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Bioengineering

जल शोधन के लिए Antifouling गुण झिल्लियों के रूप में साथ Hydrogels का संश्लेषण

Published: April 7, 2017 doi: 10.3791/55426
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemical and Biological Engineering, University at Buffalo, The State University of New York at Buffalo

Abstract

हाइड्रोजेल व्यापक रूप से जल शोधन के लिए झिल्ली की सतह hydrophilicity को बढ़ाने के लिए उपयोग किया गया है, गन्दगी-विरोधी गुण बढ़ रही है और इस तरह समय के साथ पर्दे के माध्यम से स्थिर पानी की पारगम्यता को प्राप्त करने। यहाँ, हम झिल्ली अनुप्रयोगों के लिए zwitterions के आधार पर हाइड्रोजेल तैयार करने के लिए एक सतही विधि रिपोर्ट। फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों पाली के एक crosslinker (इथाइलीन ग्लाइकॉल) diacrylate (PEGDA) photopolymerization के माध्यम से साथ sulfobetaine मेथाक्रिलेट (SBMA) से तैयार किया जा सकता है। हाइड्रोजेल भी यांत्रिक शक्ति को बढ़ाने के लिए हाइड्रोफोबिक झरझरा समर्थन में संसेचन द्वारा तैयार किया जा सकता है। इन फिल्मों में तनु कुल प्रतिबिंब फूरियर की विशेषता किया जा सकता है अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (एटीआर-एफटीआईआर) को बदलने (मेथ) acrylate समूहों के रूपांतरण की डिग्री का निर्धारण करने, बहुलक श्रृंखला गतिशीलता के लिए hydrophilicity और अंतर स्कैनिंग calorimetry (डीएससी) के लिए goniometers का उपयोग कर। हम यह भी अंत में मृत्यु FILTRA में पानी की पारगम्यता निर्धारित करने के लिए प्रोटोकॉल की रिपोर्टtion प्रणालियों और झिल्ली के प्रदर्शन पर foulants के प्रभाव (गोजातीय सीरम albumin, बीएसए)।

Introduction

एक महान आदेश बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए साफ पानी का उत्पादन करने के कम लागत और ऊर्जा कुशल प्रौद्योगिकी विकसित करने की जरूरत है। बहुलक झिल्ली इस तरह के अपने उच्च ऊर्जा दक्षता, कम लागत, और ऑपरेशन 1 में सादगी के रूप में, अपने निहित फायदे की वजह से जल शोधन के लिए एक अग्रणी प्रौद्योगिकी के रूप में उभरा है। झिल्ली शुद्ध पानी के माध्यम से व्याप्त और दूषित पदार्थों को अस्वीकार करने के लिए अनुमति देते हैं। हालांकि, झिल्ली अक्सर चारा पानी में दूषित पदार्थों को, जो उनके अनुकूल बातचीत 2, 3 से झिल्ली सतह पर adsorbed किया जा सकता द्वारा दूषण के अधीन हैं। हमले में नाटकीय रूप से झिल्ली के माध्यम से जल प्रवाह कम कर सकते हैं, झिल्ली क्षेत्र की आवश्यकता है और जल शोधन की लागत बढ़ रही है।

एक प्रभावी तरीका है अवरोधक को कम करने के hydrophilicity बढ़ाने के लिए और इस प्रकार में अनुकूल कम करने के लिए झिल्ली सतह संशोधित करने के लिए हैझिल्ली सतह और foulants के बीच teractions। एक विधि superhydrophilic 3 हाइड्रोजेल साथ पतली झिल्लियों कोटिंग का प्रयोग है। हाइड्रोजेल अक्सर उच्च पानी की पारगम्यता है; इसलिए, एक पतली झिल्ली कोटिंग झिल्ली के माध्यम से लंबे समय तक पानी permeance कम बाधित होने की वजह से, पूरे झिल्ली में थोड़ी वृद्धि हुई परिवहन प्रतिरोध के बावजूद बढ़ा सकते हैं। हाइड्रोजेल भी सीधे आसमाटिक अनुप्रयोगों 4 में जल शोधन के लिए गर्भवती झिल्ली में गढ़े जा सकता है।

