Driedimensionaal Printed microfluïdische Cross-flow-systeem voor Ultrafiltratie / nanofiltratiemembraan Performance Testing

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

Ontwerp en fabricage van een driedimensionaal (3-D) gedrukt microfluïdische kruisstroom filtratiesysteem wordt aangetoond. Het systeem wordt gebruikt om de prestaties te testen en observeren vervuiling van ultrafiltratie en nanofiltratie (dunne film composite) membranen.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Wardrip, N. C., Arnusch, C. J. Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing. J. Vis. Exp. (108), e53556, doi:10.3791/53556 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Minimalisering en beheer van membraanvervuiling is een enorme uitdaging in diverse industriële processen en andere praktijken die membraantechnologie benutten. Inzicht in de vervuiling zou ertoe kunnen leiden optimalisatie en hogere efficiëntie van op membraan gebaseerde filtratie. Hier laten wij het ontwerp en de fabricage van een geautomatiseerde driedimensionaal (3-D) gedrukt microfluïdische kruisstroom filtratiesysteem welke testen maximaal 4 membranen parallel. De microfluïdische cellen werden gedrukt met meerdere materialen fotopolymeer 3-D printtechnologie, die een transparante harde polymeer voor de microfluïdische cellichaam gebruikt en verwerkt een dunne rubberachtige polymeerlaag die lekken voorkomt tijdens bedrijf. De prestaties van ultrafiltratie (UF) en nanofiltratie (NF) membranen werden getest membraanvervuiling kan worden waargenomen met een model foulant runderserumalbumine (BSA). Voeroplossingen met BSA bleek flux daling van het membraan. Dit protocol kan worden uit te breidened om vervuiling of biofouling meten met vele andere organische, anorganische of microbiële bevattende oplossingen. De microfluïdische ontwerp is bijzonder voordelig voor het testen van materialen die kostbaar of uitsluitend in kleine hoeveelheden, bijvoorbeeld polysacchariden, proteïnen of lipiden zijn vanwege de kleine oppervlak van het membraan wordt getest. Dit modulaire systeem kan ook gemakkelijk worden uitgebreid voor high throughput testen van membranen.

Introduction

Membraantechnologie integraal industriële en andere processen die de scheiding van opgeloste stoffen uit een voorraadoplossing echter membraanvervuiling is een grote voortdurende uitdaging. 1 Bekende voorbeelden waarbij membraanvervuiling plaatsvindt onder gebruik van ultrafiltratie membranen voor de grootte gebaseerde scheiding van afvalwater 2 en dunne film samengestelde membranen voor de scheiding van ionen en grotere opgeloste stoffen uit brak of zeewater. 3 Karakteristiek indicaties van vervuiling omvatten een toename transmembraandruk en een afname in flux. Dit vermindert de productiviteit van het membraan en verkort de levensduur door chemische of andere reinigingsprotocollen. Daarom membraangedrag is een goede indicator beoordelen vervuiling en de mechanismen en effecten van vervuiling, biofouling en biofilmvorming op membranen begrijpen. Ook prestatiebeoordeling belangrijk in het ontwerp of wijziging van nieuwe membranen.

eft ">

Belangstelling voor het gebruik van membranen in microfluïdische inrichtingen groeit de laatste tien jaar. 4 Onlangs hebben we het effect van microbiële componenten lipopolysaccharide en glycosfingolipide op vervuiling het oppervlak van een nanofiltratiemembraan, en de daaropvolgende gevoeligheid van de geconditioneerde oppervlak microbiële attachment. 5 microfluïde dwarsstroming inrichting werd gebruikt om de prestaties van nanofiltratie membranen beoordelen. Dit maakte het gebruik van bijzondere, niet-commerciële lipide componenten uitsluitend in kleine hoeveelheden membraanoppervlak vervuiling omdat het membraan oppervlak klein. De omvang systeem toegestane efficiënt gebruik van membraan materialen en de lage volumes van oplossingen. In dit protocol beschrijven wij het ontwerp en de fabricage van de microfluïdische inrichting voor het membraan prestatietests en overzicht van de integratie van het apparaat in een druk stroomsysteem. Demonstratie van de inrichting wordt getoond door testing van de prestaties van ultrafiltratie membranen en nanofiltratie membranen met behulp van een model vervuilingsvorming, BSA. 6,7

