Name: סינתזה של הידרוג עם מאפייני Antifouling ופלטות לטיהור מים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: למד הכנת סרטים עצמאיים וממברנות מרופדות מבוססות הידרוגלים צוויטריוניים לטיהור מים. השיטה מאפיינת תכונות פיזיקליות ותחבורה של מים, פשוטה ומהירה ליישום תעשייתי.

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

אנו אסירי תודה על התמיכה הכספית בעבודה זו על ידי מרכז המו"פ הקוריאני ללכידת פחמן וקיבועו (KCRC).

1. הכנת פתרונות prepolymer <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה באמצעות מים כממיס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 10.00 גרם של deionized (DI) מים בבקבוק זכוכית עם בר ומערבבים מגנטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד 2.00 גרם של SBMA ולהעביר אותו אל בקבוק זכוכית המכיל את המים. מערבבים את הפתרון עבור 30 דקות, עד SBMA נמס לגמרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשנת בקבוק נפרד, להוסיף 20.00 גרם של PEGDA (M N = 700 גר &#39;/ mol). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 20.0 מ&quot;ג של קטון פניל ​​1-hydroxycyclohexyl (HCPK), יוזם-צילום, לפתרון PEGDA. תן ומערבב הפתרון דק 30 לפחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת פיפטה חד פעמי, העברת 8.00 גרם של פתרון PEGDA-HCPK אל בתמיסה המימית SBMA. ברציפות ומערבבים את התערובת עד הפתרון הוא הומוגני. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה באמצעות מים / תערובות אתנול כמו ממסים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיף 6.00 גרם של מי DI ו 4.00 גרם של אתנול בקבוק זכוכית ענבר עם בר ומערבבים מגנטי.מערבבים את הפתרון כדי לאפשר ערבוב יסודי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים 2.00 גרם של SBMA לתערובת מים / אתנול. מערבבים את הפתרון ולאפשר SBMA להתמוסס לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש פיפטה להעביר 8.00 גרם של הפתרון PEGDA-HCPK לתערובת SBMA. מערבבים לערבב הפתרון ביסודיות. </li></ol></li></ol> 2. הכנת הסרטים והטוסטר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח שני מפרידים עם עוביים ידועים על דיסק קוורץ נקי; העובי של המפרידים שולט עובי שכבות פולימריות השיגו 19. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבר כמות קטנה (~ 1.0 מיליליטר) של פתרון prepolymer לדיסק קוורץ בעזרת פיפטה חד פעמית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים עוד דיסק קוורץ על גבי הנוזל ולהבטיח כי אין בועות בסרט נוזלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את המדגם באופן crosslinker אולטרה סגול (UV) ו מקרין עבור 5 דקות באמצעות אור UV באורך גל של 254 ננומטר 19. הערה: זמן הקרנה אלטרנטיביים ו אורכי גל ניתן להשתמש תלוי בסוג של photoinitiator. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרד את סרט הפולימר מתקליטורי קוורץ באמצעות סכין חד. להשתמש בפינצטה כדי להעביר את הסרט כדי באמבט מים DI. להחליף את המים פעמיים במהלך 24 h הראשון להסיר את מונומר / crosslinker הממס, unreacted, וסול מהסרט. הערה: סרט הפולימר צריך להישמר במי DI לשמר את המבנה הנקבובי, אם יש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן סרטים יבשים עבור ATR-FTIR וניתוח DSC. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הסרט מן האמבטיה במים ולאפשר לו אוויר יבש עבור 24 h. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הסרט בתנור ואקום ב 80 מעלות צלזיוס לייבוש למשך הלילה תחת ואקום. </li></ol></li></ol> 3. הכנה של ממברנות מוספגים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח יריעת תמיכה נקבובית גבי דיסק קוורץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת מברשת ספוג, מעיל בכל צד של תמיכה פעמיים עם פתרון prepolymer מבוסס על תערובת מים / אתנול 4. הערה: מאחר tהוא התמיכה היא הידרופובי, פתרון prepolymer המכיל אתנול יכול בקלות להרטיב את התמיכה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים עוד דיסק קוורץ על גבי תמיכה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המדגם crosslinker UV ו מקרינים עבור 5 דקות באמצעות אור UV באורך גל של 254 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להסיר את קרום ספוג מתקליטורי קוורץ, לטבול כל הנאספים באמבט מים DI עבור 5 דקות ובזהירות להסיר את הקרום באמצעות סכין ולאחר פינצטה חדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את הקרום במי DI. להחליף את המים פעמיים כדי להסיר את הממס, מונומר / crosslinker unreacted, ואת סול מן הקרום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן יבשים, ממברנות ספוגות עבור ATR-FTIR ו DSC מנתח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הקרום מן האמבטיה במים. אפשר הממברנה להתייבש בכל תנאי הסביבה עבור 24 h. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייבש את הממברנה בחלל ריק בתנור לילה בשעה 80 ° C תחת ואקום. </li></ol></li></ol> אפיון 4. של הסרטים והטוסטר ועבר אותיmbranes <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח ATR-FTIR <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן מדגם של פתרון prepolymer, כאמור בשלב 1.1, לצורך ניתוח FTIR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע סריקה ברקע לפני סריקת המדגם. הגדר את טווח wavenumber מ 600 ס&quot;מ -1 עד 4500 ס&quot;מ -1 ברזולוציה -1 4 ס&quot;מ המדידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את הדוגמה המכונה FTIR לניתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סר המדגם. נקה את קריסטל הקצה עם ממס מתאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 4.1.1 - 4.1.4 עבור הדגימות הבאות: תמיכה נקבובית, פתרון prepolymer, מיובשים בודדי סרטים, וממברנות ספוגות יבשות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Calorimetry סריקה דיפרנציאלי (DSC) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים בסיר DSC ומכסה ב במאזניים ולהקליט את משקלם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות קטנה של המדגם (5-10 מ&quot;ג) בתוך מחבת ולסגור אותו עם מכסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את הסיר שהכיל המדגם. מתוך ההבדל במשקל בין oמחבת במכסה ccupied ואת המחבת במכסה הפנויה, לחשב את המשקל של המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות עיתונות, הרמטית לאטום המדגם בתוך המחבת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניסים את התבנית אטום בתוך התא DSC שבו ההתייחסות אינרטי ממוקם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן את המשקל של פאן הפנוי ו המכסה ואת המשקל של המדגם בתכנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סרוק עם DSC מ -80 מעלות צלזיוס עד 160 מעלות צלזיוס בקצב חימום של 10 ° C / min. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע את ניתוח DSC באמצעות הפרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על ניסויי DSC עבור מדגמים שונים ביצוע הפעולות הנ&quot;ל. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידה של זוויות מגע בשיטת טיפת תליון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים רצועה מלבנית של המדגם הממברנה (כ 30 מ&quot;מ על ידי 6 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משרי רצועה זו במי DI עבור 10 דקות ולאחר מכן לייבש אותו למשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את המדגם מיובש על בעל המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצלול בעל המדגם בתוך שקוףבתא סביבתי המכיל את מי DI 20. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מזרק מיקרוליטר עם מחט נירוסטה, לוותר טיפות -decane n (כ 1 μL) על מדגם הממברנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאירו את ההתקנה מופרעת עבור 2 דקות כדי להבטיח התייצבות טיפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש תוכנת ניתוח התמונה המתאימה כדי לקבוע את זווית המגע של דגימות ידי מדידת הזוויות של טיפות לוותר על משטח הממברנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את הממוצע של ערכי זווית המגע המתקבל עבור טיפות שונות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפיון של חדירות מים באמצעות מערכת סינון ללא מוצא <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ניקוב חורים מונחה פטיש עם קוטר מתאים לחתוך קופונים של סרטים בודדים וממברנות ספוגות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח קופון שהוכן על התמיכה הנקבובית בתוך תא סינון למבוי סתום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את טבעת O על גבי המדגם. הבריגו את שני החצאיםתא החלחול יחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף כ 50 מ&quot;ל מים DI לתא חלחול. ברגי הכובע ומקום בתא החלחול על stirrer מגנטי. הגדר את קצב הערבוב בין 300 לבין 900 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים בכוס מכוסה על איזון כדי לאסוף את המים לחלחל. טרה את האיזון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את השסתום על בלון הגז. סובב את השעון שסתום ווסת לחץ עד הלחץ הרצוי הוא הגיע (45 psig לסרטים בודדים ו 35 psig עבור ממברנות ספוגות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את שסתום השחרור, כדי לספק את הלחץ אל תא החלחול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנטר ולהקליט את המשקל של הכוס עם זמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את המים permeance (א w) וחדירות (w P) עם מודל פתרון-דיפוזיה המוצג להלן 4, 21 <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55426/55426eq1.jpg" /> כאשר A w הוא הדואר מים permeance (L / m 2 hbar או LMH / בר), w P הוא חדירות מים (ס&quot;מ LMH / בר), ρ w היא צפיפות המים (g / L), הוא שטח אפקטיבי של הממברנה (מ &#39; 2), Δm הוא שינוי המסה של לפעפע מים (ז) על פני תקופת זמן Δt (ח), Δp ההבדל לחץ על פני הממברנה (ברה), ואני הוא העובי של הסרט הנפוח (סנטימטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש בפתרון BSA המכיל BSA 0.5 g / L בתוך בופר פוספט פתרון (PBS) עם pH = 7.4 כדי להעריך את המאפיינים antifouling ושיעורי דחייה של ממברנות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.4.5 - 4.4.10 לקבוע את שטף מים בנוכחות BSA. לחשב את שיעור דחיית BSA עם המשוואה הבאה 22 <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55426/55426eq2.jpg" /> כאשר R BSA הוא שיעור הדחייה BSA של הממברנה (%),C P הוא ריכוז של BSA ב לפעפע (g / L), ו- C F הוא ריכוז של BSA בהזנה (g / L); הריכוז של BSA יכול להיקבע באמצעות ספקטרוסקופיית 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>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

