Хімія, фізика та технологія поверхні, 2018, 9 (3), 203-211.

Модифікування полівініліденфлуоридних мембран наночастинками магнетиту



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.03.203

V. V. Konovalova, I. S. Kolesnyk, A. F. Burban, S. M. Tsaryk

Анотація


Зважаючи на хімічну стійкість та інертність полімера, полівініліденфлуоридні мембрани широко використовуються у процесах концентрування, розділення та фракціонування речовин різної хімічної природи. Через гідрофобність поверхні дані мембрани найбільш схильні до забруднення, що суттєво знижує термін їхньої експлуатації. Дана робота присвячена розробці методики модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран водорозчинними полімерами, що містять аміногрупи: поліетиленіміном (ПЕІ) розгалуженої структури та поліаліламінгідрохлоридом лінійної структури. Перевагою та новизною даного методу є простота модифікації (в одну стадію) та використання дешевих і неагресивних реагентів. Прищеплений до поверхні мембран полімер був використаний як спейсер для іммобілізації наночастинок магнетиту. Магнітні наночастинки, закріплені на полімерному спейсері, при накладанні зовнішнього магнітного поля створюють коливання в дифузійному примембранному шарі та викликають додаткову турбулізацію. Модифікація мембран поліетиленіміном та поліаліламінгідрохлоридом підтверджена методом ІЧ-спектроскопії. Іммобілізація наночастинок магнетиту на мембранах підтверджена методом сканувальної електронної мікроскопії. Поверхневі властивості модифікованих мембран досліджені за допомогою електрокінетичного аналізу. Показано, що прищеплення розгалуженого спейсера ПЕІ вдвічі збільшує дзета-потенціал поверхні мембран у порівнянні з лінійним. Транспортні властивості магнітоактивних мембран вивчені у процесі ультрафільтрації розчинів БСА. Досліджена залежність об’ємного потоку через мембрани від прикладеного тиску при різних концентраціях білка. Показано, що іммобілізація наночастинок магнетиту на мембрані та їхній рух у примембранному шарі під впливом магнітного поля знижує ефект концентраційної поляризації.


Ключові слова


полівініліденфлуоридна мембрана; наночастинки магнетиту; ультрафільтрація; концентраційна поляризація

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Gao W., Liang H., Ma J., Han M., Chen Z., Han Z., Li G. Membrane fouling control in ultrafiltration technology for drinking water production: A review. Desalination. 2011. 272(1–3): 1.https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.01.051

2. Guo W., Ngo H.H., Li J. A mini-review on membrane fouling. Bioresour. Technol. 2012. 122: 27. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.04.089

3. Jhaveri J.H., Murthy Z.V.P. Nanocomposite membranes. Desalin. Water Treat. 2016. 57(55): 5. https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1120687

4. Madaeni S., Ghaemi N., Alizadeh A., Joshaghani M. Influence of photo-induced superhydrophilicity of titanium dioxide nanoparticles on the anti-fouling performance of ultrafiltration membranes. Appl. Surf. Sci. 2011. 257(14): 6175. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.02.026

5. Huang J., Zhang K., Wang K., Xie Z., Ladewig B., Wang H. Fabrication of polyethersulfone-mesoporous silica nanocomposite ultrafiltration membranes with antifouling properties. J. Membr. Sci. 2012. 423–424: 362. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2012.08.029

6. Lee K.P., Mattia D. Monolithic nanoporous alumina membranes for ultrafiltration applications: characterization, selectivity-permeability analysis and fouling studies. J. Membr. Sci. 2013. 435: 52. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.01.051

7. Thuyavan Y.L., Anantharaman N., Arthanareeswaran G., Ismail A. Adsorptive removal of humic acid by zirconia embedded in a poly (ether sulfone) membrane. Ind. Eng. Chem. Res. 2014. 53(28): 11355. https://doi.org/10.1021/ie5015712

8. Li J.H., Shao X.S., Zhou Q., Li M.Z., Zhang Q.Q. The double effects of silver nanoparticles on the PVDF membrane: surface hydrophilicity and antifouling performance. Appl. Surface Sci. 2013. 265: 663. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.11.072

9. Mir F.Q., Shukla A. Negative rejection of NaCl in ultrafiltration of aqueous solution of NaCl and KCl using sodalite octahydrate zeolite-clay charged ultrafiltration membrane. Ind. Eng. Chem. Res. 2010. 49(14): 6539. https://doi.org/10.1021/ie901775v

10. Dudchenko A.V., Rolf J., Russell K., Duan W., Jassby D. Organic fouling inhibition on electrically conducting carbon nanotube–polyvinyl alcohol composite ultrafiltration membranes. J. Membr. Sci. 2014. 468: 1. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.05.041

11. Konovalova V.V., Burban A.F., Ivanenko O.I., Perhun P.I. Ultrafiltration of water-soluble polymers by magneto active membranes. Naukovi zapysky NaUKMA. Chem. Sci. Tech. 2015. 170: 3. [in Ukrainian].

12. Vitola G., Mazzei R., Fontananova E., Giorno L. PVDF membrane biofunctionalization by chemical grafting. J. Membr. Sci. 2015. 476: 483. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.12.004

13. Kang G., Cao Y. Application and modification of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membranes – A review. J. Membr. Sci. 2014. 463: 145. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.03.055

14. Ross G.J., Watts J.F., Hill M.P., Morrissey P. Surface modification of poly (vinylidene fluoride) by alkaline treatment: 1. The degradation mechanism. Polymer. 2000. 41(5): 1685. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(99)00343-2




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.03.203

Copyright (©) 2018 V. V. Konovalova, I. S. Kolesnyk, A. F. Burban, S. M. Tsaryk