Name: Síntesis de hidrogeles con propiedades antiincrustantes como membranas de purificación de agua (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: Aprende a preparar y caracterizar películas de hidrogeles zwitteriónicos y membranas impregnadas para purificación de agua. Este método simple y rápido permite escalar la producción industrial de membranas con propiedades antiincrustantes eficientes.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Agradecemos el apoyo financiero de este trabajo por parte del Centro Coreano de Investigación y Desarrollo de Captura y Secuestro de Carbono (KCRC).

1. Preparación del prepolímero Soluciones <ol><li> Preparación usando agua como disolvente <ol><li> Añadir 10.00 g de agua desionizada (DI) a una botella de vidrio con una barra de agitación magnética. </li><li> Mida 2,00 g de SBMA y la transfiere a la botella de vidrio que contiene el agua. Agitar la solución durante 30 min, hasta que el SBMA se disuelva completamente. </li><li> En un frasco aparte, añadir 20,00 g de PEGDA (M n = 700 g / mol). </li><li> Añadir 20,0 mg de 1-hidroxiciclohexil fenil cetona (HCPK), un fotoiniciador, a la solución de PEGDA. Deje que la agitación solución durante al menos 30 min. </li><li> Utilizando una pipeta desechable, transferir 8,00 g de la solución de PEGDA-HCPK a la solución acuosa SBMA. Continuamente se agita la mezcla hasta que la solución es homogénea. </li></ol></li><li> Preparación usando mezclas de agua / etanol como disolventes <ol><li> Añadir 6,00 g de agua DI y 4,00 g de etanol a una botella de vidrio ámbar con una barra de agitación magnética.Agitar la solución para permitir la mezcla completa. </li><li> Añadir 2,00 g de SBMA a la mezcla de agua / etanol. Agitar la solución y permitir que el SBMA se disuelva completamente. </li><li> Usar una pipeta para transferir 8,00 g de la solución de PEGDA-HCPK a la mezcla de SBMA. Revuelva para mezclar bien la solución. </li></ol></li></ol> 2. Preparación de las películas de cocción <ol><li> Colocar dos espaciadores con espesores conocidos en un disco de cuarzo limpia; el espesor de los espaciadores controla el espesor de las películas poliméricas obtenidas 19. </li><li> Transferir una pequeña cantidad (~ 1,0 ml) de la solución de prepolímero al disco de cuarzo utilizando una pipeta desechable. </li><li> Coloque otro disco de cuarzo en la parte superior del líquido y asegurarse de que no hay burbujas en la película de líquido. </li><li> Colocar la muestra en un reticulador ultravioleta (UV) e irradiar durante 5 min usando luz UV con una longitud de onda de 254 nm 19. NOTA: El tiempo de irradiación Alternativas y longitudes de onda se pueden utilizar dependiendo del tipo de fotoiniciador. </li><li> Separar la película de polímero a partir de los discos de cuarzo utilizando una cuchilla afilada. Use pinzas para transferir la película a un baño de agua DI. Cambie el agua dos veces durante la primera 24 h para eliminar el disolvente, que no ha reaccionado de monómero / agente de reticulación, y sol de la película. NOTA: La película de polímero se debe mantener en el agua DI para preservar la estructura de los poros, si hay alguna. </li><li> Preparar películas secas para ATR-FTIR y análisis DSC. <ol><li> Retire la película del baño de agua y permitir que se seque al aire durante 24 h. </li><li> Coloque la película en un horno de vacío a 80 ° C para secar durante la noche bajo vacío. </li></ol></li></ol> 3. Preparación de las membranas impregnadas <ol><li> Colocar una hoja de soporte poroso en un disco de cuarzo. </li><li> El uso de un cepillo de espuma, capa cada lado del soporte de dos veces con la solución de prepolímero basado en la mezcla de agua / etanol 4. NOTA: Dado que tél apoyo es hidrófoba, la solución de prepolímero que contiene etanol puede mojar fácilmente el soporte. </li><li> Colocar otro disco de cuarzo en la parte superior del soporte. </li><li> Colocar la muestra en un reticulador UV e irradiar durante 5 min usando luz UV con una longitud de onda de 254 nm. </li><li> Para retirar la membrana impregnada de los discos de cuarzo, sumergir todo el conjunto en un baño de agua DI durante 5 min y retirar cuidadosamente la membrana utilizando una cuchilla afilada y unas pinzas. </li><li> Mantener la membrana en agua DI. Cambie el agua dos veces para eliminar el disolvente, el monómero sin reaccionar / agente de reticulación, y el sol de la membrana. </li><li> Preparar, membranas impregnadas secas para los análisis de ATR-FTIR y DSC. <ol><li> Retire la membrana del baño de agua. Dejar que la membrana se seque en condiciones ambientales durante 24 h. </li><li> Secar la membrana en un horno de vacío durante la noche a 80 ° C bajo vacío. </li></ol></li></ol> 4. Caracterización de las películas de cocción y impregnadas Membranes <ol><li> Análisis ATR-FTIR <ol><li> Preparar una muestra de la solución de prepolímero, como se ha indicado en el paso 1.1, para el análisis de FTIR. </li><li> Realizar una búsqueda en segundo plano antes de escanear la muestra. Ajuste el rango de número de onda de 600 cm-1 a 4.500 cm -1 a una resolución -1 4-cm de medición. </li><li> Colocar la muestra en la máquina de FTIR para el análisis. </li><li> Retire la muestra. Limpiar el cristal y la punta con un disolvente apropiado. </li><li> Repetir los pasos 4.1.1 - 4.1.4 para las siguientes muestras: soporte poroso, solución de prepolímero, se secaron autoportante películas y membranas impregnadas secas. </li></ol></li><li> La calorimetría de exploración diferencial (DSC) <ol><li> Colocar un recipiente de DSC y la tapa en una balanza y registrar su peso. </li><li> Colocar una pequeña cantidad de muestra (5-10 mg) dentro de la sartén y cerrarla con la tapa. </li><li> Pesar el recipiente que contiene la muestra. A