הוכחנו שיטה קלילה להכין סרטים בודדים וממברנות ספוגות המבוססות על הידרוג&#39;ל zwitterionic. היעלמותם של שלוש (ספיד) פסגות מאפיין acrylate (כלומר, 810, 1190, ו 1410 סנטימטר -1) בספקטרום האינפרא האדום של סרטי הפולימר מתקבל ועבר קרום (איור 2) מציין את ההמרה הטובה של מונומרים crosslinker 4, 19, 21. בנוסף, המראה של 3 SO - שיא הרטט בספק...

יש צורך גדול כדי לפתח טכנולוגיות יעילות עלות אנרגיה נמוכה כדי לייצר מים נקיים כדי לענות על הדרישה הגוברת. ממברנות פולימריות צמחו כטכנולוגיה המובילה לטיהור מים בשל היתרונות שלהם הטבועה, כגון יעילות אנרגיה גבוהה שלהם, בעלות נמוכה, ופשטות תפעול 1. ממברנות לאפשר מים טהורים לחלחל דרך ולדחות את המזהמים. עם זאת, ממברנות קרובות חשופות עכירות ידי מזהמים במים להאכיל, אשר ניתן שנספחו על גבי משטח הממברנה מן האינטראקציות שלהם הנוחות 2, 3. עכירות יכולה להקטין באופן דרמטי שטף מים דרך ממברנות, הגדלת שטח הממברנה הנדרש ועלות טיהור מים. גישה יעילה כדי להקטין עכירות היא לשנות את פני הקרום להגדיל את hydrophilicity ובכך להקטין את החיוביםteractions בין משטח הממברנה foulants. שיטה אחת היא להשתמש ציפוי דק סרט עם הידרוג&#39;ל הסופר-הידרופילי 3. הידרוג קרובות יש חדירות מים גבוהות; ולכן, ציפוי דק סרט יכול להגדיל את permeance המים לטווח הארוך דרך הממברנה בשל העכירות מתנה, למרות התנגדות התחבורה עלתה מעט דרך הממברנה כולה. הידרוג יכול גם להיות מפוברק ישירות לתוך ממברנות ספוגים לטיהור מים ביישומים אוסמוטי 4. חומרים zwitterionic מכילים שתי הקבוצות פונקציונלי בעלי מטען חשמלי חיובי וגם שלילי, עם מטען נטו נייטרלי, ויש הידרציה משטח חזק דרך מליטה מימן אלקטרוסטטית המושרה 5, 6, 7, 8, 9. השכבות הידרציה וארוזות לשמש פיזיתומחסומי אנרגיה, מניעת foulants מצירוף גבי המשטח, ובכך הוכחה תכונות antifouling מעולות 10. פולימרים zwitterionic, כגון פולי (methacrylate sulfobetaine) (PSBMA) פולי (methacrylate carboxybetaine) (PCBMA), שימשו כדי לשנות את פני הממברנה על ידי ציפוי 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 להגדיל משטח hydrophilicity ובכך המאפיינים antifouling. אנחנו מדגימים כאן שיטה קלילה להכין הידרוג&#39;ל zwitterionic באמצעות methacrylate sulfobetaine (SBMA) באמצעות photopolymerization, אשר crosslinked באמצעות פולי (אתילן גליקול) diacrylate (PEGDA, M N = 700 גר &#39;/ mol) כדי לשפר את החוזק המכאני. אנו גם מציגיםהליך לבניית ממברנות חזקות ידי הפריית מונומר ו crosslinker בתוך תמיכה הידרופובי נקבובית ביותר לפני photopolymerization. המאפיינים הפיסיים תחבורת מים של סרטים הבודדים וממברנות ספוגות מאופיינים ביסודיות כדי להבהיר את יחסי המבנה / רכוש לטיהור מים. הידרוג שהוכן יכול לשמש ציפוי משטח כדי לשפר תכונות הפרדה הממברנה. על ידי התאמת צפיפות crosslinking או על ידי הפריית לתוך תומך נקבובי הידרופובי, חומרים אלה יכולים גם ליצור סרטים דקים עם חוזק מכני מספיק תהליכים אוסמוטי, כגון קדימה אוסמוזה או לחץ-מפגר אוסמוזה 4.