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ontwerp en de fabricage van de microfluïdische testsysteem

  1. Ontwerp microfluïdische inrichting twee afzonderlijke delen: een bovenste deel en onderste deel (figuur 1) in een CAD-programma.
  2. Begin met het maken van de onderste deel met behulp van de rechthoek tool om een ​​40 mm bij 60 mm rechthoek te tekenen.
  3. In een hoek met de cirkel gereedschap maakt u een 6,2 mm diameter cirkel met het middelpunt 10 mm vanaf de randen. Met het gereedschap lineair patroon repliceren de gaten in de rechthoek van 20 mm tussenruimte voor een totaal van 6 gaten.
  4. Met behulp van de filet gereedschap fileren de rechthoeken met een straal van 1 mm.
  5. Extrusie van de rol 10 mm met het extruderen tool.
  6. In het midden van het bovenvlak, met de rechthoek hulpprogramma een rechthoek 30 mm bij 1 mm en het extruderen cut gereedschap gesneden 0,2 mm voor het stromingskanaal.
  7. Met het gereedschap cirkel maken cirkel 1 mm diameter aan het einde van het stromingskanaal. Vervolgens met de line tool bouw van een weg aansluiten van de cirkel naar de dichtstbijzijnde40 mm bij 10 mm gezicht, inclusief een radius 4 mm gemaakt met de filet tool. Maak een snede langs deze weg met de geveegd cut tool.
  8. Met de cirkel hulpprogramma een cirkel 3,9 mm diameter in het midden van het stroompad en snij 8 mm met het extruderen cut instrument dat voor hulpstukken.
  9. Herhaal de stappen 1,7 en 1,8 voor de andere kant van het stromingskanaal.
  10. Met het bovenste deel herhaalt u de stappen 1.2-1.5. Toen in het midden van het bovenvlak maak een permeaat kanaal met behulp van de rechthoek gereedschap om een ​​rechthoek te creëren 30 mm bij 1 mm en snijd 0,5 mm met behulp van de extrude cut tool.
  11. Gebruik de cirkel tool om een ​​1 mm cirkel in het midden van de permeaatkanaal 5 mm van een einde te maken. Met het gereedschap lijn construeren pad verbindt de cirkel op de volgende 1 cm bij 6 cm vlakken, waaronder een radius 4 mm gemaakt met de filet tool. Maak een snede langs het pad met de geveegd cut tool.
  12. Met de cirkel hulpmiddel te creëren extra cirkel een diameter van 3,9 mm met het middelpunt op het permeaat pad en snij 8 mm met de exTrude snijden tool.
  13. Bij de onderdelen boven 40 mm randen, met de rechthoek tool, maak rechthoeken 40 mm bij 5 mm toe te voegen 4 mm radii met de haas tool. Gebruik het extruderen gereedschap naar beneden extruderen 3 mm voor grepen.
  14. Print onderdelen met een multi-materiaal fotopolymeer 3-D printer met een harde doorzichtige polymeer, zoals 0,05 mm aanbrengen van een zachte rubberachtige polymeer op het vlak van elk deel dat het kanaal bevat. Gebruik de fabrikant standaard protocol, kalibratie en instellingen.
  15. Tap schroefdraad (M5) in diervoeders, retentaat en doordringen openingen. Gebruik tape loodgieter tot 1/8 "fittingen op de feed en retentaat en 1/16" connect armaturen aan het permeaat.
  16. Verbinding microfluïdische inrichtingen te pompen, kleppen, druktransductor en tegendrukregulator met 1/8 "buis (figuur 2).
  17. Sluit 0,45 pm filters om buizen inlaat.
  18. Ontladen doordringen te stromen-meter en bekers op tegoeden bij 1/16 "slang.
  19. Sluit de servo's en voeding aan servo schild.
  20. Sluit de druksensor, schakelaars en servo schild om microcontroller.
  21. Sluit microcontroller, saldi, debietmeter en de pomp op een PC voor data logging en systeem controle.
  22. Configureren balances om gegevens af te drukken om hun seriële poort.