partir de la diferencia de peso entre la juntaPan ccupied y la tapa y la bandeja desocupada y la tapa, calculan el peso de la muestra. </li><li> El uso de una prensa, sellar herméticamente la muestra dentro de la olla. </li><li> Coloque la bandeja sellada dentro de la célula de DSC en la que se encuentra la referencia inerte. </li><li> Introduzca el peso de la sartén desocupada y la tapa y el peso de la muestra en el programa. </li><li> Analiza con la DSC desde -80 ° C a 160 ° C a una velocidad de calentamiento de 10 ° C / min. </li><li> Realizar el análisis de DSC usando el protocolo del fabricante. </li><li> Repetir los experimentos de DSC para diferentes muestras siguientes las etapas mencionadas anteriormente. </li></ol></li><li> Medición de los ángulos de contacto utilizando un método de la gota colgante <ol><li> Cortar una tira rectangular de la muestra de membrana (aproximadamente 30 mm por 6 mm). </li><li> Remojar esta tira en agua DI durante 10 min y luego se seca durante 5 min. </li><li> Coloque la muestra seca en el soporte de muestra. </li><li> Sumergir el soporte de muestra de una manera transparentecámara ambiental que contiene el agua DI 20. </li><li> Usando una jeringa de microlitro con una aguja de acero inoxidable, dispensar gotas de n decano (aproximadamente 1 l) sobre la muestra de membrana. </li><li> Deja la configuración en reposo durante 2 min para asegurar la estabilización de las gotitas. </li><li> Utilice un software de análisis de imágenes apropiado para determinar el ángulo de contacto de las muestras mediante la medición de los ángulos de las gotas dispensadas en la superficie de la membrana. </li><li> Tomar la media de los valores de ángulo de contacto obtenidas para diversas gotitas. </li></ol></li><li> Caracterización de la permeabilidad al agua utilizando un sistema de filtración frontal <ol><li> Utilice una perforadora de martillo guiado con un diámetro apropiado para cortar cupones de películas de cocción y membranas impregnadas. </li><li> Colocar un cupón preparado sobre el soporte poroso dentro de una celda de filtración sin salida. </li><li> Coloque la junta tórica en la parte superior de la muestra. Atornillar las dos mitadesde la celda de permeación juntos. </li><li> Añadir aproximadamente 50 ml de agua DI a la celda de permeación. Tornillo en la tapa y coloque la celda de permeación en un agitador magnético. Establecer la velocidad de agitación entre 300 y 900 rpm. </li><li> Coloque un vaso de precipitados cubierto en un equilibrio para recoger el agua de permeado. Tarar la balanza. </li><li> Abrir la válvula en el cilindro de gas. Girar el regulador de presión de las agujas del reloj de la válvula hasta la presión deseada se alcanza (45 psig para las películas de cocción y 35 psig para membranas impregnadas). </li><li> Abrir la válvula de liberación para suministrar la presión a la celda de permeación. </li><li> Supervisar y registrar el peso del vaso de precipitado con el tiempo. </li><li> Calcular la permeancia agua (A w) y la permeabilidad (P w) con el modelo de solución-difusión se muestra a continuación 4, 21 <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/55426/55426eq1.jpg" /> donde A w es ésimopermeancia e agua (L / m 2 hbar o LMH / bar), P w es la permeabilidad al agua (LMH cm / bar), ρ w es la densidad del agua (g / L), A es el área efectiva de la membrana (m 2), Delta m es el cambio en la masa de permeado de agua (g) durante un periodo de tiempo? t (h), Dp es la diferencia de presión a través de la membrana (bar), y L es el espesor de la película hinchada (cm). </li><li> Use una solución de BSA que contiene 0,5 g / L de BSA en una solución salina tamponada con fosfato (PBS) con un pH = 7,4 para evaluar las propiedades antiincrustantes y las tasas de rechazo de las membranas. </li><li> Repita los pasos 4.4.5 - 4.4.10 para determinar el flujo de agua en presencia de BSA. Calcular la tasa de rechazo de BSA con la siguiente ecuación 22 <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/55426/55426eq2.jpg" /> donde R BSA es la tasa de rechazo de BSA de la membrana (%),C P es la concentración de BSA en el permeado (g / L), y C F es la concentración de BSA en la alimentación (g / L); la concentración de BSA se puede determinar a través de espectroscopia UV. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Qasim, M., Darwish, N. A., Sarp, S., Hilal, N. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916415300242">Water desalination by forward (direct) osmosis phenomenon: A comprehensive review.</a> Desalination. , 47-69 (2015).</li>
<li>Geise, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/polb.22037/full">Water purification by membranes: The role of polymer science.</a> J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 48 (15), 1685-1718 (2010).</li>
<li>Miller, D. J., Dreyer, D., Bielawski, C., Paul, D. R., Freeman, B. D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201601509/full">Surface modification of water purification membranes: A review.</a> Angew Chem Int Ed Engl. , (2016).</li>
<li>Zhao, S. Z., Huang, K. P., Lin, H. Q. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.5b03241">Impregnated Membranes for Water Purification Using Forward Osmosis.</a> Ind. Eng. Chem. Res. 54 (49), 12354-12366 (2015).</li>
<li>Ostuni, E., Chapman, R. G., Holmlin, R. E., Takayama, S., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la010384m">A survey of structure-property relationships of surfaces that resist the adsorption of protein.</a> Langmuir. 17 (18), 5605-5620 (2001).</li>
