Synthese von Hydrogelen mit Antifouling-Eigenschaften als Membranen für die Wasserreinigung
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
weithin genutzt, um die Hydrophilie der Oberfläche von Membranen für die Wasserreinigung zu verbessern, die Antifouling-Eigenschaften zu erhöhen und damit das Erreichen stabile Wasserdurchlässigkeit durch Membranen im Laufe der Zeit Hydrogele wurde. Hier berichten wir über ein einfaches Verfahren Hydrogele herzustellen, basierend auf Zwitter für Membrananwendungen. Freistehende Filme können vom Sulfobetain-Methacrylat (SBMA) mit einem Vernetzer aus Poly (ethylenglykol) diacrylat (PEGDA) über Photopolymerisation hergestellt werden. Die Hydrogele können auch durch Tränkung in hydrophobe poröse Träger hergestellt werden, um die mechanische Festigkeit zu verbessern. Diese Filme können durch abgeschwächte Totalreflexion Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR) charakterisiert werden, um den Umsetzungsgrad der (Meth) acrylatgruppen, um zu bestimmen, unter Verwendung von Goniometer für Hydrophilie und Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) für die Polymerkettendynamik. Wir berichten auch Protokolle, die die Wasserdurchlässigkeit in Sackgassen filtra zu bestimmensysteme und die Wirkung von Schmutzstoffen (Rinderserumalbumin, BSA) auf der Membranleistung.
Introduction
Es besteht ein großer Bedarf kostengünstig und energieeffiziente Technologien zu entwickeln, sauberes Wasser zu produzieren, um die steigende Nachfrage gerecht zu werden. Polymermembranen sind als führende Technologie zur Reinigung von Wasser aufgrund ihrer inhärenten Vorteile, wie ihre hohe Energieeffizienz, niedrige Kosten und Einfachheit in der Bedienung 1 entstanden. Membranen ermöglichen reines Wasser durchdringen und die Verunreinigungen zurückweisen. Jedoch Membranen werden oft zur Verschmutzung durch Verunreinigungen in dem Speisewasser unterzogen, die auf die Membranoberfläche von ihren günstigen Wechselwirkungen adsorbiert werden können , 2, 3. Das Verschmutzen kann dramatisch Wasserfluß durch die Membranen verringern, die Erhöhung der Membranfläche erforderlich, und die Kosten für die Wasserreinigung.
Ein wirksamer Ansatz Fouling zu verringern ist, um die Membranoberfläche zu modifizieren, um die Hydrophilie zu erhöhen und damit die Abnahme des günstigenteractions zwischen der Membranoberfläche und Schmutzstoffen. Ein Verfahren ist die Dünnfilm – Beschichtung mit superhydrophilen Hydrogele 3 zu verwenden. Die Hydrogele haben oft hohe Wasserdurchlässigkeit; Daher kann ein Dünnfilm-Beschichtung, die das langfristigen Wasser Permeanz durch die Membran aufgrund des abgeschwächten Fouling erhöhen, trotz des leicht erhöhten Transportwiderstandes über die gesamte Membran. Die Hydrogele können auch direkt in imprägnierten Membranen in Anwendungen osmotischer 4 zur Reinigung von Wasser hergestellt werden.
Zwitterionische Materialien enthalten , sowohl positiv als auch negativ geladene funktionelle Gruppen, mit einer Netto – Ladung neutral, und haben eine starke Oberflächen Hydratisierung durch elektrostatische induzierten Wasserstoffbrücken 5, 6, 7, 8, 9. Die fest gebundenen Feuchtigkeit Schichten wirken als physikalischeund Energiebarrieren, Verhinderung von Schmutzstoffen auf der Oberfläche angebracht wird , was zeigt , eine ausgezeichnete Antifouling – Eigenschaften 10. Zwitterionische Polymere, wie Poly (Sulfobetain – methacrylat) (PSBMA) und Poly (Carboxybetain – methacrylat) (PCBMA), wurde verwendet , um die Membranoberfläche zu modifizieren , indem Beschichtung 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 zu erhöhen , Oberflächenhydrophilie und somit Antifouling-Eigenschaften.
Wir zeigen hier , ein einfaches Verfahren unter Verwendung von Hydrogelen zwitterionische Sulfobetain methacrylat (SBMA) über Photopolymerisation herzustellen, das Poly (ethylenglykol) vernetzt wird unter Verwendung von (PEGDA, M n = 700 g / mol) , um die mechanische Festigkeit zu verbessern. Wir präsentieren auch eineVerfahren robuste Membranen zu konstruieren, indem das Monomer und Vernetzer in einem hochporösen hydrophoben Träger vor dem Imprägnieren Photopolymerisation. Die physikalischen und Wassertransporteigenschaften der freistehenden Filmen und imprägnierten Membranen werden gründlich charakterisiert, die die Struktur / Eigenschaft Beziehung für die Wasserreinigung zu erläutern. Die hergestellten Hydrogele können als Oberflächenbeschichtung verwendet werden Membrantrenneigenschaften zu verbessern. Für osmotische Verfahren wie Vorwärts-Osmose oder druck retardiert Osmose 4 durch Einstellung der Vernetzungsdichte oder durch in hydrophobe poröse Träger imprägniert, können diese Materialien auch dünne Filme mit ausreichender mechanischer Festigkeit bilden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir haben ein einfaches Verfahren zur Herstellung von freistehenden Filmen nachgewiesen und Membranen auf Basis von imprägnierten zwitterionische Hydrogelen. Das Verschwinden von drei (Meth) acrylat charakteristischen Peaks ( das heißt, 810, 1.190 und 1.410 cm -1) im IR – Spektrum der erhaltenen Polymerfilme und imprägnierte Membran (Abbildung 2) zeigt die gute Umwandlung der Monomere und Vernetzer 4, 19, <sup c…
Divulgaciones
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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