Zwitterionic सामग्री सकारात्मक और नकारात्मक दोनों का आरोप लगाया कार्य समूहों, शुद्ध तटस्थ चार्ज के साथ होते हैं, और स्थिर विद्युत प्रेरित हाइड्रोजन संबंध 5, 6, 7, 8, 9 के माध्यम से मजबूत सतह हाइड्रेशन की है। मजबूती से बंधे जलयोजन परतों शारीरिक रूप में कार्यऔर ऊर्जा बाधाओं,, सतह पर संलग्न से foulants रोकने इस प्रकार उत्कृष्ट गन्दगी-विरोधी गुण 10 का प्रदर्शन है। इस तरह के पाली (sulfobetaine मेथाक्रिलेट) (PSBMA) और पॉलि (carboxybetaine मेथाक्रिलेट) (PCBMA) के रूप में zwitterionic पॉलिमर,, कोटिंग 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 को बढ़ाने के लिए से झिल्ली सतह संशोधित करने के लिए इस्तेमाल किया गया है सतह hydrophilicity और इस तरह गन्दगी-विरोधी गुण।

हम यहाँ sulfobetaine मेथाक्रिलेट (SBMA) के photopolymerization, जो पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) का उपयोग कर crosslinked है के माध्यम से का उपयोग कर zwitterionic हाइड्रोजेल diacrylate तैयार करने के लिए एक सतही विधि का प्रदर्शन (PEGDA, एम एन = 700 ग्राम / मोल) यांत्रिक शक्ति में सुधार होगा। हम यह भी उपस्थित एकप्रक्रिया photopolymerization से पहले एक अत्यंत झरझरा हाइड्रोफोबिक समर्थन में मोनोमर और crosslinker impregnating द्वारा मजबूत झिल्ली के निर्माण के लिए। फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों और गर्भवती झिल्ली की शारीरिक और जल परिवहन गुण अच्छी तरह से जल शोधन के लिए संरचना / संपत्ति संबंध स्पष्ट करना विशेषता है। तैयार हाइड्रोजेल झिल्ली जुदाई गुण बढ़ाने के लिए एक सतह कोटिंग के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता। तिर्यक घनत्व को समायोजित करके या हाइड्रोफोबिक झरझरा समर्थन में impregnating द्वारा, इन सामग्रियों भी इस तरह के आगे असमस या दबाव-मंद असमस 4 के रूप में आसमाटिक प्रक्रियाओं, के लिए पर्याप्त यांत्रिक शक्ति के साथ पतली फिल्मों बना सकते हैं।

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Protocol

1. prepolymer समाधान की तैयारी

  1. तैयारी एक विलायक के रूप में पानी का उपयोग कर
    1. एक चुंबकीय हलचल पट्टी के साथ एक कांच की बोतल के लिए विआयनीकृत (डीआई) पानी की 10.00 ग्राम जोड़ें।
    2. उपाय SBMA की 2.00 ग्राम और गिलास पानी युक्त बोतल में स्थानांतरित। , 30 मिनट के लिए समाधान हलचल जब तक SBMA पूरी तरह भंग कर रहा है।
    3. एक अलग बोतल में, PEGDA के 20.00 ग्राम (एम एन = 700 ग्राम / मोल) जोड़ें।
    4. PEGDA समाधान के लिए, 1-hydroxycyclohexyl फिनाइल कीटोन (HCPK), एक फोटो-सर्जक की 20.0 मिलीग्राम जोड़ें। कम से कम 30 मिनट के लिए समाधान हलचल करते हैं।
    5. एक डिस्पोजेबल विंदुक का प्रयोग, SBMA जलीय घोल को PEGDA-HCPK समाधान के 8.00 छ हस्तांतरण। लगातार मिश्रण हलचल जब तक समाधान समरूप है।
  2. तैयारी विलायक के रूप में पानी / इथेनॉल के मिश्रण का उपयोग करते हुए
    1. डि पानी की 6.00 ग्राम और एक चुंबकीय हलचल बार के साथ एक अंबर ग्‍लास की बोतल के लिए इथेनॉल के 4.00 ग्राम जोड़ें।समाधान हलचल पूरी तरह से मिश्रण अनुमति देने के लिए।
    2. SBMA की 2.00 ग्राम पानी / इथेनॉल मिश्रण में जोड़े। समाधान हलचल और SBMA पूरी तरह से भंग करने के लिए अनुमति देते हैं।
    3. SBMA मिश्रण को PEGDA-HCPK समाधान के 8.00 छ हस्तांतरण करने के लिए एक विंदुक का प्रयोग करें। अच्छी तरह से समाधान मिश्रण करने हलचल।