<li>Jiang, S., Cao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultralow-fouling%2C+functionalizable%2C+and+hydrolyzable+zwitterionic+materials+and+their+derivatives+for+biological+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mat%22%5BJournal%5D)">Ultralow-fouling, functionalizable, and hydrolyzable zwitterionic materials and their derivatives for biological applications.</a> Adv Mat. 22 (9), 920-932 (2010).</li>
<li>Shah, S., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/polb.24096/abstract">Transport properties of small molecules in zwitterionic polymers.</a> J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 54 (19), 1924-1934 (2016).</li>
<li>Shao, Q., Jiang, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Understanding+and+Design+of+Zwitterionic+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mat%22%5BJournal%5D)">Molecular Understanding and Design of Zwitterionic Materials.</a> Adv Mat. 27 (1), 15-26 (2015).</li>
<li>Zhang, Z., Chao, T., Chen, S., Jiang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superlow+Fouling+Sulfobetaine+and+Carboxybetaine+Polymers+on+Glass+Slides%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Superlow Fouling Sulfobetaine and Carboxybetaine Polymers on Glass Slides.</a> Langmuir. 22 (24), 10072-10077 (2006).</li>
<li>Chen, S., Li, L., Zhao, C., Zheng, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386110006968">Surface hydration: principles and applications toward low-fouling/nonfouling biomaterials.</a> Polymer. 51 (23), 5283-5293 (2010).</li>
<li>Bengani, P., Kou, Y. M., Asatekin, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738815300533">Zwitterionic copolymer self-assembly for fouling resistant, high flux membranes with size-based small molecule selectivity.</a> J Membr Sci. 493, 755-765 (2015).</li>
<li>Chiang, Y. C., Chang, Y., Chuang, C. J., Ruaan, R. C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738811007678">A facile zwitterionization in the interfacial modification of low bio-fouling nanofiltration membranes.</a> J Membr Sci. 389, 76-82 (2012).</li>
<li>Mi, Y. F., Zhao, Q., Ji, Y. L., An, Q. F., Gao, C. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738815004111">A novel route for surface zwitterionic functionalization of polyamide nanofiltration membranes with improved performance.</a> J Membr Sci. 490, 311-320 (2015).</li>
<li>Shafi, H. Z., Khan, Z., Yang, R., Gleason, K. K. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916415000855">Surface modification of reverse osmosis membranes with zwitterionic coating for improved resistance to fouling.</a> Desalination. 362, 93-103 (2015).</li>
<li>Yang, R., Goktekin, E., Gleason, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zwitterionic+Antifouling+Coatings+for+the+Purification+of+High-Salinity+Shale+Gas+Produced+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Zwitterionic Antifouling Coatings for the Purification of High-Salinity Shale Gas Produced Water.</a> Langmuir. 31 (43), 11895-11903 (2015).</li>
<li>Yang, R., Jang, H., Stocker, R., Gleason, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synergistic+Prevention+of+Biofouling+in+Seawater+Desalination+by+Zwitterionic+Surfaces+and+Low-Level+Chlorination%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mat%22%5BJournal%5D)">Synergistic Prevention of Biofouling in Seawater Desalination by Zwitterionic Surfaces and Low-Level Chlorination.</a> Adv Mat. 26 (11), 1711-1718 (2014).</li>
<li>Azari, S., Zou, L. D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738812000701">Using zwitterionic amino acid L-DOPA to modify the surface of thin film composite polyamide reverse osmosis membranes to increase their fouling resistance.</a> J Membr Sci. 401, 68-75 (2012).</li>
<li>Chang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Underwater+Superoleophobic+Surfaces+Prepared+from+Polymer+Zwitterion%2FDopamine+Composite+Coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Underwater Superoleophobic Surfaces Prepared from Polymer Zwitterion/Dopamine Composite Coatings.</a> Adv Mater Inter. , (2016).</li>
<li>Lin, H., Kai, T., Freeman, B. D., Kalakkunnath, S., Kalika, D. S. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma0510136">The Effect of Cross-Linking on Gas Permeability in Cross-Linked Poly(Ethylene Glycol Diacrylate).</a> Macromolecules. 38 (20), 8381-8393 (2005).</li>
<li>Sagle, A. C., Ju, H., Freeman, B. D., Sharma, M. M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386108010884">PEG-based hydrogel membrane coatings.</a> Polymer. 50 (3), 756-766 (2009).</li>
<li>Wu, Y. -H., Park, H. B., Kai, T., Freeman, B. D., Kalika, D. S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738809007674">Water uptake, transport and structure characterization in poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogels.</a> J Membr Sci. 347 (1-2), 197-208 (2010).</li>
<li>Rahimpour, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916411009271">Novel functionalized carbon nanotubes for improving the surface properties and performance of polyethersulfone (PES) membrane.</a> Desalination. 286, 99-107 (2012).</li>
<li>Gulmine, J. V., Janissek, P. R., Heise, H. M., Akcelrud, L. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142941801001246">Polyethylene characterization by FTIR.</a> Polym Testing. 21 (5), 557-563 (2002).</li>
<li>Araújo, J. R., Waldman, W. R., De Paoli, M. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391008002516">Thermal properties of high density polyethylene composites with natural fibres: Coupling agent effect.</a> Polym. Degrad. Stab. 93 (10), 1770-1775 (2008).</li>
<li>McCloskey, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386110004106">Influence of polydopamine deposition conditions on pure water flux and foulant adhesion resistance of reverse osmosis, ultrafiltration, and microfiltration membranes.</a> Polymer. 51 (15), 3472-3485 (2010).</li>
</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

