Su Arıtma Membranlar olarak Zehirli Özelliklere Sahip Hidrojeller Sentezi
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
Hidrojeller yaygın olarak zamanla zarlardan istikrarlı su geçirgenliği elde böylece birikinti ve leke önleyici özelliklerinin yükseltilmesi ve su arıtma için membranların yüzeyinin hidrofilikliğini artırmak için kullanılmıştır. Burada, membran uygulamaları için zwıtterıonlar dayalı hidrojeller hazırlamak için kolay bir yöntem raporu. Müstakil filmler fotopolimerizasyon yoluyla bir poli çapraz bağlayıcı madde (etilen glikol) diakrilat (PEGDA) ile sülfobetain metakrilat (SBMA) hazırlanabilir. hidrojeller, mekanik mukavemeti arttırmak için hidrofobik gözenekli destekler içine emdirme yoluyla hazırlanabilir. Bu filmler, bir polimer zinciri dinamikleri için hidrofilikliği ve diferansiyel tarama kalorimetre (DSC) için goniometre kullanılarak, (met) akrilat grupları dönüştürülmesi derecesini belirlemek için kızılötesi spektroskopi (ATR-FTIR) ile zayıflatılmış toplam yansıma Fourier ile karakterize edilebilir. Biz de çıkmaz Filtre su geçirgenliğini belirlemek için protokoller raportion sistemleri ve membran performansına tıkayıcılar etkisi (sığır serum albümini, BSA).
Introduction
artan talebi karşılamak amacıyla temiz suyu üretmek için düşük maliyetli ve enerji tasarruflu teknolojiler geliştirmek için büyük bir ihtiyaç vardır. Polimerik zarlar bu işlem 1 'de, yüksek enerji verimliliği ve düşük maliyet ve basitliğe olarak nedeniyle doğal avantajlarına su saflaştırılması için lider bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Zarlar saf su içine nüfuz ve kirletici maddelerin reddetme sağlar. Bununla birlikte, zarlar genellikle olumlu etkileşimleri 2, 3 membran yüzeyi üzerine adsorbe edilebilir besleme suyu kirletici ile kirlenmeye maruz kalır. kirlenme büyük ölçüde gerekli membran alanı ve su saflaştırma maliyetini arttırır zarlarından su akışının azaltabilir.
Kirlenmeyi azaltmak için etkili bir yaklaşım, hidrofil özelliği arttıracak ve böylece olumlu azaltmak için membran yüzeyini değiştirmek içinmembran yüzeyi ve tıkayıcılar arasındaki teractions. Bir yöntem, süperhidrofilik 3 hidrojeller ile ince film kaplama kullanmaktır. hidrojeller genelde yüksek su geçirgenliğine sahiptir; Bu nedenle, ince film kaplama bütün membran boyunca hafif bir artış taşıma direnci rağmen dolayı azaltılmış olması kirlenmeye membrandan uzun vadeli su manyetik iletkenlik artırabilir. Hidrojeller doğrudan ozmotik uygulamalarda 4 su saflaştırılması için emdirilmiş membran halinde imal edilebilir.
Zitteriyonik malzemeleri net bir nötr yük ile hem pozitif hem de negatif yüklü fonksiyonel grupları içerir, ve elektrostatik kaynaklı hidrojen bağlanması 5, 6, 7, 8, 9 vasıtasıyla güçlü yüzey hidrasyon sahiptir. sıkıca bağlanmış hidrasyon katmanları fiziksel olarak hareketve enerji engeller, yüzeye tutunmasını kirleticileri önlenmesi ve böylece mükemmel kirlilik önleyici özelliklere 10 gösteren. Poli (sülfobetain metakrilat) (PSBMA) ve poli (karboksibetain metakrilat) (PCBMA) halinde zwitterionik polimerler, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 geliştirmek için kaplama membran yüzeyini değiştirmek için kullanılmıştır yüzey hidrofobikliği ve dolayısıyla kirlilik önleyici özellikleri.
Burada poli (etilen glikol) kullanılarak bağlanabilir fotopolimerizasyon yoluyla sülfobetain metakrilat (SBMA) kullanılarak zitteriyonik hidrojeller diakrilat hazırlamak için, basit bir yöntem ortaya koymaktadır (PEGDA, Mn = 700 g / mol), mekanik gücünü artırmak. Ayrıca mevcut birprosedür fotopolimerizasyon önce oldukça gözenekli hidrofobik destek monomer ve çapraz bağlayıcı emprenye edilmesi, sağlam zarları oluşturmak için. ayaklı filmler ve emprenye Membranların fiziksel ve su taşıma özellikleri iyice su saflaştırılması için yapı / özellik ilişkisini açıklamak için karakterize edilir. hazırlanan hidrojeller membran ayırma özelliklerini geliştirmek üzere bir yüzey kaplaması olarak kullanılabilir. Çapraz bağların yoğunluğu ayarlanarak ya da hidrofobik gözenekli destekler içine emprenye edilmesi, bu malzemeler, aynı zamanda, ileri ozmoz veya basınç geriliği ozmoz 4 gibi ozmotik işlemler için yeterli mekanik kuvvete sahip olan, ince filmler meydana getirebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu ocaklar filmler ve zitteriyonik hidrojeller göre emprenye membranların hazırlanmasında kolay bir yöntem gösterilmiştir. Üç (met) akrilat karakteristik tepe noktalarının ortadan kaybolması (yani, 810, 1,190 ve 1,410 cm-1) elde edilen polimer filmlerin İR spektrumları ve membran (Şekil 2) monomer ve çapraz bağlayıcı 4 iyi bir dönüşüm gösterir emprenye 19, 21. Buna ek…
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 |
Referencias
- Qasim, M., Darwish, N. A., Sarp, S., Hilal, N. Water desalination by forward (direct) osmosis phenomenon: A comprehensive review. Desalination. , 47-69 (2015).