2. Bereid Membranen worden getest

  1. Gesneden membranen 40 mm x 8 mm.
  2. Geniet membranen in ultrapuur water (3 x 10 min) met geluidsgolven.
  3. geniet dan de membranen in 50/50 ultrapuur water / ethanol gedurende 1 uur.
  4. Spoel de membranen met ultrapuur water en bewaar in ultrapuur water bij 4 ° C. 8

3. Bereid oplossingen te testen met nanofiltratiemembranen

  1. Voeg 500 ml ultrapuur water om een ​​erlenmeyer. Voeg vervolgens 0,04 g van een BSAd 0,29 g NaCl.
  2. Voeg 500 ml ultrapuur water om een ​​aparte erlenmeyer. Voeg vervolgens 0,6 g MgSO 4.
  3. Voeg 500 ml ultrapuur water aan een derde erlenmeyer. Voeg vervolgens 0,29 g NaCl.
  4. Steek roer bars in elke kolf en plaats kolven op roer platen. Meng gedurende 5 minuten bij 500 rpm.

4. Voer een Nanofiltratie Vervuiling Experiment

Opmerking: Voer de proef bij kamertemperatuur (ca. 24 ° C). Eerst configureert het systeem voor het meten van een membraan door afsluiters aan cellen niet verbonden met de debietmeter stromen.

  1. Plaats een inlaat buis in de ultrapuur water reservoir en de andere inlaatbuis in de MgSO4 oplossing (figuur 2).
  2. Gebruik een spuit water en MgSO4 oplossing te trekken door middel van leidingen, zodat alle luchtbellen in het systeem te verwijderen.
  3. Plaats een nanofiltratie membraan aan de onderkant van de stroomcel, waarbij deactieve zijde naar het toevoerkanaal, en op de bovenkant van de stroomcel.
  4. Bevestig moeren met de hand en draai gelijkmatig met een moersleutel om lekkage te minimaliseren.
  5. Selecteer de ultrapuur water met het reservoir keuzeschakelaar.
  6. Stel de pomp debiet tot 2 ml / min en start de pomp.
  7. Stel drukregelaar tot 4 bar.
  8. Stel experimentele parameters reservoirs schakelen elke 45 min beginnend met het waterreservoir.
  9. Stel reservoir schakelaar op auto, en beginnen met experiment.
  10. Op 60 min verzamelen MgSO4 permeaat in een buis voor de volgende 30 minuten.
  11. Op 91 min vervangen MgSO4 kolf kolf die de oplossing van BSA en NaCl.
  12. Snel stoppen pomp en gebruik een spuit om BSA-oplossing te trekken door de inlaat buis MgSO4 overgebleven verwijderen slang. Begin dan weer pomp.
  13. Op 150 min verzamelen BSA doordringen in een buis voor de volgende 30 min.
  14. Na 225 minuten, sluit het systeem en verwijder nano filtratiemembraan van de stroomcel.
  15. Met behulp van een injectiespuit, spoelen testoplossing inlaatbuis met ultrapuur water.
  16. Herhaal stappen 4,1-4,15 per extra membraan getest.
  17. Voor NaCl uitsluitend examens Herhaal stap 4,1-4,10 en 4,14-4,16 vervangen MgSO4-oplossing met NaCl-oplossing en het beëindigen van het experiment na 90 min in plaats van 225 min.