Hemos demostrado un método fácil para preparar películas de cocción y membranas impregnadas basados ​​en hidrogeles de ion híbrido. La desaparición de tres (met) acrilato de picos característicos (es decir, 810, 1.190, y 1.410 cm-1) en los espectros IR de las películas poliméricas obtenidas y se impregna la membrana (Figura 2) indica la buena conversión de los monómeros y agente de reticulación 4, 19, <sup class="x...

Hay una gran necesidad de desarrollar tecnologías eficientes y de bajo costo y de energía para producir agua potable con el fin de satisfacer la creciente demanda. Membranas poliméricos han surgido como una tecnología líder para la purificación de agua debido a sus ventajas inherentes, tales como su alta eficiencia energética, de bajo costo y simplicidad en la operación 1. Las membranas permiten que el agua pura para penetrar a través de y rechazar los contaminantes. Sin embargo, las membranas son a menudo sometidos a ensuciamiento por contaminantes en el agua de alimentación, que pueden ser adsorbidos sobre la superficie de la membrana a partir de sus interacciones favorables 2, 3. El ensuciamiento puede disminuir dramáticamente el flujo de agua a través de las membranas, lo que aumenta el área de membrana requerida y el coste de purificación de agua. Un enfoque eficaz para mitigar el ensuciamiento es modificar la superficie de la membrana para incrementar la hidrofilicidad y por lo tanto disminuir la favorable eninteracciones entre la superficie de la membrana y suciedades. Un método es utilizar recubrimiento de película fina con superhidrófilo 3 hidrogeles. Los hidrogeles a menudo tienen una alta permeabilidad al agua; por lo tanto, un recubrimiento de película delgada puede aumentar la permeabilidad al agua a largo plazo a través de la membrana debido a las incrustaciones mitigada, a pesar del aumento de la resistencia ligeramente transporte a través de toda la membrana. Los hidrogeles también se pueden fabricar directamente en las membranas impregnadas de purificación de agua en aplicaciones osmóticos 4. Materiales de ion híbrido contener ambos grupos funcionales cargados positiva y negativamente, con una carga neutra neta, y tener una fuerte hidratación de la superficie a través de-electrostática inducida por enlace de hidrógeno 5, 6, 7, 8, 9. Las capas de hidratación fuertemente unidos actúan como físicay barreras de energía, la prevención de incrustantes se adhiera sobre la superficie, lo que demuestra excelentes propiedades antiincrustantes 10. Polímeros de ion híbrido, tales como poli (metacrilato de sulfobetaína) (PSBMA) y poli (metacrilato de carboxibetaína) (PCBMA), se han utilizado para modificar la superficie de la membrana mediante el recubrimiento 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 para aumentar hidrofilia de la superficie y por lo tanto propiedades antiincrustantes. Demostramos aquí un método fácil para preparar hidrogeles de ion híbrido utilizando metacrilato de sulfobetaína (SBMA) a través de la fotopolimerización, que se reticula usando poli (etilenglicol) diacrilato (PEGDA, M n = 700 g / mol) para mejorar la resistencia mecánica. También se presenta unaprocedimiento para la construcción de membranas sólidas mediante la impregnación del monómero y reticulante en un soporte hidrófobo altamente poroso antes de la fotopolimerización. Las propiedades físicas y de transporte de agua de las películas de cocción y membranas impregnadas se caracterizan a fondo para dilucidar la relación estructura / propiedad para la purificación de agua. Los hidrogeles preparados se pueden utilizar como un recubrimiento de superficie para mejorar las propiedades de separación de membrana. Mediante el ajuste de la densidad de reticulación o por impregnación en soportes porosos hidrófobos, estos materiales también se pueden formar películas delgadas con suficiente resistencia mecánica para los procesos osmóticos, tales como ósmosis u ósmosis 4-presión retrasado hacia adelante.