2. फ्रीस्टैंडिंग फिल्में की तैयारी

  1. एक साफ क्वार्ट्ज डिस्क पर ज्ञात मोटाई के साथ दो स्पेसर रखें स्पेसर की मोटाई प्राप्त बहुलक फिल्मों 19 की मोटाई को नियंत्रित करता है।
  2. एक डिस्पोजेबल विंदुक का उपयोग कर क्वार्ट्ज डिस्क को prepolymer समाधान की एक छोटी राशि (~ 1.0 एमएल) में स्थानांतरित करें।
  3. तरल के शीर्ष पर एक और क्वार्ट्ज डिस्क रखें और सुनिश्चित तरल फिल्म में कोई बुलबुले देखते हैं कि।
  4. एक पराबैंगनी (यूवी) crosslinker में नमूना रखें और 254 एनएम 19 की एक तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग कर 5 मिनट के लिए चमकाना।
    नोट: वैकल्पिक विकिरण समयऔर तरंग दैर्ध्य photoinitiator के प्रकार के आधार इस्तेमाल किया जा सकता।
  5. एक तेज ब्लेड का उपयोग कर क्वार्ट्ज डिस्क से बहुलक फिल्म को अलग करें। एक डि जल स्नान करने के लिए फिल्म के हस्तांतरण के लिए चिमटी का प्रयोग करें। पानी पहले 24 घंटे के दौरान दो बार बदलें फिल्म से विलायक, unreacted मोनोमर / crosslinker, और सोल दूर करने के लिए।
    नोट: बहुलक फिल्म, डि पानी में रखा जाना चाहिए ध्यान में लीन होना संरचना को बचाने के लिये अगर वहाँ किसी भी।
  6. एटीआर-एफटीआईआर और डीएससी विश्लेषण के लिए सूखे फिल्मों तैयार करें।
    1. जल स्नान से फ़िल्म को निकालें और यह 24 घंटे के लिए सूखी हवा देते हैं।
    2. 80 डिग्री सेल्सियस पर एक वैक्यूम ओवन में फिल्म जगह वैक्यूम के तहत रात भर सुखाने के लिए।

3. गर्भवती झिल्लियों की तैयारी

  1. झरझरा समर्थन के एक पत्रक एक क्वार्ट्ज डिस्क पर रखें।
  2. एक फोम ब्रश, कोट prepolymer पानी / इथेनॉल मिश्रण 4 के आधार पर समाधान के साथ दो बार समर्थन के प्रत्येक पक्ष का उपयोग करना।
    नोट: के बाद से टीवह समर्थन हाइड्रोफोबिक है, prepolymer इथेनॉल युक्त समाधान आसानी से समर्थन गीला कर सकते हैं।
  3. समर्थन के शीर्ष पर एक और क्वार्ट्ज डिस्क रखें।
  4. एक यूवी crosslinker में नमूना रखें और 254 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग कर 5 मिनट के लिए चमकाना।
  5. क्वार्ट्ज डिस्क से गर्भवती झिल्ली को निकालने के लिए 5 मिनट के लिए एक डि जल स्नान में पूरे विधानसभा विसर्जित और ध्यान से झिल्ली एक तेज ब्लेड और चिमटी का उपयोग कर हटा दें।
  6. डि पानी में झिल्ली रखें। विलायक, unreacted मोनोमर / crosslinker, और झिल्ली से सोल दूर करने के लिए दो बार पानी बदलें।
  7. सूखे, गर्भवती झिल्ली तैयार एटीआर-एफटीआईआर और डीएससी का विश्लेषण करती है के लिए।
    1. जल स्नान से झिल्ली निकालें। झिल्ली 24 घंटे के लिए परिवेश की स्थिति पर सुखाने के लिए अनुमति दें।
    2. ओवन रात भर वैक्यूम के तहत 80 डिग्री सेल्सियस पर एक निर्वात में झिल्ली सुखाएं।