<table><tbody><tr><td>פולי(אתילן גליקול) דיאקרילט&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-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 99% (HCPK)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>405612</td><td></td></tr><tr><td>[2-(Methacrloyloxy)ethyl dimethyl-(3-sulfopropyl) אמוניום הידרוקסיד, 97%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>537284</td> אתנול <td>רעיל במיוחד</td></tr><tr><td>, 95%</td> <td>Koptec, VWR International</td><td>V1101</td><td>דקאן דליק</td></tr><tr><td>, נטול מים, 99%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>457116</td><td></td></tr><tr><td>Solupor Membrane</td><td>Lydall</td><td>7PO7D</td><td></td></tr><tr><td>מיקרומטר&nbsp;</td><td>Starrett</td><td>2900-6</td><td></td></tr><tr><td>ATR-FTIR</td><td>קודקוד 70</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DSC: TA Q2000</td><td>TA Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rame'-hart גוניומטר: דגם 190</td><td>Rame'-hart Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>קרוסלינקר אולטרה סגול: CX-2000</td><td>מוצרים</td><td></td> אולטרה סגול <td>קרינת UV&nbsp;</td></tr><tr><td>תא חלחול: דגם UHP-43</td><td>Advantec MFS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מים נטולי יונים: Milli-Q מים</td><td>EMD Millipore</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

סינתזה של הידרוג עם מאפייני antifouling ופלטות לטיהור מים

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

הידרוג כבר נוצל נרחב כדי לשפר את פני השטח hydrophilicity של ממברנות לטיהור מים, הגדלה תכונות antifouling ובכך להשיג חדירות מים יציבות דרך ממברנות לאורך זמן. כאן, אנו מדווחים על שיטה קלילה להכין הידרוג&#39;ל בוסס על zwitterions עבור יישומים הממברנה. ניתן להכין סרטים וטוסטר מן methacrylate sulfobetaine (SBMA) עם crosslinker של פולי (אתילן גליקול) diacrylate (PEGDA) באמצעות photopolymerization. הידרוג יכול גם להיות מוכן על ידי הספגה לתוך תומך נקבובי הידרופובי כדי לשפר את החוזק המכאני. סרטים אלה יכולים להיות מאופיינים פורים השתקפות מוחלטת מוחלשת להפוך ספקטרוסקופיה אינפרא אדום (ATR-FTIR) כדי לקבוע את מידת ההמרה של קבוצות acrylate (ספיד), באמצעות מד-זווית עבור סריקת calorimetry hydrophilicity ו דיפרנציאלי (DSC) עבור דינמיקת שרשרת פולימר. בנוסף, אנו מדווחים פרוטוקולים כדי לקבוע את חדירות מי סינון מוצאמערכות tion והשפעת foulants (אלבומין בסרום שור, BSA) על ביצועי הממברנה.

סרטים וטוסטר מוכנים עם פתרונות prepolymer המפורטים צעדים 1.1 ו 1.2 מכונים S50 ו- S30, בהתאמה. מידע מפורט מוצג בטבלה 1. פתרון prepolymer שצוין בשלב 1.2 שמש גם לפברק ממברנות ספוגות, אשר מסומנות כמו IMS30. כיוון שהתמיכה הנקבובית עשויה פוליאתילן הידרופובי, רק פתרון prepolymer המכיל אתנול ניתן ספוג בתומך ויוצר סרטים שקופים, כפי שמוצג באיור 1 4. <...

