264 (2005) 176.[69] X.Y. Qiao, T.S. Chung, Diamine modification of P84 polyimide membranesfor pervaporation dehydration of isopropanol, AIChE J. 52 (2006) 3462.[70] Y.C. Wang, Y.S. Tsai, K.R. Lee, J.Y. Lai, Preparation and pervaporationperformance of 3,3-bis 4-(4-aminophenoxy)phenyl phthalide based polyimidemembranes, J. Appl. Polym. Sci. 96 (2005) 2046.[71] Y.X. Xu, C.X. Chen, J.D. Li, Experimental study on physical properties andpervaporation performances of polyimide membranes, Chem. Eng. Sci. 62 (2007)2466.

[72] C.L. Li, K.R. Lee, Dehydration of ethanol/water mixtures by pervaporationusing soluble polyimide membranes, Polym. Int. 55 (2006) 505. [60] K.-R. Lee, R.-Y. Chen, J.-Y. Lai, Plasma deposition of vinyl acetate onto Nylon-4[73] K.-R. Lee, R.-Y. Chen, J.-Y. Lai, Plasma deposition of vinyl acetate ontoNylon-4 membrane for pervaporation and evapomeation separation of aqueous alco-hol mixtures, J. Membr. Sci. 75 (1992) 171.[74] J.-J. Shieh, R.Y.M. Huang, Chitosan/N-methylol Nylon-6 blend membranes forthe pervaporation separation of ethanol–water mixtures, J. Membr. Sci. 148 (1998)

243.[75] W.-H. Chan, C.-F. Ng, S.-Y. Lam-Leung, X. He, O.-C. Cheung, Water–alcoholseparation by pervaporation through poly(amide-sulfonamide)s (PASAs)membranes, J. Appl. Polym. Sci. 65 (1997) 1113.[76] C.-D. Ihm, S.-K. Ihm, Pervaporation of water–ethanol mixtures throughsulfonated polystyrene membranes prepared by plasma graft-polymeization, J.Membr. Sci. 98 (1995) 89.[77] J.-W. Rhim, S.-W. Lee, Y.-K. Kim, Pervaporation separation of water-ethanolmixtures using metal-ion-exchanged poly(vinyl-alcohol) (PVA)/sulfosuccinic axit(SSA) membranes, J. Appl. Polym. Sci. 85 (2002) 1867[78] I. Cabasso, Z.-Z. Liu, The permaselectivity of ion-exchange membranes fornon-electrolyte liquid mixtures. 1. Separation of alcohol/water mixtures with Nafionhollow fibers, J. Membr. Sci. 24 (1985) 101.[79] Z.-K. Xu, Q.-W. Dai, Z.-M. Liu, R.-Q. Kou, Y.-Y. Xu, Microporouspolypropylene hollow fiber membrane. Part 2. Pervaporation separation of

water/ethanol mixtures by the poly(acylic axit) grafted membranes, J. Membr. Sci.214 (2003) 71.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN




[92] J. Sekuli, M.W.J. Luiten, J.E. ten Elshof, N.E. Benes, K. Keizer, Microporoussilica and doped silica membrane for alcohol dehydration by pervaporation,Desalination 148 (2002) 19.[93] J. Sekuli´ c, J.E. ten Elshof, D.H.A. Blank, A microporous titania membranefor nanofiltration and pervaporation, Adv. Mater. 16 (2004) 1546[94] T.A. Peters, J. Fontalvo, M.A.G. Vorstman, N.E. Benes, R.A. van Dam, Z.Vroon, E.L.J. van Soest-Vercammen, J.T.F. Keurentjes, Hollow fibre microporoussilica membranes for gas separation and pervaporation—synthesis, performance andstability, J. Membr. Sci. 248 (2005) 73.[95] T. Gallego-Lizon, E. Edwards, G. Lobiundo, L.F.d. Santos, Dehydration ofwater/t-butanol mixtures by pervaporation: comparative study of commercially

available polymeic, microporous silica and zeolit membranes, J. Membr. Sci. 197(2002) 309.[96] T. Gallego-Lizon, Y.S. Ho, L.F.d. Santos, Comparative study of commerciallyavailable polymeic and microporous silica membranes for the dehydration ofIPA/water mixtures by pervaporation/vapour permeation, Desalination 149 (2002)3.[97] A.W. Verkerk, P. van Male, M.A.G. Vorstman, J.T.F. Keurentjes, Properties ofhigh flux ceramic pervaporation membranes for dehydration of alcohol/water

mixtures, Sep. Purif. Technol. 22–23 (2001) 689.[98] A.W. Verkerk, P. van Male, M.A.G. Vorstman, J.T.F. Keurentjes, Descriptionof dehydration performance of amorphous silica pervaporation membranes, J.Membr. Sci. 193 (2001) 227.[99] H.M. van Veen, Y.C. van Delft, C.W.R. Engelen, P.P.A.C. Pex, Dewatering oforganics by pervaporation with silica membranes, Sep. Purif. Technol. 22–23(2001) 361.[100] S. Sommer, T. Melin, Performance evaluation of microporous inorganicmembranes in the dehydration of industrial solvents, Chem. Eng. Process. 44 (2005)1138.[101] C. Casado, A. Urtiaga, D. Gorri, I. Ortiz, Pervaporative dehydration oforganic mixtures using a commercial silica membrane: determination of kineticparameters, Sep. Purif. Technol. 42 (2005) 39.[102] A. Urtiaga, C. Casado, M. Asaeda, I. Ortiz, Comparison of SiO2–ZrO2-50%and commercial SiO2 membranes on the pervaporative dehydration of organic

solvents, Desalination 193 (2006) 97.




DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN



[103] T. Peters, N. Benes, H. Buijs, F. Vercauteren, J. Keurentjes, Thin high fluxceramic-supported PVA membranes, Desalination 200 (2006) 37.[104] J.L.H. Chau, C. Tellez, K.L. Yeung, K. Ho, The role of surface chemistry inzeolit membrane formation, J. Membr. Sci. 164 (2000) 257.[105] A.W.C. van den Berg, L. Gora, J.C. Jansen, M. Makkee, Th. Maschmeyer,Zeolit A membranes synthesized on a UV-irradiated TiO2coated metal support: thehigh pervaporation performance, J. Membr. Sci. 224 (2003) 29[106] K. Tanaka, R. Yoshikawa, C. Ying, H. Kita, K.-i. Okamoto, Application ofzeolit membranes to esterification reactions, Catal. Today 67 (2001) 121.[107] M. Kondo, M. Komori, H. Kita, K.-I. Okamoto, Tubular-type pervaporationmodule with zeolit NaA membrane, J. Membr. Sci. 133 (1997) 133.

[108] Y. Morigami, M. Kondo, J. Abe, H. Kita, K. Okamoto, The first large-scalepervaporation plant using tubular-type module with zeolit NaA membrane, Sep.Purif. Technol. 25 (2001) 251.[109] K.-i. Okamoto, H. Kita, K. Horii, K. Tanaka, Zeolit NaA membrane:preparation, single-gas permeation, and pervaporation and vapor permeation ofwater/organic liquid mixtures, Ind. Eng. Chem. Res. 40 (2001) 163.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Email: [email protected]

OÁN LÍ

HÓA 10

00B T

RẦN HƯNG

ĐẠO T

P.QUY N

HƠN

ĐỒ ÁN Tìm hiểu quá trình loại nước khỏi ethanol sử dụng công nghệ màng

Documents

Transcript of ĐỒ ÁN Tìm hiểu quá trình loại nước khỏi ethanol sử dụng công nghệ màng