4. फ्रीस्टैंडिंग फिल्म्स और गर्भवती मेरे की विशेषताmbranes

  1. एटीआर-एफटीआईआर विश्लेषण
    1. के रूप में, कदम 1.1 में कहा गया है एफटीआईआर विश्लेषण के लिए, prepolymer समाधान का एक नमूना तैयार करें।
    2. नमूना स्कैनिंग से पहले एक पृष्ठभूमि स्कैन। 600 सेमी -1 से 4500 सेमी wavenumber सीमा निर्धारित करें -1 माप की एक 4-सेमी -1 संकल्प पर।
    3. विश्लेषण के लिए एफटीआईआर मशीन में नमूना रखें।
    4. नमूना निकालें। क्रिस्टल और एक उपयुक्त विलायक के साथ टिप साफ करें।
    5. झरझरा समर्थन, prepolymer समाधान, फिल्मों फ्रीस्टैंडिंग सूख गया, और सूखे गर्भवती झिल्ली: 4.1.4 निम्नलिखित नमूनों के लिए - दोहराएँ 4.1.1 कदम दूर है।
  2. अंतर स्कैन calorimetry (डीएससी)
    1. एक डीएससी पैन और एक वजन संतुलन में ढक्कन रखें और अपने वजन रिकॉर्ड है।
    2. नमूना (5-10 मिलीग्राम) पैन के अंदर की एक छोटी राशि प्लेस और ढक्कन के साथ उसे बंद करें।
    3. नमूना युक्त पैन वजन। ओ के बीच वजन अंतर सेccupied पैन और ढक्कन और खाली पैन और ढक्कन, नमूने के वजन की गणना।
    4. एक प्रेस का उपयोग करना, भली भांति बंद करके पैन के अंदर नमूना सील।
    5. डीएससी सेल जिसमें अक्रिय संदर्भ स्थित है अंदर सील पैन रखें।
    6. खाली पैन और ढक्कन और कार्यक्रम में नमूना के वजन के वजन दर्ज करें।
    7. 10 डिग्री सेल्सियस / मिनट की हीटिंग दर से 160 डिग्री सेल्सियस के लिए -80 डिग्री सेल्सियस से डीएससी के साथ स्कैन करें।
    8. निर्माता के प्रोटोकॉल का उपयोग डीएससी विश्लेषण करें।
    9. ऊपर उल्लिखित चरणों का पालन विभिन्न नमूनों के लिए डीएससी प्रयोगों को दोहराएँ।
  3. एक पेंडेंट बूंद पद्धति का उपयोग करके संपर्क कोण की माप
    1. झिल्ली नमूना (लगभग 30 मिमी 6 मिमी द्वारा) का एक आयताकार पट्टी काटें।
    2. 10 मिनट के लिए डि पानी में इस पट्टी भिगोएँ और फिर 5 मिनट के लिए इसे सूखने।
    3. नमूना धारक पर सूखे नमूना रखें।
    4. एक पारदर्शी में नमूना धारक डूबपर्यावरण कक्ष डि पानी 20 से युक्त।
    5. एक स्टेनलेस स्टील सुई के साथ एक माइक्रोलीटर सिरिंज का प्रयोग, झिल्ली नमूना पर n -decane (लगभग 1 μL) की बूंदों बांटना।
    6. सेटअप 2 मिनट तक अछूता छोड़ दो बूंदों के स्थिरीकरण सुनिश्चित करने के लिए।
    7. झिल्ली सतह पर समाप्त बूंदों के कोण को मापने के द्वारा नमूनों की संपर्क कोण का निर्धारण करने के लिए एक उपयुक्त छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर का प्रयोग करें।
    8. संपर्क कोण विभिन्न बूंदों के लिए प्राप्त मूल्यों के औसत है।
  4. पानी की पारगम्यता की विशेषता एक अंत में मृत्यु निस्पंदन प्रणाली का उपयोग करते हुए
    1. एक उपयुक्त व्यास के साथ एक हथौड़ा संचालित छेद पंच का प्रयोग करें फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों और गर्भवती झिल्ली के कूपन में कटौती के लिए।
    2. एक मरे हुए अंत निस्पंदन सेल के अंदर झरझरा समर्थन पर एक तैयार कूपन रखें।
    3. नमूना के शीर्ष पर ओ-रिंग रखें। दो हिस्सों भाड़पारगमन सेल के साथ।
    4. डि पानी का लगभग 50 एमएल पारगमन सेल में जोड़े। टोपी पर भाड़ और एक चुंबकीय दोषी पर पारगमन सेल जगह। 300 और 900 आरपीएम के बीच सरगर्मी दर निर्धारित करें।
    5. चूना पानी इकट्ठा करने के लिए एक संतुलन पर एक कवर बीकर रखें। संतुलन धड़ा।
    6. गैस सिलेंडर पर वाल्व खोलें। प्रेशर रेगुलेटर वाल्व दक्षिणावर्त बारी जब तक वांछित दबाव तक पहुँच जाता है (फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों के लिए 45 psig और गर्भवती झिल्ली के लिए 35 psig)।
    7. पारगमन सेल करने के लिए दबाव देने के लिए रिलीज वाल्व खोलें।
    8. पर नज़र रखें और समय के साथ बीकर का वजन रिकॉर्ड है।
    9. पानी permeance (ए डब्ल्यू) और पारगम्यता (पी डब्ल्यू) समाधान-प्रसार मॉडल के साथ 4 नीचे दिखाया गया है, 21 की गणना करें
      समीकरण
      जहां एक डब्ल्यू वें हैई पानी permeance (एल / मी 2 hbar या LMH / बार), पी डब्ल्यू, पानी पारगम्यता (LMH सेमी / बार) है ρ डब्ल्यू पानी घनत्व (छ / एल) है, एक (झिल्ली के प्रभावी क्षेत्र मीटर है 2), Δm पानी चूना (छ) एक समय अवधि Δt (ज से अधिक) के द्रव्यमान में परिवर्तन है, Δp झिल्ली (बार भर में दबाव अंतर) है, और एल सूजन फिल्म (सेमी) की मोटाई है।
    10. गन्दगी-विरोधी गुण और झिल्ली की अस्वीकृति दरों का मूल्यांकन करने के पीएच = 7.4 के साथ एक फॉस्फेट बफर खारा (पीबीएस) समाधान में 0.5 ग्राम / एल बीएसए युक्त एक बीएसए समाधान का उपयोग करें।
    11. चरण दोहराएं 4.4.5 - 4.4.10 बीएसए की उपस्थिति में जल प्रवाह निर्धारित करने के लिए। निम्न समीकरण 22 के साथ बीएसए अस्वीकृति दर की गणना
      समीकरण
      जहां R बीएसए झिल्ली (%) की बीएसए अस्वीकृति दर है,सी पी चूना (छ / एल) में बीएसए की एकाग्रता है, और सी एफ फ़ीड (छ / एल) में बीएसए की एकाग्रता है, बीएसए की एकाग्रता यूवी स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता।

