Màng lọc UF cho phép phân tách vật chất dựa trên kích thước phân tử một cách chính xác mà không cần sử dụng nhiệt độ cao, giúp bảo vệ tính toàn vẹn của các chế phẩm sinh học. Bài viết này, MT giới thiệu về khái niệm, cấu tạo và nguyên lý của màng siêu lọc UF.
Màng lọc UF là gì?
Màng lọc UF (Ultrafiltration), hay còn được gọi là màng siêu lọc, là một loại màng bán thấm có kích thước lỗ lọc dao động từ 0,01 đến 0,1 micromet (µm). Về mặt kỹ thuật, đây là quá trình lọc dùng áp lực thấp để phân tách các chất ra khỏi dung dịch dựa trên kích thước hạt.
Điểm đặc biệt của màng lọc UF nằm ở khả năng sàng lọc chọn lọc cao (MWCO – Molecular Weight Cut-Off). Với kích thước lỗ lọc siêu nhỏ này, màng có khả năng giữ lại:
- Các chất rắn lơ lửng (TSS).
- Các loại vi khuẩn, virus và vi sinh vật gây hại.
- Các đại phân tử hữu cơ, protein, enzyme và tinh bột.
Bên cạnh đó, màng UF còn cho phép nước, các muối khoáng hòa tan như canxi, magie, kali và các phân tử có khối lượng phân tử thấp đi qua. Chính đặc tính này khiến UF trở thành lựa chọn ưu tiên trong ngành thực phẩm và đồ uống, nơi việc giữ lại hương vị tự nhiên và khoáng chất là yêu cầu bắt buộc. Trong các phòng thí nghiệm sinh học, màng UF còn được xem là công cụ thiết yếu cho các ứng dụng cô đặc mẫu và trao đổi dung môi.
Cấu tạo của màng lọc UF
Cấu tạo của màng lọc UF được thiết kế một cách tinh vi, thường gồm 02 thành phần chính sau:
Vật liệu màng
Màng UF thường được chế tạo từ các polymer có độ bền hóa lý cao như Polyvinylidene Fluoride (PVDF), Polysulfone (PS) hoặc Polyethersulfone (PES). Đặc biệt trong ngành dược phẩm và sinh học, vật liệu PVDF biến tính ưa nước thường được ưu tiên sử dụng nhờ khả năng chống bám bẩn và chịu được các hóa chất tẩy rửa mạnh trong quy trình CIP.
Mỗi sợi màng có dạng ống nhỏ, đường kính ngoài khoảng 0.5 – 2.0 mm. Thành ống có cấu trúc bất đối xứng: lớp vỏ bên trong hoặc bên ngoài (lớp da) rất mỏng và đặc khít đóng vai trò là lớp lọc chính, trong khi phần thân xốp hơn đóng vai trò chịu lực cơ học.
Module màng (Housing)
Hàng ngàn sợi màng rỗng được bó lại và đặt trong một lớp vỏ bảo vệ (thường làm bằng nhựa PVC, uPVC hoặc Inox 304/316 đối với tiêu chuẩn vi sinh). Hai đầu của bó sợi được đúc kín bằng vật liệu Epoxy hoặc Polyurethane chuyên dụng (gọi là potting), đảm bảo dòng nước chưa lọc và nước sạch không bị hòa lẫn.
Nguyên lý hoạt động của màng lọc UF
Nguyên lý hoạt động cốt lõi của màng lọc UF là cơ chế sàng lọc cơ học kết hợp với sự chênh lệch áp suất (TMP). Quá trình lọc diễn ra ở áp suất thấp, thường chỉ từ 1 đến 5 bar, giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với các công nghệ lọc cao áp khác. Có hai chế độ vận hành chính của màng UF mà các nhà nghiên cứu cần lưu ý:
Chế độ lọc từ ngoài vào trong (Outside-in)
Lưu chất cần lọc được bơm vào khoang bên ngoài bó sợi màng. Dưới áp lực, nước sạch và các phân tử nhỏ thẩm thấu qua thành màng vào bên trong lòng ống (lumen) và đi ra ngoài. Các chất bẩn, vi khuẩn bị giữ lại trên bề mặt ngoài của sợi màng. Chế độ này thường dễ dàng sục rửa khí để loại bỏ cặn bẩn.
Chế độ lọc từ trong ra ngoài (Inside-out)
Lưu chất được bơm trực tiếp vào lòng sợi màng. Nước sạch thấm qua thành màng ra phía ngoài. Cặn bẩn bị giữ lại bên trong lòng ống. Phương pháp này có lợi thế về thủy lực học ổn định nhưng đòi hỏi quy trình tiền xử lý tốt để tránh tắc nghẽn lòng ống.
Ngoài ra, trong các ứng dụng sinh học như thu hồi protein, nguyên lý lọc tiếp tuyến (TFF) thường được áp dụng trên màng UF. Thay vì dòng chảy vuông góc với màng (Dead-end filtration), dòng chảy sẽ trượt tiếp tuyến trên bề mặt màng, giúp giảm thiểu hiện tượng phân cực nồng độ và tắc nghẽn màng, duy trì hiệu suất lọc cao trong thời gian dài.
Ứng dụng của màng siêu lọc UF
Màng lọc UF ngày càng được mở rộng ứng dụng, vượt ra ngoài phạm vi xử lý nước sinh hoạt và hiện diện trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trong công nghệ sinh học và dược phẩm
Ứng dụng của màng UF trong lĩnh vực công nghệ sinh học và dược phẩm gồm:
- Thu hồi và tinh chế: Dùng để cô đặc protein, enzyme, kháng thể đơn dòng từ dịch lên men.