<table><tbody><tr><td>Diacrilato de poli(etilenglicol) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; Mn = 700 (PEGDA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>455008</td><td></td></tr><tr><td>1-hidroxiciclohexilo fenil cetona, 99% (HCPK)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>405612</td><td></td></tr><tr><td>[2-(metacrloyloxy)etil dimetil-(3-sulfopropilo) hidróxido de amonio, 97%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>537284</td> etanol <td>agudamente tóxico</td></tr><tr><td>, 95%</td><td>Koptec, VWR International</td><td>V1101</td><td>Decano inflamable</td></tr><tr><td>, anhidro, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>457116</td><td></td></tr><tr><td>Solupor Membrana</td><td>Lydall</td><td>7PO7D</td><td></td></tr><tr><td>Micrometer&nbsp;</td><td>Starrett</td><td>2900-6</td><td></td></tr><tr><td>ATR-FTIR</td><td>Vertex 70</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DSC: TA Q2000</td><td>TA Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Goniómetro Rame'-hart: Modelo 190</td><td>Rame'-hart Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reticulante ultravioleta: CX-2000</td><td>Productos</td><td></td> ultravioleta <td>Radiación UV&nbsp;</td></tr><tr><td>Célula de permeación: Modelo UHP-43</td><td>Advantec MFS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Agua desionizada: Milli-Q Water</td><td>EMD Millipore</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