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Representative Results

चरणों 1.1 और 1.2 में निर्दिष्ट prepolymer समाधान के साथ तैयार फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों में क्रमश: S50 और S30 के रूप में भेजा जाता है। विस्तृत जानकारी तालिका 1 में दिखाया गया है। Prepolymer समाधान कदम 1.2 में निर्दिष्ट भी गर्भवती झिल्ली, जो IMS30 के रूप में चिह्नित हैं निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। क्योंकि झरझरा समर्थन हाइड्रोफोबिक polyethylene से बना है, केवल prepolymer इथेनॉल युक्त समाधान के रूप में चित्रा 1 4 में दिखाया गया, समर्थन में गर्भवती किया जा सकता है और पारदर्शी फिल्मों के रूप में।

PEGDA और SBMA में (मेथ) acrylate समूहों के रूपांतरण एटीआर-एफटीआईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा पुष्टि की गई। चित्र 2 झरझरा समर्थन के आईआर स्पेक्ट्रा, prepolymer समाधान, सूखे बहुलक फिल्मों (S50 और S30), और सूखे गर्भवती झिल्ली (IMS30) प्रस्तुत करता है। एसपीझरझरा समर्थन (क) के ectrum चारों ओर 1,460 सेमी -1, जो विरूपण 23 झुकने साथ जुड़ा हुआ है एक विशेषता शिखर को दर्शाता है। Prepolymer समाधान (ख) के आईआर स्पेक्ट्रम 810 पर तीन चोटियों acrylate समूह की विशेषता, 1190, और 1410 सेमी -1 19, 21 को दर्शाता है। इन चोटियों S50 फिल्म (ग) के आईआर स्पेक्ट्रा में गायब हो जाते हैं, S30 फिल्म (घ), और IMS30 झिल्ली (ई), (मेथ) acrylate की पूर्ण रूपांतरण का संकेत है। साथ ही, 1,035 सेमी में एक विशेषता शिखर -1 अतः 3 के कंपन के लिए - SBMA में समूह के सभी आईआर स्पेक्ट्रा में दिखाई देता है, झरझरा समर्थन के स्पेक्ट्रम के लिए छोड़कर।