5. Bereken Zout Afwijzing van nanofiltratiemembranen

  1. Spoel elektroden van de potentiostaat testcel met ultrapuur water.
  2. Met een pipet, borg 5 ui MgSO4 oplossing op de meetcel elektroden.
  3. Verslag weerstand van de oplossing.
  4. Herhaal stap 5,1-5,3 nog vier keer en het berekenen van de gemiddelde waarde.
  5. Herhaal stap 5,1-5,4 voor NaCl en BSA / NaCl-oplossingen en voor elke oplossing permeaat verzameld.
  6. Bereken zout afwijzing met Vergelijking 1:
    6eq1.jpg "/>
    waarbij Ω s de weerstand van de testoplossing en Ω p is de weerstand van het permeaat. De weerstand is omgekeerd evenredig met de geleidbaarheid van een oplossing, die rechtstreeks correleert zoutconcentratie.

6. Bereid te testen oplossing met ultrafiltratiemembranen

  1. Voeg 1 L van ultrapuur water om een ​​4 L beker. Voeg vervolgens 0,32 g BSA.
  2. Steek roerstaafje in beker en leg ze op een roer plaat. Meng gedurende 5 minuten bij 500 rpm.
  3. Voeg extra 3 liter ultrazuiver water beker en meng opnieuw gedurende 5 minuten bij 500 rpm.

7. Voer een ultrafiltratie Vervuiling Experiment

Opmerking: Voer een experiment bij kamertemperatuur (ca. 24 ° C). Eerste configureert het systeem tot 4 membranen parallel te meten door het openen van alle kleppen aan cellen stromen.

  1. Plaats een inlaat buis in de ultrapuur water reservoir en andere inlaat buis in the BSA-oplossing (figuur 2).
  2. Met een spuit het water en de BSA-oplossing te trekken door de buis, zodat alle luchtbellen in het systeem.
  3. Invoegen ultrafiltratiemembranen aan de onderkant van de stroom cellen met actieve zijden naar de toevoerkanalen, en sluit de cellen met de bovenste helften van de microfluïdische apparaat.
  4. Bevestig moeren met de hand, draai gelijkmatig met een moersleutel. Onjuiste aanscherping kan leiden tot waterlekkage.
  5. Selecteer ultrapuur water met reservoir schakelaar.
  6. Stel de pomp debiet tot 8 ml / min en start de pomp.
  7. Stel drukregelaar tot 0,4 bar.
  8. Monitor fluxwaarden membranen met data-acquisitie software volgens het protocol van de fabrikant.
  9. Pas de drukregelaar totdat gemiddelde flux is 200 LMH ± 10%.
  10. Vervang individuele membraan als flux is niet 200 LMH ± 20%.
  11. Voer experimentele run parameters. Selecteer eerst de ultrapuur water Reservoir gedurende 60 minuten met een constante stroom van 200 ± 20 LMH. Selecteer vervolgens het BSA reservoir voor 420 min met handmatige bediening van de drukregelaar. Tenslotte selecteert de ultrazuiver water reservoir 15 min Handbediening van de drukregelaar het spoelsysteem eind experiment.
  12. Stel reservoir schakelaar op auto, en beginnen met experiment.
  13. Na voltooiing van de run, sluit het systeem af en membranen te verwijderen uit stroom cellen.
  14. Met een spuit, flush pompinlaat buis met ultrapuur water.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De microfluïdische stroom cellen werden in een CAD programma en afgedrukt met een multi-materiaal fotopolymeer driedimensionale (3-D) printer. Deze cel is gemaakt uit twee delen, zodat membranen gemakkelijk kunnen worden ingebracht en verwijderd uit de inrichting (figuur 1). Elk deel werd 1 cm dik gedrukt van een harde, heldere polymeer voor structurele integriteit en de kanten op het membraan werden overcoat met een zeer dunne 50 urn laag rubberachtig polymeer. De overcoating werd uitgevoerd om de cel met een afdichtende functies waardoor lekkage voorkomt verschaffen. Een stroomkanaal is gemaakt van 0,2 mm diep en 1 mm breed en 30 mm lang met een 30 mm2 gebied van membraan testen. Na het snijden van de membranen 40 mm van 8 mm en wassen protocol wordt een test membraan ingebracht in de inrichting. Zes roestvrij stalen bouten en moeren (M6) gebruikt om het apparaat te scherpen en het werd aangesloten op het systeem (figuur 2). Op deze wijze is de cel permanently aangesloten op het systeem, terwijl membranen eenvoudig kunnen worden vervangen. Een cel werd gedurende nanofiltratiemembraan experimenten en vier cellen werden gebruikt in parallel experimenten ultrafiltratiemembraan.

