Трехмерно Система Перекрестноточный Печатные Микрожидкостных для ультрафильтрации / нанофильтрации Тестирование производительности
Summary
Проектирование и изготовление трехмерно-(3-D) печатается Микрожидкостных система фильтрации с поперечным течением продемонстрирована. Система используется для тестирования производительности и наблюдать забивку ультрафильтрации и нанофильтрации (тонкопленочный композитный) мембран.
Abstract
Минимизация и управление мембранной обрастания является сложной задачей в различных промышленных процессах и других методов, которые используют мембранную технологию. Понимание процесса обрастания может привести к оптимизации и повышению эффективности фильтрации, основанной мембраны. Здесь мы показать конструкцию и изготовление автоматизированной трехмерно (3-D) печатном микрожидком системой фильтрации с поперечным потоком, которая может проверить до 4 мембран в параллель. Микрожидкостных клетки были напечатаны с использованием мульти-материал фотополимерной технологии печати 3-D, которая использовала прозрачную жесткую полимер для тела микрожидком клеток и включенный тонкую резиновую типа полимерного слоя, который предотвращает утечку во время работы. Производительность ультрафильтрации (UF), и нанофильтрации (NF) мембран были испытаны и мембрана обрастание можно было наблюдать с модельным foulant бычьего сывороточного альбумина (БСА). Кормовые растворы, содержащие BSA показало потока снижение мембраны. Этот протокол может быть продлитьред измерить загрязнение или обрастания со многими другими органическими, неорганическими или микробных растворов, содержащих. Микрожидкостных дизайн особенно выгодно для испытаний материалов, которые являются дорогостоящими или доступны только в небольших количествах, например полисахаридов, белков или липидов вследствие малой площади поверхности мембраны проходит проверку. Эта модульная система может быть легко расширена за большой тестирование пропускной способности мембран.
Introduction
Мембранная технология является неотъемлемой частью промышленных и других процессов, требующих разделение растворенных веществ из объемной раствора, однако, мембрана обрастания является одним из основных актуальной задачей. 1 Общие примеры, где мембрана обрастания происходит включают использование ультрафильтрационных мембран для основанного на разделении размера сточных вод, 2 и тонкопленочные композитные мембраны для разделения ионов и больших растворенных веществ из солоноватой или морской воды. 3 Характерные признаки обрастания включают увеличение трансмембранного давления и снижение потока. Это снижает производительность мембраны и сокращает срок его службы в результате химических или других протоколов очистки. Поэтому выполнение мембрана является хорошим показателем для оценки загрязнения и понять механизмы и последствия обрастания, обрастания и образования биопленки на мембранах. Кроме того, оценка эффективности важно при проектировании или модификации новых мембран.
EFT ">Интерес к использованию мембран в микрофлюидальных устройств растет на протяжении последнего десятилетия. 4 Недавно мы изучали влияние микробной компонентов липополисахарида и гликосфинголипид на обрастания поверхность нанофильтрации и последующего восприимчивость условного поверхности к микробным вложение. 5 микрожидком устройство поперечного потока была использована для оценки производительности нанофильтрации мембраны. Это позволило использовать специальных компонентов некоммерческого липидных доступных только в небольших количествах для поверхности мембраны обрастания, потому что область поверхности мембраны была небольшой. Размер система позволила эффективно использовать мембранных материалов и низких объемов растворов. В этом протоколе, мы описываем проектирование и изготовление микрожидкостных устройств для тестирования производительности мембраны, и наметить включение устройства в системе давления потока. Демонстрация устройства показан на Тестинг производительность мембранной ультрафильтрации и нанофильтрации мембраны с использованием модели foulant, BSA. 6,7
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол описывает конструкцию трехмерно печатной микрожидкостных устройств с поперечным потоком для тестирования нанофильтрации и ультрафильтрации мембраны. Недавно мы показали, успех разновидности этого протокола с нанофильтрации кондиционирования и обрастания с гликосфи?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Stratasys (Реховот, Израиль) для трехмерной печати устройства. Мы благодарны Microdyne Надир (Германия) для образцов мембранных. Это исследование было поддержано Израиль научного фонда (грант 1474-13) к CJA
Materials
| BSA | SIGMA-ALDRICH | A6003 | |
| NaCl | DAEJUNG | 7548-4100 | |
| MgSO4 | EMSURE | 1058861000 | |
| NF Membrane | Filmtec | NF200 | |
| 30 kDa UF Membrane | MICRODYN NADIR | UH030 | |
| 50 kDa UF Membrane | MICRODYN NADIR | UH050 | |
| Pressure Transducer | Midas | 43006711 | |
| Ball Valves | AV-RF | Q91SA-PN6.4 | |
| 3-way Valve | iLife Medical Devices | 902.071 | |
| Pressure Regulator | Swagelok | KCB1G0A2A5P20000 | |
| Flow-meter | Bronkhorst | L01-AGD-99-0-70S | |
| Balances | MRC | BBA-1200 | |
| Pump | Cole-Parmer | EW-00354-JI | |
| 1/8" Tubing | Cole-Parmer | EW-06605-27 | |
| 1/16" Tubing | Cole-Parmer | EW-06407-41 | |
| 1/16" Fittings | Cole-Parmer | EW-30486-70 | |
| 1/8" Fittings | Kiowa | QSM-B-M5-3-20 | |
| Microcontroller | Adafruit | 50 | Arduino UNO R3 |
| Continuous Rotation Servo | Adafruit | 154 | |
| Standard Servo | Adafruit | 1142 | |
| Power Supply | Adafruit | 658 | |
| Servo Shield | SainSmart | 20-011-905 | |
| Switches | Parts Express | 060-376 | |
| 0.45 Micron Filters | EMD Millipore | SLHV033RS | |
| Potentiostat | Gamry | PCI4 | |
| Sonicator | MRC | DC-150H | |
| Connex 3D Printer | Stratasys | Objet Connex | |
| Veroclear | Stratasys | RGD810 | transparent polymer for printing flow cell |
| Tangoblack-plus | Stratasys | FLX980 | soft rubbery polymer for gasket layers on flow cell |
Riferimenti
- Guo, W., Ngo, H. -. H., Li, J. A mini-review on membrane fouling. Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).
- Fane, A. G., Fell, C. J. D. A review of fouling and fouling control in ultrafiltration. Desalination. 62, 117-136 (1987).
- Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G. Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review. Adv. colloid interfac. 164 (1-2), 126-143 (2011).
- De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. Membranes and microfluidics: a review. Lab on a chip. 6 (9), 1125-1139 (2006).
- Haas, R., Gutman, J., et al. Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes. Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).
- Nabe, A. Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions. J. Membr. Sci. 133 (1), 57-72 (1997).
- Ang, W., Elimelech, M. Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation. J. Membr. Sci. 296 (1-2), 83-92 (2007).
- Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration. Langmuir. 26 (14), 12358-12365 (2010).
- Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application. J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).
- Kaufman, Y., et al. Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate. J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).