síntesis de hidrogeles con propiedades antiincrustantes como membranas de purificación de agua

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

Los hidrogeles se han utilizado ampliamente para mejorar la hidrofilia de la superficie de las membranas de purificación de agua, el aumento de las propiedades antiincrustantes y por lo tanto el logro de la permeabilidad al agua estable a través de membranas con el tiempo. Aquí, se presenta un método fácil para preparar hidrogeles basados ​​en iones híbridos para aplicaciones de membrana. películas de cocción se pueden preparar a partir de metacrilato de sulfobetaína (SBMA) con un agente de reticulación de poli (etilenglicol) diacrilato (PEGDA) a través de fotopolimerización. Los hidrogeles se pueden preparar también por impregnación en soportes porosos hidrófobos para mejorar la resistencia mecánica. Estas películas se pueden caracterizar por atenuada Fourier de reflexión total espectroscopia infrarroja con transformada (ATR-FTIR) para determinar el grado de conversión de los grupos (met) acrilato, usando goniómetros para calorimetría hidrofilia y diferencial de barrido (DSC) para la dinámica de la cadena de polímero. También informamos protocolos para determinar la permeabilidad al agua en filtraci callejón sin salidasistemas ción y el efecto de suciedades (albúmina de suero bovino, BSA) en el rendimiento de la membrana.

Películas autoestables preparadas con las soluciones de prepolímero especificados en los pasos 1.1 y 1.2 se refieren como S50 y S30, respectivamente. La información detallada se muestra en la Tabla 1. La solución de prepolímero se especifica en el paso 1.2 también se utilizó para fabricar membranas impregnadas, que se indican como IMS30. Debido a que el soporte poroso está hecho de polietileno hidrófobo, sólo la solución...

Este artículo informa sobre métodos prácticos para preparar hidrogeles en películas independientes y membranas impregnadas y para caracterizar sus propiedades físicas, incluidas las propiedades de transporte de agua.

Síntesis de hidrogeles con propiedades antiincrustantes como membranas de purificación de agua

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

El objetivo general de este procedimiento es preparar y caracterizar películas libres y membranas impregnadas basadas en hidrogeles zwitteriónicos para la purificación de agua mediante membranas. Este método proporciona orientación para reparar películas libres de base de hidrogel en membranas impregnadas, así como para caracterizar sus propiedades físicas y de transporte. La principal ventaja de esta técnica es que es sencilla, rápida y fácil de escalar para la producción industrial.La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos integrados de preparación y caracterización del hidrogel son difíciles de aprender debido al uso de un aparato construido a medida y a la necesidad de habilidades interdisciplinarias. Para preparar las películas libres, coloque primero dos separadores de espesor conocido sobre un disco de cuarzo limpio. El espesor de los separadores controla el espesor de las películas poliméricas obtenidas.Transfiera una pequeña cantidad de la solución de prepolímero al disco de cuarzo utilizando una pipeta desechable. Coloque otro disco de cuarzo encima del líquido y asegúrese de que no haya burbujas en la película líquida. A continuación, coloque la muestra en un cruzador de luz ultravioleta o UV y exponga a irradiación durante cinco minutos utilizando luz UV con una longitud de onda de 254 nanómetros.Cuando se retira la película polimérica del disco de cuarzo, es fundamental trabajar lentamente para evitar rasgar la película. Separe la película polimérica de los discos de cuarzo utilizando una cuchilla afilada. Utilice pinzas para transferir la película a un baño de agua desionizada.Cambie el agua dos veces durante las primeras 24 horas para eliminar el disolvente, el monómero no reaccionado y el agente entrecruzante, y para disolver la película. Para preparar las películas secas para su análisis, retire la película del baño de agua y déjela secar al aire durante 24 horas. Coloque la película en una estufa al vacío a 80 grados Celsius para secarla durante la noche bajo vacío.Coloque una hoja de soporte poroso sobre un disco de cuarzo. Utilizando un pincel de espuma, cubra cada lado del soporte dos veces con una solución de prepolímero basada en la mezcla de agua y etanol. Coloque otro disco de cuarzo encima del soporte.Luego, coloque la muestra en un entrecruzador de UV e irradíela durante cinco minutos utilizando luz UV con una longitud de onda de 254 nanómetros. Para retirar la membrana impregnada de los discos de cuarzo, sumerja todo el conjunto en un baño de agua desionizada durante cinco minutos y retire cuidadosamente la membrana utilizando una hoja afilada y pinzas. Manteniendo la membrana en agua desionizada, cambie el agua dos veces para eliminar el solvente, el monómero no reaccionado y el entrecruzador, y el sol de la membrana.Para preparar membranas impregnadas y secas para el análisis, retire la membrana del baño de agua y déjela secar a condiciones ambientales durante 24 horas. Luego, seque la membrana en una estufa al vacío durante toda la noche a 80 grados Celsius bajo vacío. Para medir los ángulos de contacto mediante el método de la gota colgante, primero corte una tira rectangular de la muestra de membrana.Sumerja esta tira en agua desionizada durante 10 minutos. Luego séquela durante cinco minutos. Coloque la muestra seca en el portamuestras.Luego, sumerja el portamuestras en una cámara ambiental transparente que contenga agua desionizada. En el siguiente paso, es fundamental trabajar lentamente y dispensar gotas de n-decano sobre las membranas. Utilizando una jeringa microlitro con una aguja de acero inoxidable, dispense gotas de n-decano sobre la muestra de la membrana.Deje el montaje sin alteraciones durante dos minutos para asegurar la estabilización de las gotas. A continuación, utilice un software adecuado de análisis de imágenes para determinar el ángulo de contacto de las muestras midiendo los ángulos de las gotas dispensadas sobre la superficie de la membrana. Para caracterizar la permeabilidad al agua utilizando un sistema de filtración por flujo frontal, primero corte muestras de películas libres y membranas impregnadas con un punzón accionado por martillo de diámetro adecuado.Coloque un cupón preparado sobre el soporte poroso dentro de una celda de filtración de flujo discontinuo. A continuación, coloque la junta tórica encima de la muestra. Enrosque las dos mitades de la celda de permeación entre sí.A continuación, agregue aproximadamente 50 mililitros de agua desionizada a la celda de permeación. Enrosque la tapa y coloque la celda de permeación sobre un agitador magnético. Ajuste la velocidad de agitación entre 300 y 900 RPM.Luego, coloque un vaso de precipitados cubierto sobre una balanza para recolectar el agua permeada y taree la balanza. Abra la válvula del cilindro de gas. Gire la válvula reguladora de presión en sentido horario hasta alcanzar la presión deseada.Finalmente, abra la válvula de liberación para aplicar la presión a la celda de permeación. Monitoree y registre el peso del vaso con el tiempo. Aquí se muestran fotos de la película libre, el soporte poroso y las membranas impregnadas.Es evidencia de que, después de que el soporte poroso se llena con el hidrogel, cambia de opaco a transparente. Los espectros infrarrojos indican la conversión casi completa de los grupos acrilato en los hidrogeles, debido a la ausencia de picos característicos de acrilato en los espectros.La temperatura de transición vítrea de los hidrogeles se determina mediante calorimetría diferencial de barrido, como se muestra aquí. Los ángulos de contacto más bajos en las películas libres y en las membranas impregnadas indican una hidrofilicidad mayor que la del soporte poroso. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo reparar materiales base de hidrogeles y caracterizar sus propiedades.Este trabajo describe un método más rápido para fabricar materiales basados en hidrogeles mediante fotopolimerización, así como su caracterización para la purificación de agua. El método y el material también pueden utilizarse para reparar membranas en operaciones de gases, como la captura de CO2. No olvide que trabajar con productos químicos y radiación UV puede ser extremadamente peligroso, y siempre deben tomarse precauciones, como el uso de equipo de protección personal, durante la realización de este procedimiento.

synthesis-hydrogels-with-antifouling-properties-as-membranes-for

Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Se presenta la síntesis de un hidrogel de proteína dividida intein mediada. Los bloques de construcción de este hidrogel son dos copolímeros de proteína conteniendo cada uno una subunidad de una proteína trimérica que sirve como un agente de reticulación y una media de un intein dividida. La mezcla de los dos copolímeros de proteínas desencadena una reacción de trans-empalme inteína, produciendo una unidad de polipéptido que se auto-ensambla en un hidrogel. Este hidrogel es altamente pH y...