- Geise, G. M., et al. Water purification by membranes: The role of polymer science. J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 48 (15), 1685-1718 (2010).
- Miller, D. J., Dreyer, D., Bielawski, C., Paul, D. R., Freeman, B. D. Surface modification of water purification membranes: A review. Angew Chem Int Ed Engl. , (2016).
- Zhao, S. Z., Huang, K. P., Lin, H. Q. Impregnated Membranes for Water Purification Using Forward Osmosis. Ind. Eng. Chem. Res. 54 (49), 12354-12366 (2015).
- Ostuni, E., Chapman, R. G., Holmlin, R. E., Takayama, S., Whitesides, G. M. A survey of structure-property relationships of surfaces that resist the adsorption of protein. Langmuir. 17 (18), 5605-5620 (2001).
- Jiang, S., Cao, Z. Ultralow-fouling, functionalizable, and hydrolyzable zwitterionic materials and their derivatives for biological applications. Adv Mat. 22 (9), 920-932 (2010).
- Shah, S., et al. Transport properties of small molecules in zwitterionic polymers. J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 54 (19), 1924-1934 (2016).
- Shao, Q., Jiang, S. Y. Molecular Understanding and Design of Zwitterionic Materials. Adv Mat. 27 (1), 15-26 (2015).
- Zhang, Z., Chao, T., Chen, S., Jiang, S. Superlow Fouling Sulfobetaine and Carboxybetaine Polymers on Glass Slides. Langmuir. 22 (24), 10072-10077 (2006).
- Chen, S., Li, L., Zhao, C., Zheng, J. Surface hydration: principles and applications toward low-fouling/nonfouling biomaterials. Polymer. 51 (23), 5283-5293 (2010).
- Bengani, P., Kou, Y. M., Asatekin, A. Zwitterionic copolymer self-assembly for fouling resistant, high flux membranes with size-based small molecule selectivity. J Membr Sci. 493, 755-765 (2015).
- Chiang, Y. C., Chang, Y., Chuang, C. J., Ruaan, R. C. A facile zwitterionization in the interfacial modification of low bio-fouling nanofiltration membranes. J Membr Sci. 389, 76-82 (2012).
- Mi, Y. F., Zhao, Q., Ji, Y. L., An, Q. F., Gao, C. J. A novel route for surface zwitterionic functionalization of polyamide nanofiltration membranes with improved performance. J Membr Sci. 490, 311-320 (2015).
- Shafi, H. Z., Khan, Z., Yang, R., Gleason, K. K. Surface modification of reverse osmosis membranes with zwitterionic coating for improved resistance to fouling. Desalination. 362, 93-103 (2015).
- Yang, R., Goktekin, E., Gleason, K. K. Zwitterionic Antifouling Coatings for the Purification of High-Salinity Shale Gas Produced Water. Langmuir. 31 (43), 11895-11903 (2015).
- Yang, R., Jang, H., Stocker, R., Gleason, K. K. Synergistic Prevention of Biofouling in Seawater Desalination by Zwitterionic Surfaces and Low-Level Chlorination. Adv Mat. 26 (11), 1711-1718 (2014).
- Azari, S., Zou, L. D. Using zwitterionic amino acid L-DOPA to modify the surface of thin film composite polyamide reverse osmosis membranes to increase their fouling resistance. J Membr Sci. 401, 68-75 (2012).
- Chang, C., et al. Underwater Superoleophobic Surfaces Prepared from Polymer Zwitterion/Dopamine Composite Coatings. Adv Mater Inter. , (2016).
- Lin, H., Kai, T., Freeman, B. D., Kalakkunnath, S., Kalika, D. S. The Effect of Cross-Linking on Gas Permeability in Cross-Linked Poly(Ethylene Glycol Diacrylate). Macromolecules. 38 (20), 8381-8393 (2005).
- Sagle, A. C., Ju, H., Freeman, B. D., Sharma, M. M. PEG-based hydrogel membrane coatings. Polymer. 50 (3), 756-766 (2009).
- Wu, Y. -. H., Park, H. B., Kai, T., Freeman, B. D., Kalika, D. S. Water uptake, transport and structure characterization in poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogels. J Membr Sci. 347 (1-2), 197-208 (2010).
- Rahimpour, A., et al. Novel functionalized carbon nanotubes for improving the surface properties and performance of polyethersulfone (PES) membrane. Desalination. 286, 99-107 (2012).
- Gulmine, J. V., Janissek, P. R., Heise, H. M., Akcelrud, L. Polyethylene characterization by FTIR. Polym Testing. 21 (5), 557-563 (2002).
- Araújo, J. R., Waldman, W. R., De Paoli, M. A. Thermal properties of high density polyethylene composites with natural fibres: Coupling agent effect. Polym. Degrad. Stab. 93 (10), 1770-1775 (2008).
- McCloskey, B. D., et al. Influence of polydopamine deposition conditions on pure water flux and foulant adhesion resistance of reverse osmosis, ultrafiltration, and microfiltration membranes. Polymer. 51 (15), 3472-3485 (2010).
