Написати автору Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.01.094
Анотація
Завдяки своїй високій механічній міцності, хімічній стійкості та інертності полівініліденфлуоридні мембрани широко використовуються у процесах ультрафільтрації водних розчинів речовин різної хімічної природи. Однак висока гідрофобність полімера створює значні обмеження для практичного застосування таких мембран, тому актуальною є розробка методів модифікування поверхні ПВДФ мембран для покращення їхніх властивостей. Поліетиленімін (ПЕІ), як модифікувальна речовина, вже широко досліджений з метою гідрофілізації поверхні цілою низкою гідрофобних полімерів, проте процес модифікування призводить як до спадання об’ємного потоку, так і до зміни селективності мембран. Це пов’язано із тим, що у процесі модифікування широкопористих мембран ПЕІ прищеплюється не тільки до їхньої робочої поверхні, але також і до поверхні пор мембрани, зменшуючи їхній ефективний радіус. Зважаючи на це, дослідження присвячено розробленню методики модифікування поверхні ПВДФ мембран ПЕІ із попереднім заповненням їхніх пор для максимального збереження морфології початкових мембран та їхніх характеристик. Як заповнювач пор використовували нейоногенну поверхнево-активну речовину Тетронік® 701. Комерційні ультрафільтраційні ПВДФ мембрани (із відсікальною здатністю 150 кДа) спочатку активували карбонатним буфером, далі заповнювали пори Тетронік® 701, після чого здійснювали модифікування поверхні ПВДФ мембрани з використанням ПЕІ. Підтвердження процесу модифікування здійснювали методом ІЧ спектроскопії. Властивості поверхні мембрани досліджено методом сканувальної електронної мікроскопії. Зміну гідрофільності модифікованих мембран досліджували методом вимірювання кутів змочування поверхні мембран водою, гліцерином і дийодометаном. Транспортні властивості мембрани було експериментально вивчено у процесі ультрафільтрації водних розчинів білків (зокрема, лізоциму, ліпази, БСА), визначено коефіцієнти їхнього затримання та коефіцієнти водопроникності мембран. Встановлено, що використання Тетронік® 701 під час процесу модифікування мембрани дозволяє отримати мембрани з вищим коефіцієнтом водопроникності, порівняно із мембраною, модифікованою без попереднього заповнення пор, а гідрофілізація поверхні сприяє зменшенню ефекту концентраційної поляризації.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
Kolesnyk I., Kujawa J., Bubela H., Konovalova V., Burban A., Cyganiuk A., Kujawski W. Photocatalytic properties of PVDF membranes modified with g-C3N4 in the process of Rhodamines decomposition. Sep. Purif. Technol. 2020. 250: 117231. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117231
Warsinger D.M., Chakrabortyc S., Towa E.W., Plumlee M.H., Bellona C., Loutatidou S., Karimi L., Mikelonis A.M., Achilli A., Ghassemi A., Padhye L.P., Snyder S.A., Curcio S., Vecitis C.D., Arafat H.A., Lienhard J.H. A review of polymeric membranes and processes for potable water reuse. Prog. Polym. Sci. 2018. 81: 209. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.01.004
Bassyouni M., Abdel-Aziz M.H., Zoromba S., Abdel-Hamid S.M., Drioli E. A review of polymeric nanocomposite membranes for water purification. J. Ind. Eng. Chem. 2019. 73: 19. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.01.045
Subasi Y., Cicek B. Recent advances in hydrophilic modification of PVDF ultrafiltration membranes - a review: part I. Membr. Techol. 2017. 2017(10): 7. https://doi.org/10.1016/S0958-2118(17)30191-X
Subasi Y., Cicek B. Recent advances in hydrophilic modification of PVDF ultrafiltration membranes - a review: part II. Membr. Techol. 2017. 2017(11): 5. https://doi.org/10.1016/S0958-2118(17)30233-1
Zou L., Vidalis I., Steele D., Michelmore A., Low S.P., Verberk J.Q. Surface hydrophilic modification of RO membranes by plasma polymerization for low organic fouling. J. Membr. Sci. 2011. 369(1-2): 420. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.12.023
Zhao G., Chen W.N. Design of poly(vinylidene fluoride)-g-p(hydroxyethyl methacrylate-co-N-isopropylacrylamide) membrane via surface modification for enhanced fouling resistance and release property. Appl. Surf. Sci. 2017. 398: 103. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.11.138