3 चित्र तुलना सूखे S50 फिल्म के डीएससी परिणाम (क), S30 फिल्म (ख), और IMS30 झिल्ली (ग)। डीएससी घटता टी कांच संक्रमण तापमान निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है (प्रत्येक नमूने की छ)। टी जी मूल्यों सुसंगत और समान SBMA और PEGDA सामग्री 7 के साथ फिल्मों के लिए साहित्य मूल्य (यानी, -33 डिग्री सेल्सियस) की तुलना में थोड़ा कम कर रहे हैं। IMS30 के लिए डीएससी की अवस्था भी 132 डिग्री सेल्सियस पर उच्च घनत्व polyethylene, जो साहित्य 24 में रिपोर्ट मूल्य के बराबर है के लिए एक पिघलने शिखर को दर्शाता है।

पानी संपर्क कोण चित्र 4 में प्रस्तुत कर रहे हैं और सतह hydrophilicity स्पष्ट किया जाता है। लोअर संपर्क कोण अधिक से अधिक hydrophilicity सुझाव देते हैं। झरझरा समर्थन 92 डिग्री के एक संपर्क कोण है, जो S50 फिल्म के लिए 26 °, S30 फिल्म के लिए 18 डिग्री, और IMS30 झिल्ली के लिए 37 डिग्री के मूल्य की तुलना में अधिक है। इस परिणाम का संकेत है कि फिल्मों और गर्भवती झिल्ली बहुत झरझरा समर्थन की तुलना में अधिक हाइड्रोफिलिक हैं।

तालिका एक

आकृति 1
चित्र 1: की (क) एक फ्रीस्टैंडिंग फिल्म (S30, मोटाई = 152 सुक्ष्ममापी) (ख) एक झरझरा समर्थन, और (ग फोटो) एक गर्भवती झिल्ली (IMS30)। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्र 2: (क) झरझरा समर्थन की एटीआर-एफटीआईआर स्पेक्ट्रा की तुलना, (ख) prepolymer समाधान, (ग) S50 फ्रीस्टैंडिंग फिल्म, (घ) S30 फ्रीस्टैंडिंग फिल्म, और (ई) IMS30 झिल्ली गर्भवती।

चित्र तीन
चित्र 3: (क) S50 फ्रीस्टैंडिंग फिल्म, (ख) S30 फ्रीस्टैंडिंग फिल्म, और (ग) IMS30 गर्भवती झिल्ली के लिए डीएससी घटता।


चित्र 4: संपर्क कोण माप और पानी की बूंदों के चित्र पोरस सहायता, फ्रीस्टैंडिंग फिल्म्स, और गर्भवती झिल्ली की सतह पर। त्रुटि बार कई माप के मानक विचलन है। ध्यान दें: एक पेंडेंट ड्रॉप विधि 25; ख सामान्य ड्रॉप विधि 25।

नमूना Prepolymer समाधान सामग्री (wt।%) टी जी मोटाई (सुक्ष्ममापी) जल Permeance (LMH / बार) पानी की पारगम्यता (सेमी2 / s)
SBMA PEGDA एच 2 ओ EtOH (सी)
S50 10 40 50 0 -37 471 ± 3 0.085 एक 1.5 x 10 -6
S30 10 40 30 20 -38 110 ± 7 0.16 एक 6.6 x 10 -5
IMS30 10 40 30 20 -38 94 ± 11 0.15 ख 5.3 x 10 -5
एक जल प्रवाह 350 आरपीएम का एक भावप्रवण दर के साथ 45 साई पर मापा गया।
ख जल 350 आरपीएम की सरगर्मी दर के साथ 35 साई पर मापा गया।

तालिका 1: फ्रीस्टैंडिंग फिल्म्स और गर्भवती झिल्ली की शारीरिक और जल परिवहन गुण का सारांश।

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Discussion

हम फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों और zwitterionic हाइड्रोजेल के आधार पर गर्भवती झिल्ली तैयार करने के लिए एक सतही विधि का प्रदर्शन किया है। तीन (मेथ) acrylate विशेषता चोटियों के लापता होने (यानी, 810, 1190, और 1410 सेमी -1) प्राप्त बहुलक फिल्मों की आईआर स्पेक्ट्रा में और, झिल्ली (चित्रा 2) मोनोमर और crosslinker 4 की अच्छी रूपांतरण इंगित करता है गर्भवती 19, 21। साथ ही, अतः 3 की उपस्थिति - फिल्मों और झिल्ली के लिए स्पेक्ट्रा में कंपन शिखर पुष्टि करता है कि zwitterionic समूह सफलतापूर्वक हाइड्रोजेल में शामिल किया गया है। प्राप्त सहपॉलिमरों नगण्य सोल अंशों है, यह दर्शाता है कि copolymer रचनाओं बहुत prepolymer समाधान 7 के समान ही हैं।