- Loại bỏ nội độc tố (Endotoxin): Màng UF với kích thước lỗ phù hợp có thể loại bỏ pyrogen khỏi nước pha tiêm (WFI).
- Trao đổi đệm (Buffer Exchange): Loại bỏ muối hoặc dung môi cũ và thay thế bằng dung môi mới cho các chế phẩm sinh học.
Trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống
Màng siêu lọc UF đóng vai trò then chốt trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống, cụ thể:
- Ngành sữa: Chuẩn hóa hàm lượng protein trong sữa, cô đặc whey protein để sản xuất bột whey.
- Ngành nước giải khát: Làm trong nước ép trái cây (loại bỏ cặn lơ lửng nhưng giữ lại đường và hương vị), lọc rượu vang và bia (thay thế thanh trùng nhiệt để giữ vị tươi).
Trong xử lý nước và môi trường
Ứng dụng của màng siêu lọc trong trong xử lý nước và môi trường như:
- Xử lý nước cấp: Loại bỏ triệt để vi khuẩn, kén trùng amip, và các chất keo tụ, cung cấp nước sạch an toàn mà vẫn giàu khoáng chất.
- Tiền xử lý cho RO: Bảo vệ màng RO phía sau khỏi bị tắc nghẽn bởi các hạt rắn và vi sinh vật, giúp kéo dài tuổi thọ hệ thống RO.
- Tái sử dụng nước thải: Xử lý nước thải công nghiệp nhằm tái sử dụng cho các mục đích như tưới tiêu, rửa đường và làm mát tháp giải nhiệt.
Sự khác biệt giữa màng lọc UF và RO như thế nào?
Việc phân biệt rõ ràng giữa Ultrafiltration (UF) và Reverse Osmosis (RO) là cực kỳ quan trọng để lựa chọn giải pháp phù hợp cho từng dự án nghiên cứu hay sản xuất.
| Tiêu chí | Màng lọc UF (Ultrafiltration) | Màng lọc RO (Reverse Osmosis) |
| Kích thước lỗ lọc | 0,01 – 0,1 µm | ~0,0001 µm (nhỏ hơn UF ~100 lần) |
| Nguyên lý hoạt động | Lọc cơ học bằng áp suất thấp | Thẩm thấu ngược, cần áp suất cao để vượt áp suất thẩm thấu |
| Khả năng loại bỏ | Vi khuẩn, virus, chất rắn lơ lửng, keo, đại phân tử | Loại bỏ đến 99,9% tạp chất: vi khuẩn, virus, kim loại nặng, muối hòa tan, khoáng chất |
| Khoáng chất & muối hòa tan | Giữ lại khoáng chất tự nhiên và muối hòa tan | Loại bỏ gần như hoàn toàn khoáng và muối |
| Chất lượng nước đầu ra | Nước sạch, an toàn sinh học, còn khoáng | Nước tinh khiết (demineralized water) |
| Yêu cầu áp suất | Thấp, thường < 5 bar | Cao, 10–80 bar (nước biển có thể tới 80 bar) |
| Tiêu thụ năng lượng | Thấp, tiết kiệm điện | Cao, tiêu thụ nhiều điện năng |
| Tỷ lệ thu hồi nước | Cao (ít nước thải) | Thấp hơn (có nước thải đậm đặc) |
| Yêu cầu tiền xử lý | Đơn giản | Phức tạp (lọc cặn, khử clo, chống cáu cặn) |
| Ứng dụng phù hợp | Nước máy, nước mưa, thực phẩm – đồ uống, tiền xử lý cho RO | Nước lợ, nước mặn, nước ô nhiễm nặng, y tế, phòng thí nghiệm |
| Mục tiêu sử dụng | Làm sạch nước nhưng vẫn giữ vi chất | Tạo nước tinh khiết tuyệt đối |
MT cung cấp hệ thống màng siêu lọc công nghiệp
Trong quá trình triển khai màng lọc UF cho nhà máy hoặc phòng thí nghiệm, việc lựa chọn một nhà cung cấp giải pháp “All-in-One ” đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và mức độ thành công của dự án.
MT là đơn vị hoạt động trong lĩnh vực sản xuất và cung cấp thiết bị xử lý sinh học, định hướng phát triển sản phẩm và dịch vụ dựa trên chất lượng ổn định cùng chính sách hậu mãi lâu dài. Chúng tôi cung cấp các giải pháp xử lý tổng thể, từ tư vấn ý tưởng, thiết kế, phát triển đến lắp đặt và kiểm định các hệ thống xử lý chất lỏng tự động, phục vụ cho các ngành công nghệ sinh học, dược phẩm và dược phẩm sinh học.
Các dịch vụ và giải pháp mũi nhọn mà MT cung cấp bao gồm:
- Hệ thống lọc tiếp tuyến (TFF) sử dụng màng UF cho các ứng dụng thu hồi và tinh chế sinh học.
- Hệ thống lên men (Fermentation Systems) tiên tiến.
- Hệ thống tinh chế (Purification Systems).
- Giải pháp xử lý nước chuyên sâu cho ngành sinh dược phẩm.
- Hệ thống vệ sinh và tiệt trùng tại chỗ (CIP & SIP).
- Nồi hấp tiệt trùng công nghiệp.
Việc ứng dụng đúng loại màng lọc UF chất lượng cao từ các đối tác uy tín như MT không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí vận hành mà còn đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn khắt khe trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Hãy liên hệ với MT qua hotline: 0767 067 567 ngay hôm nay để được tư vấn giải pháp phù hợp nhất cho nhu cầu nghiên cứu và sản xuất của bạn!