Síntesis de una proteína artificial mediada Intein hidrogel

Un procedimiento de polimerización inducida por plasma se describe para la polimerización iniciada por superficie en las membranas poliméricas. Además modificación posterior del polímero injertado con sustancias fotocrómicas se presenta con un protocolo de la realización de mediciones de la permeabilidad de las membranas responde a la luz.

Preparación de Membranas Light responden por un injerto superficial combinado y proceso de modificación posterior

Los materiales poliméricos superhidrofóbicos bidimensionales y tridimensionales se preparan mediante electrohilado o electropulverización de polímeros biodegradables mezclados con un polímero de menor energía superficial de composición similar.

Fabricación superhidrófobas materiales poliméricos para aplicaciones biomédicas

Diseño y fabricación de un tridimensionalmente (3-D) impreso microfluidos sistema de filtración de flujo cruzado se demuestra. El sistema se utiliza para probar el rendimiento y observar el ensuciamiento de ultrafiltración y nanofiltración (compuesto de película delgada) membranas.

Sistema de flujo cruzado tridimensionalmente Impreso de microfluidos para la ultrafiltración / Pruebas de rendimiento membrana de nanofiltración

Se describen los protocolos para la fabricación de hidrogeles degradables interpenetrantes basados en hidrazona Cross-linking de oligómeros poliméricos en la escala de a granel microescala, nanoescala y el último para la preparación de nanopartículas de gel y nanofibras.

Fabricación de hidrogeles degradables de interpenetrantes en múltiples escalas de la longitud mediante extrusión reactiva, microfluídica, uno mismo-Asamblea y Electrospinning

Se presenta un enfoque simple, reproducible y versátil para la síntesis de membranas de marco metal-orgánico de policristalino pegados, en una amplia gama de poroso y soportes no porosos.

Electroforético cristalización de membranas ultrafinas marco Metal-orgánico de alto rendimiento

Aquí se presenta un protocolo escalonado para la realización de membranas que atrapan gas (GEM) de siO2/Si utilizando tecnología de microfabricación de circuitos integrados. Cuando los FMde de sílice se sumergen en el agua, se evita la intrusión de agua, a pesar de la composición amante del agua de sílice.

Prueba de Concepto para Membranas Que Atrapa Gas Derivadas de SiO2/Si/SiO2 amante del agua para la desalinización verde

Reportamos un protocolo para producir una membrana lipídica híbrida en la interfaz agua/aire dopando la bicapa lipídica con moléculas de cobre (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-phthalocyanine (CuPc). La membrana lipídica híbrida resultante tiene una estructura sándwich de lípidos/CuPc/lípidos. Este protocolo también se puede aplicar a la formación de otros nanomateriales funcionales.

Autoensamble de membranas lipídicas híbridas dopadas con moléculas orgánicas hidrófobas en la interfaz agua/aire

Se informa del uso de hidrogeles fotodegradables para aislar células bacterianas mediante el uso de una herramienta de pattering de luz de alta resolución. Se revisan los procedimientos experimentales esenciales, los resultados y las ventajas del proceso. El método permite el aislamiento rápido y económico de bacterias objetivo que muestran funciones raras o únicas de comunidades o poblaciones heterogéneas.

Interfaces de hidrogel fotodegradables para detección, selección y aislamiento de bacterias

Aquí, presentamos dos protocolos para incrustar reacciones de síntesis de proteínas libres de células en matrices de hidrogel a macroescala sin la necesidad de una fase líquida externa.

Métodos para incorporar reacciones de síntesis de proteínas libres de células en hidrogeles a macroescala

Aprende a preparar y caracterizar películas de hidrogeles zwitteriónicos y membranas impregnadas para purificación de agua. Este método simple y rápido permite escalar la producción industrial de membranas con propiedades antiincrustantes eficientes.

Síntesis de hidrogeles con propiedades antiincrustantes como membranas de purificación de agua

Explorar más videos