Voor nanofiltratie membranen, werd een stroommeter verbonden met de permeaat flux te meten. Een experiment, zuiver water uitgevoerd met een snelheid van 2 ml / min. werd gestart en de druk werd ingesteld op 4 bar. Dit resulteerde in een permeaat flux van ~ 40 LMH (figuur 3) en kwam overeen met ~ 10 LMH / bar. Na equilibratie en observatie van een constante stroom (ca. 45 min), werd de oplossing veranderd MgSO 4 (10 mM) om te testen voor afwijzing en de integriteit van het membraan te controleren, en permeaat verzameld. De weerstand van deze oplossing werd gemeten die omgekeerd evenredig geleidbaarheid. Voor zoutconcentraties getest, de geleidbaarheid lineair evenredig met de concentratie en het% zout ruitwerpen kan worden berekend. De geteste in het huidige experiment membranen gaf 83% ± 4%, en 64% ± 3% afwijzingen van respectievelijk MgSO4 en NaCl,. Het systeem voeding werd daarna terug naar zuiver water totdat een stabiele flux werd bereikt, en vervolgens als een waterige oplossing van BSA (0,08 g / L), NaCl (10 mM). De daling in beweging ten opzichte van de flux van een regelmembraan onder de omstandigheden van 10 mM NaCl aangegeven membraanvervuiling door BSA.

Voor ultrafiltratie membranen werden vier microfluïdische inrichtingen parallel met permeaat flux gemeten met tegoeden. Deze saldi aangesloten op de computer en gefaciliteerd continue gegevensverzameling. Met een zuiver water toevoersnelheid van 8 ml / min voor het systeem, dat 2 ml / min per stroomcel, de druk werd ingesteld om een gemiddelde flux van 200 LMH (figuur 4) te verkrijgen. De flux van elk membraan werd beoordeeld, en de membraan werd vervangen indien de flux verschil & #62; 20% van de oorspronkelijke flux gekozen gemiddeld 200 LMH. De oplossing werd veranderd in BSA (0,08 g / l) en de flux daling werd gevolgd. De voeding oplossing werd vervolgens gewijzigd in zuiver water. Voor representatieve resultaten, vergeleken we 30 en 50 kDa hydrofiele polyethersulfon ultrafiltratiemembranen, en opgemerkt, dat 50 kDa membraan had een hogere genormaliseerde flux aan de beëindiging van het experiment (26,5% van de oorspronkelijke flux) vergeleken met 23% voor de 30 kDa membraan, het verschil was niet significant.

Figuur 1

Figuur 1. Ontwerp en beeld van het microfluïdische apparaat gebruikt. Het ontwerp werd gemaakt met een CAD ​​programma en afgedrukt met een driedimensionale fotopolymeer printer. (A) Onderste gedeelte met het toevoerkanaal (bovenaanzicht). (B) Bovenste deel bevat het permeaat chan nel (bovenaanzicht). (C) Montage van het toestel (zijaanzicht). (D) Afbeelding van de functionele inrichting, inclusief een membraan coupon, de delen aan elkaar bevestigd met bouten en moeren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 2