מאמר זה מדווח על שיטות מעשיות להכנת הידרוג'לים בסרטים עצמאיים ובממברנות ספוגות ולאפיון תכונותיהם הפיזיקליות, כולל תכונות הובלת מים.

סינתזה של הידרוג עם מאפייני Antifouling ופלטות לטיהור מים

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

המטרה הכללית של הליך זה היא להכין ולאפיין קלטים (films) עומדים ובדדיים וממברנות ספוגות המבוססות על הידרוגלים צוויטריוניים לצורך טיהור מים באמצעות ממברנות. שיטה זו מספקת הנחיות לתיקון קלט עומד ובדדי מבוסס הידרוג'ל בממברנה ספוגה, וכן לאפיון התכונות הפיזיקליות ותכונות ההובלה שלהם. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא פשוטה, מהירה וקלה להרחבה (scale up) בייצור תעשייתי.הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית, כיוון ששלבי ההכנה והאפיון המשולבים של ההידרוג'ל קשים ללמידה בשל השימוש במכשור שנבנה באופן מותאם, והם דורשים מיומנויות רב-תחומיות. להכנת הסרטים העומדים באופן עצמאי, הניחו תחילה שני מפרידים בעובי ידוע על דיסק קוורץ נקי. עובי המפרידים קובע את עובי סרטי הפולימר שיתקבלו.העבירו כמות קטנה של תמיסת הפרה-פולימר לדיסק הקוורץ באמצעות פיפטה חד-פעמית. הניחו דיסק קוורץ נוסף מעל הנוזל וודאו שאין בועות בשכבת הנוזל. לאחר מכן, הניחו את הדגימה במכשיר להקשבה צולבת בעזרת אור אולטרה-סגול (UV) והקרינו אותה למשך חמש דקות באמצעות אור UV באורך גל של 254 nanometers.בעת הסרת שכבת הפולימר מדיסק הקוורץ, קריטי לעבוד באיטיות כדי למנוע את קריעת השכבה. הפרד את שכבת הפולימר מדיסקי הקוורץ באמצעות להב חד. השתמש בפינצטה כדי להעביר את השכבה לאמבט של מים דה-יוניים.החליפו את המים פעמיים במהלך 24 השעות הראשונות כדי להסיר את הממס, מונומר שלא הגיב ומקשר צולבה (crosslinker), ולהמיס אותם מהסרט. כדי להכין סרטים מיובשים לצורך אנליזה, הוציאו את הסרט מאמבט המים והניחו לו להתייבש באוויר למשך 24 שעות. הניחו את הסרט בתנור ואקום בטמפרטורה של 80 °C לייבוש בן לילה תחת ואקום.הניחו דף של תמיכה נקבובית על גבי דיסק קוורץ. באמצעות מברשת ספוג, צפו כל צד של התמיכה פעמיים בתמיסת פרה-פולימר המבוססת על תערובת של מים ואתנול. הניחו דיסק קוורץ נוסף מעל לתמיכה.לאחר מכן, מקמי את הדגימה ב-UV crosslinker והקריני אותה במשך חמש דקות באמצעות אור UV באורך גל של 254 nanometers. כדי להסיר את הממברנה הספוגה מדיסקיות הקוורץ, טבלי את כל המכלול באמבט מים דה-יוניים למשך חמש דקות והסירי בזהירות את הממברנה באמצעות להב חדש ופינצטה. תוך שמירת הממברנה במים דה-יוניים, החליפי את המים פעמיים כדי להסיר מהממברנה את הממס, את המonomymer וה-crosslinker שלא הגיבו, ואת הסול.להכנת קרומים מיובשים וספוגים לצורך אנליזה, הוציאו את הקרום מאמבט המים והניחו לו להתייבש בתנאי סביבה למשך 24 שעות. לאחר מכן, ייבשו את הקרום בתנור ואקום למשך לילה בטמפרטורה של 80 °C תחת ואקום. למדידת זוויות המגע בשיטת טיפת התלייה (pendant drop), גזרו תחילה פס מלבני מדגימת הקרום.השרו רצועה זו במים דה-יוניים למשך 10 דקות. לאחר מכן, ייבשו אותה למשך חמש דקות. הניחו את הדגימה המיובשת על תומך הדגימות.