Remanan S., Das N.C. A unique microfiltration membranes derived from the poly(ethylene-co-methyl acrylate)/poly(vinylidene fluoride) (EMA/PVDF) biphasic blends and surface modification for antifouling application. Polym. Test. 2019. 79: 106031. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.106031
Nayak K., Tripath B.P. Molecularly grafted PVDF membranes with in-air superamphiphilicity and underwater superoleophobicity for oil/water separation. Sep. Purif. Techol. 2021. 259: 118068. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118068
Konovalova V., Kolesnyk I., Burban A., Kujawski W., Knozowska K., Kujawa J. Improvement of separation and transport performance of ultrafiltration membranes by magnetically active nanolayer. Colloids Surf., A. 2019. 569(20): 67. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.02.061
Kang G., Gao 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
Vitola G., Mazzei R., Fontananova E., Giorno L. PVDF membrane biofunctionalization be chemical grafting. J. Membr. Sci. 2015. 476: 483. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.12.004
Zin G., Wu J., Rezzadori K., Petrus J.C., Di Luccio M., Li Q. Modification of hydrophobic commercial PVDF microfiltration membranes into superhydrophilic membranes by the mussel-inspired method with dopamine and polyethyleneimine. Sep. Purif. Techol. 2019. 212: 641. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.10.014
Shi H., Xue L., Gao A., Fu Y., Zhou Q., Zhu L. Fouling-resistant and adhesion-resistant surface modification of dual layer PVDF hollow fiber membrane by dopamine and quaternary polyethyleneimine. J. Membr. Sci. 2016. 498: 39. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.09.065
Liu C., Wu L., Zhang C., Chen W., Luo S. Surface hydrophilic modification of PVDF membrane by trace amounts of tannin and polyethyleneimine. Appl. Surf. Sci. 2018. 457: 695. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.06.131
Zeng X., Lin J., Cai W., Lu Q., Fu S., Li J., Yan X., Wen X., Zhou C., Zhang M. Fabrication of superhydrophilic PVDF membranes by one-step modification with eco-friendly phytic acid and polyethyleneimine complex for oil-in-water emulsion separation. Chemosphere. 2021. 264(1): 128235. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128395
Wang X., Wang Z., Wang Z., Cao Y., Meng J. Tethering of hyperbranched polyols using PEI as a building block to synthesize antifouling PVDF membranes. Appl. Surf. Chem. 2017. 419: 546. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.05.037
Konovalova V.V., Kolesnyk I.S., Ivanenko O.I., Burban A.F., Tsaryk S.M. Modification of polyvinylidene fluoride membranes with magnetite nanoparticles. Him. Fiz. Technol. Poverhni. 2018. 9(3): 203. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp09.03.203
Cartera B.M., Sengupta A., Qian X., Ulbricht M., Wickramasinghe S. R. Controlling external versus internal pore modification of ultrafiltration membranes using surface-initiated AGET-ATPR. J. Membr. Sci. 2018. 554: 109. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.02.066
Konovalova V., Nigmatullin R., Pobigay G. Development of antimicrobial membranes via the surface tethering of chitosan. J. Appl. Polym. Sci. 2009. 111(4): 1697. https://doi.org/10.1002/app.29135
Law K.Y., Zhao H. Determination of solid surface tension by contact angle. In: Surface Wetting. (Springer International Publishing, 2016). P. 135. https://doi.org/10.1007/978-3-319-25214-8_7
Marson G.V., Lacour S., Hubinger M.D., Belleville M.-P. Serial fractionation of spent brewer's yeast protein hydrolysate by ultrafiltration: A peptide-rich product with low RNA content. J. Food Eng. 2022. 312: 110737. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110737
Penaranda-Lopez A.L., Brito-de la Fuente E., Torrestiana-Sanchez B. Fractionation of hydrolysates from concentrated lecithin free egg yolk protein dispersions by ultrafiltration. Food Bioprod. Process. 2020. 123: 209. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2020.07.001
Wei Q., Wu C., Zhang J., Cui Z., Jiang T. Fabrication of surface microstructure for the ultrafiltration membrane-based on "active-passive" synergistic antifouling and its antifouling mechanism of protein. React. Funct. Polym. 2021. 169: 105068. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2021.105068
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.01.094
Copyright (©) 2022 H. S. Bubela, V. V. Konovalova, I. S. Kolesnyk, A. F. Burban
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.