S30 के टी जी मूल्यों औरS50 समान हैं, सुझाव दे prepolymer समाधान में विलायक प्रकार टी जी पर न्यूनतम प्रभाव पड़ता है। गर्भवती झिल्ली के लिए, पिघलने शिखर झरझरा समर्थन (polyethylene) है, जो इस झिल्ली का वादा झिल्ली भर में उच्च तापमान और उच्च दबाव बनाए रखने के लिए पता चलता है के लिए जिम्मेदार माना जाता है।

पेंडेंट ड्रॉप विधि के माध्यम से संपर्क कोण माप केवल झरझरा समर्थन के लिए लागू किया गया था। इस विधि फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों और झिल्ली इस काम में गढ़े के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता क्योंकि नमूने के लिए खुद को नमूना धारक से अलग जब पानी चैम्बर में डूबे हुए। इसलिए, इन नमूनों के लिए संपर्क कोण माप बस नमूना सतह के ऊपर पानी (1.0-5.0 μL) का एक छोटा सा छोटी बूंद छोड़ने के द्वारा मापी जाती थी। समर्थन के लिए संपर्क कोण फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों और गर्भवती झिल्ली के उन लोगों के, जो इन zwitterioni में अधिक से अधिक hydrophilicity की पुष्टि करता है की तुलना में बहुत अधिक हैग हाइड्रोजेल।

प्रत्येक नमूने के पानी permeance अंत में मृत्यु निस्पंदन सिस्टम के द्वारा निर्धारित किया गया था। 471 सुक्ष्ममापी प्रदर्शन सबसे कम पानी permeance (0.085 LMH / बार) की एक मोटाई के साथ हाइड्रेटेड S50 फिल्म है, जबकि S30 फिल्म और IMS30 झिल्ली उच्च पानी permeance दिखा।

इस पत्र जल शोधन के लिए photopolymerization के माध्यम से हाइड्रोजेल आधारित फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों और गर्भवती झिल्ली का निर्माण करना एक सतही विधि का वर्णन है। hydrophilicity साथ PEGDA और SBMA युक्त हाइड्रोजेल संश्लेषित कर रहे हैं, और वे गर्भवती झिल्ली में झरझरा समर्थन के hydrophilicity बढ़ा सकते हैं। इस रिपोर्ट में इन सामग्रियों की तैयारी और जल परिवहन गुण सहित उनके भौतिक गुणों, विशेषता बताने में व्यावहारिक मार्गदर्शन प्रदान करता है। विधि और सामग्री भी इस तरह के सीओ 2 को पकड़ने के रूप में गैस अलग होने के लिए झिल्ली, तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Poly(ethylene glycol) diacrylate                  Mn = 700 (PEGDA) Sigma Aldrich 455008
1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 99% (HCPK) Sigma Aldrich 405612
[2-(Methacrloyloxy)ethyl dimethyl-(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, 97% Sigma Aldrich 537284 Acutely Toxic
Ethanol, 95% Koptec, VWR International V1101 Flamable
Decane, anhydrous, 99% Sigma Aldrich 457116
Solupor Membrane Lydall 7PO7D
Micrometer  Starrett 2900-6
ATR-FTIR Vertex 70
DSC: TA Q2000 TA Instruments
Rame’-hart Goniometer: Model 190 Rame’-hart Instruments
Ultraviolet Crosslinker: CX-2000 Ultra-Violet Products UV radiation 
Permeation Cell: Model UHP-43 Advantec MFS
Deionized Water: Milli-Q Water EMD Millipore

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References

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जैव अभियांत्रिकी अंक 122 हाइड्रोजेल गर्भवती झिल्ली जल शुद्धीकरण zwitterionic पॉलिमर photopolymerization गन्दगी-विरोधी गुण
जल शोधन के लिए Antifouling गुण झिल्लियों के रूप में साथ Hydrogels का संश्लेषण
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Tran, T. N., Ramanan, S. N., Lin, H. … More

Tran, T. N., Ramanan, S. N., Lin, H. Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification. J. Vis. Exp. (122), e55426, doi:10.3791/55426 (2017).

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