לאחר מכן, טבול את מחזיק הדגימה בתא סביבתי שקוף המכיל מים דה-יוניים. בשלב הבא, קריטי לעבוד באיטיות ולהטפטף טיפות של n-decane על הממברנות. באמצעות מזרק מיקרוליטר עם מחט מפלדת אל חלודה, טפטף טיפות של n-decane על דגימת הממברנה.השאירו את המערך ללא הפרעה למשך שתי דקות כדי להבטיח את התייצבות הטיפות. לאחר מכן, השתמשו בתוכנה מתאימה לניתוח תמונות כדי לקבוע את זווית המגע של הדגימות, על ידי מדידת הזוויות של הטיפות שהונחו על פני הממברנה. כדי לאפיין את חדירות המים באמצעות מערכת סינון מסוג dead end, גזרו תחילה דגימות של קשטי סרטים עומדים למסוף וממברנות ספוגות באמצעות מחורר המופעל על ידי פטיש בקוטר מתאים.הניחו קופון מוכן על התמיכה נקבובית בתוך תא סינון מסוג dead end. לאחר מכן, הניחו את טבעת ה-O מעל הדגימה. הבריגו את שני חלקי תא ההספגה זה לזה.בשלב הבא, הוסיפו כ-50 milliliters של מים דאיוניים לתא החדירה. סגרו את המכסה באמצעות הברגה והניחו את תא החדירה על מערבל מגנטי. הגדירו את קצב הערבוב לערך שבין 300 ל-900 RPM.לאחר מכן, הנח כלי כיור מכוסה על מאזניים כדי לאסוף את מי התסנין ואפס את המאזניים. פתח את השסתום בבאלון הגז. סובב את שסתום ווסת הלחץ עם כיוון השעון עד להגעה ללחץ הרצוי.לבסוף, פתח את שסתום השחרור כדי להעביר את הלחץ לתא ההס permeation. עקוב ורשום את משקל הכלי עם הזמן. מוצגות כאן תמונות של הקולט החופשי, התמיכה נקבובית והממברנות המרוות.ניתן לראות כי לאחר מילוי התמיכה הנקבובית בהידרוג'ל, היא משתנה מעכורה לשקופה. ספקטרומי האינפרא-אדום מעידים על המרה כמעט מלאה של קבוצות האקרילט בהידרוג'לים, וזאת בשל היעדרם של פיקים מאפיינים של אקרילט בספקטרום.טמפרטורת מעבר הזכוכית של הידרוגלים נקבעת באמצעות קלורימטריית סריקה דיפרנציאלית כפי שמוצג כאן. זוויות מגע נמוכות יותר בסרטים העומדים בפני עצמם ובממברנות המרוות מעידות על הידרופיליות גבוהה יותר מאשר בתמיכה נקבובית. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לכם הבנה טובה של אופן תיקון חומרי בסיס של הידרוגלים ואפיון תכונותיהם.עבודה זו מתארת שיטה מהירה יותר לייצור חומר מבוסס הידרוג'ל באמצעות פוטו-פולימריזציה, וכן כיצד לאפיין אותם לצורך טיהור מים. ניתן להשתמש בשיטה ובחומר גם לתיקון ממברנות עבור פעולות גז, כגון לכידת CO2. אין לשכוח שעבודה עם כימיקלים וקרינת UV עלולה להיות מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות, כגון ציוד מיגון אישי, בעת ביצוע הליך זה.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנו מציגים את הסינתזה של הידרוג'ל-תיווך intein פיצול חלבון. אבני הבניין של הידרוג'ל הזה הוא שני קופולימרים חלבון המכילים כל מקטע של חלבון trimeric המשמש כcrosslinker וחצי אחד של intein מפוצלת. ערבוב של שני קופולימרים החלבון מעורר תגובת טרנס שחבור intein, מניב יחידת פוליפפטיד שעצמי מרכיבה לתוך הידרוג'ל. הידרוג'ל זו משלבת חלבונים כדוריים מאוד פונקציונליים pH והטמפרטורה יציבה, תואם עם ממסים אורגניים, ובקלות.