Figuur 2. Schematische weergave van het systeem. De nanofiltratie membraan werden uitgevoerd met flow cel 1. De ultrafiltratiemembraan testen uitgevoerd nadat alle 4 stroomcellen parallel. Computer data logging niet getoond. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

lways "> figuur 3

Figuur 3. Prestaties en vervuiling van een nanofiltratie membraan onder cross flow voorwaarden Experimentele voorwaarden voor volledige run (zwart vierkant):. I) ultrapuur water, 2 ml / min, 4 bar. ii) 10 mM MgSO4, 2 ml / min, 4 bar. iii) ultrapuur water, 2 ml / min, 4 bar. iv) BSA (0,08 g / L), 10 mM NaCl, 2 ml / min, 4 bar. v) ultrapuur water, 2 ml / min, 4 bar. Controle membraan 10 mM NaCl, 2 ml / min, 4 bar (blauwe cirkel). Error bars geven de standaarddeviatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4

Figuur 4. Vervuiling van ultrafiltratiemembranen 30 kDa ( rood vierkant) en 50 kDa (blauwe diamant) in het kader van cross-flow voorwaarden. i) druk werd zo ingesteld dat de gemiddelde initiële zuiver water permeaat flux bedroeg 200 LMH. ii) BSA (0,08 g / l) 2 ml / min. Error bars geven de standaarddeviatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dit protocol beschrijft het ontwerp van een driedimensionaal gedrukte microfluïdische dwarsstroming inrichting voor het testen van nanofiltratie en ultrafiltratie membranen. Onlangs hebben we het succes van een variant van dit protocol met nanofiltratiemembraan conditioning getoond en vervuiling met glycosfingolipiden en lipopolysacchariden en membraangedrag verschillen latere bacteriecultuur injectie. 5 verdere toepassingen gebruik van deze techniek kan worden gebruikt om membraanprestaties verandert met verschillende vervuilers evalueren . In vergelijking met grotere stroom cellen dit microfluïdische apparaat vergt veel minder testoplossing en kunnen de kosten voor de vervuilers en verbindingen, met name die alleen beschikbaar in beperkte hoeveelheden zijn aanzienlijk verminderen. Het kleine formaat maakt het ook handig voor laboratoriumschaal testen en kunnen vatbaar zijn voor high throughput testen.

Het ontwerp van de microfluïdische cross-flow apparaat werd bereikt thrdoorgedreven iteratieve prototyping, dat het belangrijkste voordeel van driedimensionaal afdrukken. Algemene inrichting ontwerpeigenschappen waren gebaseerd op eerder gepubliceerde microfluïdische dwarsstroming inrichting voor nanofiltratie membraantoepassingen. 9,10 De belangrijkste ontwerp verschillen waren dat de toevoer en permeaat kanalen niet gecompenseerd, maar rechtstreeks met elkaar overlappen, en de dikte van de onderdelen, en het water afdichting methode. Het voorkomen van water lekkages was de belangrijkste probleem dat in het ontwerpproces werd overwonnen door middel van het drukken van het apparaat met een multi-materiaal fotopolymeer 3-D printer. Dit liet een dunne zachte polymeer op de oppervlakken van de inrichting die in contact met het membraan waren. Na plaatsing van het membraan in het apparaat, en gelijkmatig aandraaien met 6 moeren (M6), werden water lekkages voorkomen. Andere mogelijke gebieden voor waterlekken de toevoerinlaat en retentaatuitlaat slangen aansluitpunten en kunnen voorkomen met tape loodgieter endat evenwel niet meer dan draai de aansluiting van de buis, waarbij de schroefdraad zou schaden. Het apparaat is druk getest tot 5 bar zonder lekkages.

