Membrane: introduction

[hanh_khat]

Quá trình phân tách và tinh chế các chất là một trong những vấn đề chính yếu trong hoá học và trong công nghiệp hoá dầu cũng như trong nhiều ngành khác như thực phẩm, dược; cung cấp nước uống tinh khiết; loại bỏ các chất độc hay thu hồi các chất có giá trị từ chất thải công nghiệp.
Các nhà khoa học và công nghệ trong vòng 200 năm qua đã phát triển rất nhiều kỹ thuật phân tách như chưng cất, kết tủa, chiết, hấp phụ, trao đổi ion…Gần đây đã phát triển thêm một kỹ thuật mới là màng bán thấm (semipermeable). Nó được sử dụng rất nhiều như sản xuất nước ngọt từ nước biển, loại urea và các chất độc khác khỏi máu (trong thận nhân tạo), giải phóng thuốc với tốc độ xác định…
Những tính chất của màng có thể điều chỉnh cho phù hợp với những nhiệm vụ đặc biệt. Việc chọn màng phụ thuộc vào những yếu tố như bản chất của các thành phần trong hỗn hợp, thể tích dung dịch, mức độ tinh khiết yêu cầu, và đặc biệt là giá cả so với các phương pháp truyền thống.
Nghiên cứu và ứng dụng màng đòi hỏi sự kết hợp của nhiều ngành: polymer phát triển những vật liệu và cấu trúc mới, các nhà vật lý và toán học mô tả sự vận chuyển của các chất trong màng và các kỹ sư hoá học thiết kế các quá trình phân tách.
Lịch sử của màng bắt đầu từ năm 1846 khi Fick sử dụng cellulose nitrat để làm màng trong nghiên cứu về vấn đề khuyếch tán. Sau đó vài năm Traube điều chế màng bằng cách kết tủa cupric ferrocyanide lên bản mỏng. Cùng thời gian này, Graham phát hiện ra cao su thể hiện tính chất thấm khác nhau với những chất khí khác nhau.
Tuy nhiên, những nghiên cứu hệ thống đầu tiên về membrane đã bắt đầu từ năm 1748 khi Abbe Nollet nhúng một bàng quang động vật chứa đầy rượu vào nước, nước thấm vào trong bàng quang làm nó phình to ra. Thí nghiệm này cho thấy có những màng có tính chất thấm chọn lọc những chất nhất định.
Những ứng dụng của membrane và các quá trình membrane bắt đầu từ sau World War II, khi Kolff phát minh ra thận nhân tạo đòi hỏi một lượng lớn màng thẩm tách. Từ đó, những công ty như Sartorius, sau đó là Millipore đã tổng hợp một loạt các loại membrane. Đến lượt Riley và Cadotte tổng hợp những màng composite đầu tiên.
Michaels nghiên cứu cơ chế hình thành những màng bất đối xứng ( asymmetric membranes), đặt nền tảng cho những màng ultra- và microfiltration dựa trên các polymer khác nhau. Màng trao đổi ion được sản xuất và ứng dụng đầu tiên trong lĩnh vực điện thẩm tách bởi Juda và Mcrae.
Với những nhu cầu ngày càng lớn, những công nghệ về membrane phát triển rất mạnh trong vòng 30 năm qua, với sản lượng hàng năm từ vài triệu đến hơn 2 tỉ dola trong năm 1989.

(Tiếp theo: Phân loại và cấu trúc các loại màng tổng hợp)