Síntese de hidrogeles com propriedades anti-deposição como membranas de purificação de água
Summary
This paper reports practical methods to prepare hydrogels in freestanding films and impregnated membranes and to characterize their physical properties, including water transport properties.
Abstract
Os hidrogéis têm sido amplamente utilizada para melhorar a hidrofilicidade da superfície de membranas de purificação de água, o aumento das propriedades anti-deposição e, assim, alcançar a permeabilidade à água através de membranas estável ao longo do tempo. Aqui, nós relatamos um método fácil para preparar hidrogéis com base em zwitteri�s para aplicações de membrana. filmes independentes podem ser preparados a partir de metacrilato de sulfobetaína (AMEB) com um agente de reticulação de poli (etileno-glicol) diacrilato (PEGDA) através de fotopolimerização. Os hidrogeles também podem ser preparados através de impregnação em suportes porosos hidrofóbicos para melhorar a resistência mecânica. Estas películas podem ser caracterizados por atenuada de Fourier de reflexão total transformar espectroscopia de infravermelho (ATR-FTIR) para determinar o grau de conversão dos grupos (met) acrilato, usando goniômetros de calorimetria de varrimento diferencial e hidrofilicidade (DSC) para dinâmica da cadeia de polímero. Nós também relatam protocolos para determinar a permeabilidade da água na filtração sem saídasistemas ção e o efeito de incrustações (albumina de soro bovino, BSA) no desempenho da membrana.
Introduction
Há uma grande necessidade de desenvolver tecnologias eficientes e de baixo custo de energia para produzir água limpa, a fim de atender à crescente demanda. Membranas poliméricas têm emergido como uma tecnologia de ponta para purificação de água, devido às suas vantagens inerentes, tais como a sua eficiência elevada de energia, baixo custo e simplicidade na operação 1. As membranas permitem que a água pura a permear através e rejeitar os contaminantes. No entanto, as membranas são frequentemente sujeitos a incrustações por contaminantes na água de alimentação, que podem ser adsorvidos sobre a superfície da membrana das suas interacções favoráveis 2, 3. A incrustação pode diminuir drasticamente o fluxo de água através das membranas, aumentar a área de membrana requerida e os custos de purificação de água.
Uma abordagem eficaz para mitigar a incrustação é modificar a superfície da membrana para aumentar a hidrofilicidade e, assim, diminuir a favorávelteractions entre a superfície da membrana e incrustações. Um método é a utilização de revestimento de película fina com super-hidróf ila 3 hidrogéis. Os hidrogéis têm muitas vezes alta permeabilidade à água; por conseguinte, um revestimento de película fina pode aumentar a permeabilidade de água a longo prazo através da membrana devido à incrustação mitigado, apesar do ligeiro aumento de resistência de transporte através de toda a membrana. Os hidrogeles também podem ser directamente fabricadas em membranas impregnadas de purificação de água em aplicações de osmóticos 4.
Materiais zwitteriónicos conter ambos os grupos funcionais negativamente carregados positivamente e, com uma carga neutra líquido, e tem forte hidratação superfície através de ligação electrostática induzida hidrogénio-5, 6, 7, 8, 9. As camadas de hidratação de ligação forte agir como físicae barreiras de energia, impedindo incrustações de se fixar sobre a superfície, demonstrando assim excelentes propriedades anti-deposição 10. Polímeros zwitteriónicos, tais como poli (metacrilato de sulfobetaa) (PSBMA) e poli (metacrilato de carboxybetaine) (PCBMA), têm sido usados para modificar a superfície da membrana através do revestimento 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 para aumentar hidrofilicidade da superfície e, assim, propriedades anti-deposição.
Nós demonstramos aqui um método fácil para preparar hidrogeles zwitteriónicos utilizando metacrilato de sulfobetaína (AMEB), através de fotopolimerização, o qual é reticulado com poli (etileno glicol) diacrilato (PEGDA, Mn = 700 g / mol) para melhorar a resistência mecânica. Apresentamos também umaprocedimento para a construção de membranas robustas por impregnação do monero e agente reticulante, em um suporte hidrofóbico altamente poroso antes da fotopolimerização. As propriedades físicas e de transporte de água das películas autoportante e membranas impregnadas são completamente caracterizado para elucidar a relação estrutura / propriedade para a purificação de água. Os hidrogeles preparados podem ser usadas como um revestimento de superfície para melhorar as propriedades de separação de membrana. Ao ajustar a densidade de reticulação ou por impregnação em suportes porosos hidrofóbicos, estes materiais também podem formar filmes finos com resistência mecânica suficiente para processos osmóticos, tais como osmose ou de osmose 4-retardado pressão para a frente.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nós demonstramos um método fácil para preparar filmes autoportante e membranas impregnadas com base em hidrogéis zwitteriónicos. O desaparecimento de três (met) picos característicos de acrilato (ou seja, 810, 1190, e 1,410 cm-1) no espectro de IV dos filmes de polímero obtidos e impregnado membrana (Figura 2) indica a boa conversão dos monómeros e agente reticulante 4, 19, 21. Al?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We gratefully acknowledge the financial support of this work by the Korean Carbon Capture and Sequestration R&D Center (KCRC).
Materials
| Poly(ethylene glycol) diacrylate Mn = 700 (PEGDA) | Sigma Aldrich | 455008 | |
| 1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 99% (HCPK) | Sigma Aldrich | 405612 | |
| [2-(Methacrloyloxy)ethyl dimethyl-(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, 97% | Sigma Aldrich | 537284 | Acutely Toxic |
| Ethanol, 95% | Koptec, VWR International | V1101 | Flamable |
| Decane, anhydrous, 99% | Sigma Aldrich | 457116 | |
| Solupor Membrane | Lydall | 7PO7D | |
| Micrometer | Starrett | 2900-6 | |
| ATR-FTIR | Vertex 70 | ||
| DSC: TA Q2000 | TA Instruments | ||
| Rame’-hart Goniometer: Model 190 | Rame’-hart Instruments | ||
| Ultraviolet Crosslinker: CX-2000 | Ultra-Violet Products | UV radiation | |
| Permeation Cell: Model UHP-43 | Advantec MFS | ||
| Deionized Water: Milli-Q Water | EMD Millipore |
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