水質浄化のための膜のような防汚特性を持つハイドロゲルの合成
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
ヒドロゲルは広く防汚性を増加させ、したがって、経時膜を通して安定した水透過性を達成する、浄水のための膜の表面の親水性を高めるために利用されてきました。ここでは、膜用途のための両性イオンに基づくヒドロゲルを製造するための容易な方法を報告しています。自立フィルムは、光重合を介してポリ架橋剤（エチレングリコール）ジアクリレート（PEGDA）とスルホベタインメタクリレート（SBMA）から調製することができます。ヒドロゲルはまた、機械的強度を高めるために、疎水性の多孔性支持体に含浸させることにより調製することができます。これらのフィルムは、ポリマー鎖のダイナミクスのための親水性および示差走査熱量測定（DSC）のためのゴニオメータを用いて、（メタ）アクリレート基の転化の程度を決定するための赤外分光法（ATR-FTIR）を形質転換減衰全反射フーリエ変換によって特徴付けることができます。また、デッドエンドFILTRAに透水性を決定するためのプロトコルを報告しますンシステム及び膜性能に対する汚染物質の影響（ウシ血清アルブミン、BSA）。
Introduction
増大する需要を満たすためにきれいな水を生成するために、低コストかつエネルギー効率の高い技術を開発する大きな必要性があります。ポリマー膜は、動作1におけるそれらの高いエネルギー効率、低コスト、および単純として、それらの固有の利点に水浄化のための主要な技術として浮上しています。膜は、純水を透過して汚染物質を拒否することができます。しかしながら、膜は、しばしば、それらの有利な相互作用2、3から膜表面に吸着することができる給水中の汚染物質により汚染にさらされます。ファウリングは劇的に必要な膜面積及び水の浄化のコストを増加させる、膜を通して水の流量を減少させることができます。
ファウリングを軽減する効果的なアプローチは、親水性を増加させ、従って良好でを減少させるために、膜表面を改質することです膜表面と汚染物質との間のteractions。一つの方法は、超親水3つのヒドロゲルで薄膜コーティングを使用することです。ヒドロゲルは、多くの場合、高い透水性を持っています。従って、薄膜コーティングは、膜全体を横切るわずかに増加輸送抵抗にもかかわらず、原因緩和ファウリングに膜を通して長期水透過性を増加させることができます。ヒドロゲルはまた、直接浸透アプリケーション4に水浄化用含浸膜に製造することができます。
双性イオン性材料は、正味中性の電荷の両方正と負に帯電した官能基を含有し、静電誘導される水素結合5、6、7、8、9を介して強い表面の水和を有します。強固に結合した水和層は、物理として機能しますエネルギー障壁は、表面に付着する汚染物質を防止する優れた防汚特性10を示します。増加する両性イオン性ポリ（スルホベタインメタクリレート）などのポリマー、（PSBMA）およびポリ（カルボキシベタインメタクリレート）（のpCBMA）11を塗布して膜表面を修飾するために使用されてきた、12、13、14、15、16、17、18表面親水性、したがって防汚性。
ここでは、機械的強度を向上させるために、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート（PEGDA、M N = 700グラム/モル）を使用して架橋される重合を介して、スルホベタインメタクリレート（SBMA）を使用して双性イオン性ヒドロゲルを調製する容易な方法を実証します。我々はまた、提示光重合前に高度に多孔質の疎水性支持体にモノマーと架橋剤を含浸させて堅牢な膜を構築する手順。自立フィルムおよび含浸膜の物理的及び水輸送特性を徹底的に水の浄化のための構造/特性関係を解明することを特徴とします。調製したヒドロゲルは膜の分離特性を向上させるために表面コーティングとして用いることができます。架橋密度を調整することにより、または疎水性多孔質支持体に含浸させることによって、これらの材料はまた、正浸透又は圧力遅延浸透4として浸透プロセスのための十分な機械的強度を有する薄膜を形成することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
我々は、自立フィルムおよび両性イオン性ヒドロゲルに基づいた含浸膜を調製する容易な方法を実証しました。 3（メタ）アクリレートの特徴的なピーク（ すなわち 、810、1,190、及び1410センチメートル-1）得られたポリマーフィルムのIRスペクトルでの消失、膜を含浸させた（ 図2）は 、モノマーおよび架橋剤4の良好な変換を示し<sup class…
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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