Sintesi di idrogel con proprietà antivegetative come membrane per la purificazione dell'acqua
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
Gli idrogel sono stati ampiamente utilizzati per migliorare l'idrofilicità superficiale delle membrane per la purificazione dell'acqua, aumentando le proprietà antivegetative e raggiungere permeabilità all'acqua stabile attraverso membrane nel tempo così. Qui, riportiamo un metodo facile per preparare idrogel a base di zwitterioni per applicazioni a membrana. pellicole indipendenti possono essere preparati da metacrilato solfobetaina (SBMA) con un reticolante di poli (etilene glicole) diacrilato (PEGDA) tramite fotopolimerizzazione. Gli idrogel possono anche essere preparati mediante impregnazione in supporti porosi idrofobi per aumentare la resistenza meccanica. Questi film possono essere caratterizzati da attenuato Fourier riflessione totale trasformare spettroscopia infrarossa (ATR-FTIR) per determinare il grado di conversione dei (met) acrilato gruppi, utilizzando goniometri per idrofilia e calorimetria a scansione differenziale (DSC) per la dinamica della catena polimerica. Segnaliamo inoltre i protocolli per determinare la permeabilità dell'acqua nel filtra vicolo ciecoSistemi zione e l'effetto di foulants (albumina di siero bovino, BSA) sulle prestazioni membrana.
Introduction
C'è una grande necessità di sviluppare tecnologie efficienti a basso costo e di energia per la produzione di acqua pulita al fine di soddisfare la crescente domanda. Membrane polimeriche sono emersi come una tecnologia leader per la purificazione dell'acqua grazie ai loro vantaggi intrinseci, come la loro elevata efficienza energetica, a basso costo e semplicità di funzionamento 1. Membrane permettono acqua pura di permeare attraverso e respingere i contaminanti. Tuttavia, le membrane sono spesso sottoposti a sporcare dalla contaminanti nell'acqua di alimentazione, che possono essere assorbiti sulla superficie della membrana dalle loro interazioni favorevoli 2, 3. L'incrostazione può ridurre drasticamente il flusso di acqua attraverso le membrane, aumentando l'area della membrana richiesto e il costo di purificazione dell'acqua.
Un approccio efficace per mitigare fouling è quello di modificare la superficie della membrana per aumentare l'idrofilia e diminuire la favorevole in tal modoteractions tra la superficie della membrana e foulants. Un metodo è quello di utilizzare rivestimento sottile, con superidrofilia 3 idrogel. Gli idrogel hanno spesso ad alta permeabilità all'acqua; pertanto, un rivestimento sottile, può aumentare il permeanza acqua a lungo termine attraverso la membrana a causa della formazione di incrostazioni mitigato, nonostante il lieve aumento della resistenza trasporto attraverso tutta la membrana. Gli idrogel possono anche essere fabbricati direttamente nelle membrane impregnate di depurazione dell'acqua nelle applicazioni osmotici 4.
Materiali zwitterionici contenere sia gruppi funzionali positivamente e negativamente, con una carica neutra rete, e hanno una forte idratazione superficie attraverso elettrostatica indotta legame idrogeno 5, 6, 7, 8, 9. Gli strati di idratazione strettamente legati fungono fisicae barriere di energia, impedendo foulants di attaccarsi sulla superficie, dimostrando così eccellenti proprietà antivegetative 10. Polimeri zwitterionici, come poli (metacrilato solfobetaina) (PSBMA) e poli (metacrilato carboxybetaine) (PCBMA), sono stati utilizzati per modificare la superficie della membrana rivestendo 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 per aumentare idrofilicità superficiale e quindi proprietà antivegetative.
Abbiamo dimostrato qui un metodo facile per preparare idrogel zwitterionici utilizzando metacrilato solfobetaina (SBMA) tramite fotopolimerizzazione, che è reticolato con poli (glicole etilenico) diacrilato (PEGDA, M n = 700 g / mol) per migliorare la resistenza meccanica. Inoltre presentiamo unaprocedura per costruire membrane solide impregnando il monomero e reticolante in un supporto idrofobo altamente porosa prima della fotopolimerizzazione. Le proprietà fisiche e di trasporto dell'acqua dei film monomarca e membrane impregnate sono completamente caratterizzati per chiarire la relazione struttura / proprietà per la purificazione dell'acqua. Gli idrogel preparati possono essere usati come un rivestimento superficiale per migliorare la proprietà di separazione di membrana. Regolando la densità di reticolazione o impregnando nei supporti porosi idrofobi, questi materiali possono anche formare film sottili con resistenza meccanica sufficiente per processi osmotici, come osmosi o osmosi a pressione ritardata 4 avanti.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo dimostrato un metodo facile per preparare freestanding film e membrane impregnate base di idrogel zwitterionici. La scomparsa di tre (met) acrilato picchi caratteristici (cioè, 810, 1.190 e 1.410 cm -1) negli spettri IR dei film polimerici ottenuti e impregnato membrana (Figura 2) indica la buona conversione dei monomeri e reticolante 4, 19, 21. Inoltre, l'aspetto del SO 3<…
Offenlegungen
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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