סינתזה של חלבון מלאכותי בתיווך intein Hydrogel

הליך פילמור מושרה פלזמה מתואר לפילמור ביוזמת פני השטח על ממברנות פולימר. postmodification נוסף של הפולימר מורכב עם חומרי Photochromic מוצג בפרוטוקול של ביצוע מדידות חדירות של ממברנות אור מגיב.

הכנה של ממברנות אור תגובה על ידי הארכת משטח משולבת ותהליך Postmodification

חומרים פולימריים סופר-הידרופוביים דו-ממדיים ותלת-ממדיים מוכנים על ידי אלקטרו-ספינינג או ריסוס אלקטרו פולימרים מתכלים מעורבבים עם פולימר בעל אנרגיית פני שטח נמוכה יותר בעל הרכב דומה.

בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

תכנון ייצור של מערכת סינון microfluidic בתלת ממד (3-D) מודפס חוצת זרימת המודגם. המערכת משמשת כדי לבדוק את הביצועים ולבחון עכירות של אולטרה סינון ו nanofiltration ממברנות (מרוכבים סרט דק).

בתלת ממד המודפס Microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור Ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים

פרוטוקולים מתוארים להרכבת מתכלה thermoresponsive hydrogels מבוסס על hydrazone cross-linking של oligomers פולימריים על הסולם בתפזורת, microscale, ו ננו, והשני עבור הכנת ג'ל חלקיקים והן nanofibers.

בדיית Thermoresponsive Hydrogels מתכלה-פיסיקליות מרובים באמצעות שחול תגובתי, מיקרופלואידיקה, הרכבה עצמית, Electrospinning

גישה פשוטה, הדירים רב-תכליתי לסינתזה של ממברנות מסגרת מתכת-אורגנית polycrystalline intergrown, על מגוון רחב של יאומתו נקבובי ותומך שאינו נקבובי מוצג.

התגבשות electrophoretic של ממברנות זגוגית ביצועים גבוהים מסגרת מתכת-אורגני

מוצג כאן הוא פרוטוקול החורגים למימוש ממברנות גז הראפ (אבני חן) מ SiO2/Si וופלים באמצעות טכנולוגיית מיקרו מעגלים משולבים. כאשר סיליקה-אבני חן שקועים במים, החדירה של מים נמנעת, למרות הרכב חובב מים של סיליקה.

הוכחת הרעיון עבור ממברנות גז-הראפ נגזר מהמים אוהבי מים2/Si/sio2 וופלים עבור התפלה ירוק

אנו מדווחים על פרוטוקול לייצור קרום שומנים היברידי בממשק המים/אוויר על ידי סימום ביטל השימנים עם נחושת (II) 2,9,16,23-טטרה-אטרה-butyl-29H,31H-phthalocyanine (CuPc) מולקולות. קרום שומנים היברידית וכתוצאה מכך יש מבנה כריך שומנים/CuPc/שומנים. פרוטוקול זה יכול להיות מיושם גם על היווצרות של ננו-חומרים פונקציונליים אחרים.

הרכבה עצמית של קרום שומנים היברידי מסוממים עם מולקולות אורגניות הידרופוביות בממשק מים/אוויר

השימוש הידרוג'לים פוטו-הדרגתיים כדי לבודד תאים חיידקיים על ידי שימוש בכלי טפיחה אור ברזולוציה גבוהה מדווח. נהלים ניסיוניים חיוניים, תוצאות ויתרונות של התהליך נבדקים. השיטה מאפשרת בידוד מהיר וזול של חיידקים ממוקדים המציגים פונקציות נדירות או ייחודיות מקהילות או אוכלוסיות הטרוגניות.

ממשקי הידרוג'ל הניתנים לצילום להקרנת חיידקים, בחירה ובידוד

במאמר זה אנו מציגים שני פרוטוקולים להטמעת תגובות סינתזת חלבונים נטולי תאים במטריצות הידרוג'ל בקנה מידה מאקרו ללא צורך בפאזה נוזלית חיצונית.

שיטות להטמעת תגובות סינתזת חלבונים ללא תאים בהידרוג'לים בקנה מידה מאקרו

למד הכנת סרטים עצמאיים וממברנות מרופדות מבוססות הידרוגלים צוויטריוניים לטיהור מים. השיטה מאפיינת תכונות פיזיקליות ותחבורה של מים, פשוטה ומהירה ליישום תעשייתי.

סינתזה של הידרוג עם מאפייני Antifouling ופלטות לטיהור מים

גלה סרטונים נוספים