Het is belangrijk dat ultrazuiver water wordt gebruikt voor de bereiding van alle oplossingen. Water uit andere bronnen kunnen onbekende bevuilingstoffen dat de daling van de membraan prestaties zou veroorzaken. Ook is een filter (0,45 mm) die aan de toevoer slang aan de afwezigheid van fijn stof in het systeem. Een permeaatstroom meter werd gebruikt om meer nauwkeurig lage flux-waarden in het representatieve experiment onder toepassing van een nanofiltratiemembraan. Een vaste druk van 4 bar werd gekozen op basis van een eerdere studie glucosfingolipiden. 5 Herhaal metingen met verschillende membraan coupons werden gemiddeld. In een representatief experiment met behulp van ultrafiltratiemembranen, de aanvankelijke zuiver water flux van het membraan werd gemeten met een druk van 0,4 bar. Permeaat flux van membraan naarmembraan kan sterk variëren dus flux elk membraan werd gecontroleerd of de flux verschillen niet groter dan ± 20%. Membranen die buiten de gewenste initiële flux waarden werden vervangen door nieuwe membraan coupons. In vervuiling studies kunnen een constante flux de voorkeur boven een constante druk, omdat membranen getest met verschillende initiële stromen met verschillende snelheden kan vervuilen. De druk werd vervolgens de gewenste gemiddelde initiële permeaat flux van 200 LMH ± 10%, maar kan deze eerste startvoorwaarden worden gekozen overeenkomstig de gewenste proefomstandigheden. Latere wijzigingen in de voedingsoplossing samenstelling, en het toezicht op de flux veranderingen zullen waardevol inzicht geven in de prestaties van het membraan.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs danken Stratasys (Rehovot, Israel) voor driedimensionaal afdrukken van het apparaat. We zijn dankbaar voor Microdyne-Nadir (Duitsland) voor het membraan monsters. Dit onderzoek werd gesteund door de Israel Science Foundation (Grant 1474-1413) naar CJA

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BSA SIGMA-ALDRICH A6003
NaCl DAEJUNG 7548-4100
MgSO4 EMSURE 1058861000
NF Membrane Filmtec NF200
30 kDa UF Membrane MICRODYN NADIR UH030
50 kDa UF Membrane MICRODYN NADIR UH050
Pressure Transducer Midas 43006711
Ball Valves AV-RF Q91SA-PN6.4
3-way Valve iLife Medical Devices 902.071
Pressure Regulator Swagelok KCB1G0A2A5P20000
Flow-meter Bronkhorst L01-AGD-99-0-70S
Balances MRC BBA-1200
Pump Cole-Parmer EW-00354-JI
1/8" Tubing Cole-Parmer EW-06605-27
1/16" Tubing Cole-Parmer EW-06407-41
1/16" Fittings Cole-Parmer EW-30486-70
1/8" Fittings Kiowa QSM-B-M5-3-20
Microcontroller Adafruit 50 Arduino UNO R3
Continuous Rotation Servo Adafruit 154
Standard Servo Adafruit 1142
Power Supply Adafruit 658
Servo Shield SainSmart 20-011-905
Switches Parts Express 060-376
0.45 Micron Filters EMD Millipore SLHV033RS
Potentiostat Gamry PCI4
Sonicator MRC DC-150H
Connex 3D Printer Stratasys Objet Connex
Veroclear  Stratasys RGD810  transparent polymer for printing flow cell
Tangoblack-plus Stratasys FLX980 soft rubbery polymer for gasket layers on flow cell

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Guo, W., Ngo, H. -H., Li, J. A mini-review on membrane fouling. Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).
  2. Fane, A. G., Fell, C. J. D. A review of fouling and fouling control in ultrafiltration. Desalination. 62, 117-136 (1987).
  3. Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G. Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review. Adv. colloid interfac. 164, (1-2), 126-143 (2011).
  4. De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. Membranes and microfluidics: a review. Lab on a chip. 6, (9), 1125-1139 (2006).
  5. Haas, R., Gutman, J., et al. Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes. Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).
  6. Nabe, A. Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions. J. Membr. Sci. 133, (1), 57-72 (1997).
  7. Ang, W., Elimelech, M. Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation. J. Membr. Sci. 296, (1-2), 83-92 (2007).
  8. Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration. Langmuir. 26, (14), 12358-12365 (2010).
  9. Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application. J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).
  10. Kaufman, Y., et al. Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate. J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics