Ultrafiltrasyon / Nanofiltrasyon Membran Performans Testleri için üç boyutlu Baskılı mikroakışkan Çapraz akış Sistemi

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

Tasarım ve bir üç boyutlu (3-D) fabrikasyonu basılı mikroakışkan çapraz akışlı süzme sistemi gösterilmektedir. sistem performansını test etmek ve ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon (ince film kompozit) zarlarının kirlenmesinin gözlemlemek için kullanılır.

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

En aza indirilmesi ve membran kirlenme yönetimi çeşitli endüstriyel prosesler ve membran teknolojisini kullanan diğer uygulamaları zorlu bir mücadeledir. kirlenme süreci anlamak optimizasyon ve membran bazlı filtrasyon yüksek verimlilik yol açabilir. Burada paralel olarak 4 zarların kadar test edebilirsiniz otomatik üç boyutlu (3-D) baskılı mikroakışkan çapraz akışlı filtrasyon sisteminin tasarımını ve imalat göstermektedir. Mikroakışkan hücreler mikroakışkan hücre vücut için şeffaf sert polimer kullanılan ve operasyon sırasında sızıntılarını önleyen ince bir kauçuk-benzeri polimer tabaka, dahil çoklu malzeme fotopolimer 3-D baskı teknolojisi kullanılarak basılmıştır. ultrafiltrasyon performansı (UF) ve nanofiltrasyon (NF) zarlar test edilmiş ve membran kirlenme modeli tıkayıcı sığır serum albümini (BSA) ile gözlenebilir. BSA içeren Besleme solüsyonları membran akışı düşüş gösterdi. Bu protokol uzanabilirEd diğer organik, organik olmayan veya mikrobik ihtiva eden çözeltiler ile kirlenme ya biyokirliliklerin ölçülür. mikroakışkan tasarımı test edilen nedeniyle membran küçük yüzey alanına, örneğin polisakkaritler, proteinler ya da lipidler için, yüksek maliyetli ve az miktarlarda kullanılabilir olan test malzemeleri için özellikle avantajlıdır. Bu modüler sistem de kolayca membran yüksek verimlilik testleri için genişletilebilir.

Introduction

Membran teknolojisi yığın solüsyonundan eriyiklerin ayrılmasını gerektiren endüstriyel ve diğer işlemler için tamamlayıcı, ancak membran kirlenme büyük bir çabalar sürmektedir. Diyafram birikimi atık boyutu göre ayrılması için ultrafiltrasyon membranları kullanımını içerir oluşur 1 yaygın örnekleri, acı ya da deniz suyundan iyonları ve daha büyük çözünen ayrılması için 2 ve ince film kompozit diyaframlar. kirlilik 3 karakteristik işaretler transmembran basıncında artış ve akı bir düşüş vardır. Bu membranın verimliliğini azaltır ve bağlı kimyasal veya diğer temizlik protokollerine ömrünü kısaltır. Bu nedenle membran performansı kirlenme değerlendirmek ve mekanizmaları ve kirlenme, biyolojik kirliliğe ve membranlar üzerinde biyofilm etkilerini anlamak için iyi bir göstergedir. Ayrıca, performans değerlendirmesi, yeni membranların tasarım veya değişiklik önemlidir.

eft ">

Mikroakışkan cihazlarda membranların kullanımı Faiz son on yılda artan olmuştur. 4 Son zamanlarda, biz bir nanofiltrasyon membran yüzeyini kirlenme mikrobiyal bileşenler lipopolisakkarid etkisi ve glikosfıngolipid okudu ve mikrobiyal şartlandırıldık yüzeyin sonraki duyarlılık eki. 5 A mikroakışkan çapraz akışlı cihaz nanofiltrasyon membran performansını değerlendirmek için kullanıldı. membran yüzey alanı küçük olduğundan bu zar yüzey kirlilik için küçük miktarlarda yalnızca özel ticari olmayan lipit bileşenlerinin kullanımını sağladı. Sistem boyutu membran malzeme ve çözümleri düşük hacimli etkin kullanımını sağladı. Bu protokol, biz zar performans testleri için mikroakışkan cihazın tasarım ve imalat tarif ve basınç akış sistemi içine cihazın katılmasını özetlemektedir. Cihazın Gösterme Testi ile gösterilmiştirBir örnek tıkanıklıkları tamamen açan, BSA kullanarak ultrafiltrasyon membranlar ve nanofiltrasyon membran performansı ng. 6,7

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Tasarım ve mikroakışkan Test Sistemi Fabrikasyon

  1. Bir üst kısmı ve bir CAD programında alt kısmında (Şekil 1): İki ayrı parçalar olarak mikroakışkan cihaz tasarlayın.
  2. 60 mm dikdörtgen bir 40 mm çizmek için dikdörtgen aracını kullanarak alt kısmı yapmaya başlayın.
  3. çember aracıyla bir köşesinde bir 6,2 mm çaplı daire kenarlarından 10 mm merkezli oluşturun. doğrusal model aracıyla 6 delik toplam 20 mm aralıkla dikdörtgen karşısında delikleri çoğaltmak.
  4. köşe aracını kullanarak, 1 mm bir çapa sahip dikdörtgenler fileto.
  5. a'ya aracıyla bölüm 10 mm a'ya.
  6. Üst yüzün merkezinde, dikdörtgen aracı ile 1 mm ve a'ya kesme aracı ile bir dikdörtgen 30 mm oluşturmak akış kanalı için 0,2 mm kesti.
  7. daire aracını kullanarak akış kanalının sonunda 1 mm çaplı daire yapmak. Sonra satırı aracı ile en yakın daireyi bağlayan bir yol inşafileto aracıyla yapılan 4 mm yarıçaplı dahil 10 mm yüz 40 mm. süpürüldü kesim aracı ile bu yolda bir kesim olun.
  8. çember aracıyla akış yolunun merkezinde 3.9 mm çaplı daire oluşturmak ve bağlantı parçaları için izin a'ya kesme aracı ile 8 mm kesti.
  9. Tekrarlayın 1.7 ve akış kanalı karşı tarafında 1.8 adımları.
  10. üst kısmı tekrar ile 1.2-1.5 adımları tekrarlayın. Sonra üst yüzün ortasında bir dikdörtgen 1 mm 30 mm oluşturmak için dikdörtgen aracını kullanarak bir nüfuz kanal oluşturmak ve a'ya kesme aracını kullanarak 0,5 mm kesti.
  11. Bir ucundan nüfuz kanal 5 mm merkezli bir 1 mm daire yapmak için daire aracını kullanın. satırı aracı ile fileto aracı ile yapılan 4 mm yarıçaplı olmak üzere 6 cm yüzleri, 1 cm birine daire bağlayan bir yol inşa. süpürüldü kesim aracı ile yol boyunca bir kesim olun.
  12. çember aracıyla eski ile 8 mm nüfuz yolda merkezinde ek 3.9 mm çaplı daire oluşturmak ve kesmeTrude aracı kesti.
  13. parça dikdörtgen aracı ile 40 mm kenarları, üst anda, fileto aracıyla 4 mm yarıçapları ekleyerek 5 mm dikdörtgenler 40 mm oluşturun. kolları için aşağı 3 mm a'ya a'ya aracını kullanın.
  14. kanalı içeren her parçanın yüzünde yumuşak lastik polimer ile kaplama 0.05 mm olmak üzere sert şeffaf polimer kullanılarak bir çok malzeme fotopolimer 3-D yazıcı ile yazdırma parçaları. üreticinin standart protokol, kalibrasyon ve ayarları kullanın.
  15. Dokunun ipler (M5) besleme, retentatında içine ve deliklerini nüfuz. permeat için parçaları "yem ve retentatına ve 1/16 için parçaları" 1/8 bağlamak için tesisatçı bandı kullanın.
  16. 1/8 "boru (Şekil 2) ile mikroakışkan pompa cihazları, vanalar, basınç sensörü ve geri basınç regülatörü bağlayın.
  17. tüpleri girişine 0.45 mikron filtre takın.
  18. akış-ölçer ve beher dengeler üzerinde 1/16 "boru ile nüfuz Deşarj.
  19. Servo kalkanına servolar ve güç kaynağını bağlayın.
  20. mikrodenetleyiciye basınç dönüştürücü, anahtarlar ve servo kalkanı takın.
  21. veri kaydı ve sistem kontrolü için bir bilgisayara mikro, dengeleri, akış ölçer ve pompa bağlayın.
  22. seri bağlantı noktasına veri yazdırmak için dengeleri yapılandırın.

2. Test Edilecek Membranlar hazırlayın

  1. x 8 mm 40 mm membranlar kesti.
  2. sese tabi tutularak, aşırı saf su (3 x 10 dakika) membranlan bekletin.
  3. Daha sonra 1 saat boyunca 50/50 ultra saf su / etanol içinde membranlar ıslatın.
  4. 4 ° C'de ultra saf su içinde, aşırı saf su ve mağaza ile membranlar durulayın. 8

3. hazırlayın Çözümler Nanofiltrasyon Membranları ile test edilecek

  1. Bir Erlenmeyer şişesine ultra saf su 500 ml ekleyin. Sonra BSA An 0.04 gNaCI D 0.29 g.
  2. Ayrı bir Erlenmeyer şişesine ultra saf su 500 ml ekleyin. Daha sonra MgSO 4 0.6 g ekleyin.
  3. Üçüncü bir Erlenmeyer şişesine ultra saf su 500 ml ekleyin. Daha sonra NaCI 0.29 g ekleyin.
  4. Ekle heyecan plakalar üzerinde her şişesi ve yer şişeler içine barlar karıştırın. 500 rpm'de 5 dakika boyunca karıştırın.

4. Bir Nanofiltrasyon Kirlenme Experiment gerçekleştirin

Not: R, (yaklaşık 24 ° C) 'de deney yapın. İlk akış ölçere bağlı olmayan hücreleri akış vanaları kapatarak, tek bir zar ölçmek için sistemi yapılandırmak.

  1. Ultra saf su deposu ve MgSO 4 çözüm içine diğer giriş borusu (Şekil 2) içine bir pompa giriş hortumunu takın.
  2. Sistemdeki tüm hava kabarcıklarını çıkarmak amacıyla boru yoluyla su ve MgSO 4 çözüm çizmek için bir şırınga kullanın.
  3. ile, akış hücresinin alt kısmında bir nanofiltrasyon membran eklemeakış hücresinin üst kısmında besleme kanalı ve yere doğru aktif tarafı.
  4. elle fındık bağlayın ve kaçağı en aza indirecek şekilde daha sonra bir anahtar ile eşit sıkın.
  5. rezervuar seçim anahtarı ile ultra saf su seçin.
  6. 2 ml / dakika pompa akış hızını ayarlamak ve pompayı çalıştırın.
  7. 4 bar basınç regülatörü ayarlayın.
  8. Rezervuarlar su deposu ile başlayan her 45 dakikada bir geçiş deneysel parametreleri ayarlayın.
  9. auto rezervuar anahtarını ayarlayın ve deney başlar.
  10. 60 dk Sonraki 30 dakika bir tüp içinde MgSO 4 süzüntünün toplanması.
  11. 91 dakikada şişesi BSA ve NaCl çözeltisi içeren MgSO 4 şişeyi değiştirin.
  12. Hızla pompayı durdurun ve tüp MgSO 4 leftover kaldırmak için giriş tüp aracılığıyla BSA çözüm çizmek için bir şırınga kullanın. Sonra tekrar pompayı başlatın.
  13. 150 dakika BSA Sonraki 30 dakika boyunca bir tüp içinde nüfuz toplar.
  14. 225 dakika sonra, sistemi kapatın ve nano kaldırmak akış hücresinden filtrasyon membran.
  15. bir şırınga kullanılarak, ultra saf su ile test çözümü giriş borusunu çalkalayın.
  16. Tekrarlayın test edilen her ek membranın için 4,1-4,15 adımları.
  17. NaCI sadece testler için, tekrar 4.1-4.10 ve 4.14-4.16 NaCl çözeltisi ile MgSO 4 çözüm değiştirilmesi ve 90 dakika yerine 225 dakika sonra deney sona adımları.

Nanofiltrasyon membran 5. Hesapla Tuz Reddi

  1. ultra saf su ile potansiyostat test hücresinin elektrodları yıkayın.
  2. Bir pipet, test hücresi elektrotları üzerine MgSO 4 çözümün mevduat 5 ul.
  3. çözümün rekor direnci.
  4. Tekrarlayın 5,1-5,3 dört kez daha adımları ve ortalama değerini hesaplamak.
  5. Yineleyin her çözüm toplanan nüfuz NaCl ve BSA / NaCl çözümleri için yanı sıra 5.1-5.4 adımları.
  6. Denklem 1 ile bir tuz reddi hesaplayın:
    6eq1.jpg "/>
    burada Ω s Test çözeltisinin direnci ve Ω s sızmasının direncidir. direnci doğrudan tuz konsantrasyonuna karşı gelir, bir çözelti, iletkenliği ile ters orantılıdır.

6. Çözüm hazırlayın Ultrafiltrasyon Membranları ile test edilecek

  1. 4 L'lik bir deney şişesine, aşırı saf su 1 ilave edin. Daha sonra BSA 0.32 g ekleyin.
  2. bir heyecan plaka üzerinde beher ve yerine karıştırma çubuğu yerleştirin. 500 rpm'de 5 dakika boyunca karıştırın.
  3. kapta 500 rpm'de 5 dakika için daha karıştırın ultra saf su ilave 3 ilave edin.

7. Bir Ultrafiltrasyon Kirlenme Deneyi gerçekleştirin

Not: R, (yaklaşık 24 ° C) bir deney yapın. İlk hücreleri akmaya tüm vanaları açarak paralel olarak 4 membranlar ölçmek için sistemi yapılandırmak.

  1. th içine ultra saf su deposu ve diğer giriş tüpünün içine bir pompa giriş tüpü yerleştirine BSA çözeltisi (Şekil 2).
  2. sistemdeki tüm hava kabarcıklarını çıkarmak amacıyla tüp aracılığıyla su ve BSA çözüm çizmek için bir şırınga kullanın.
  3. besleme kanalları karşı aktif kenarları, akış hücreleri alt kısmına ultrafiltrasyon membranlar yerleştirin ve mikroakışkan cihazın üst yarısı hücreleri kapatın.
  4. Sabitleyin fındık elle, daha sonra bir anahtar ile eşit sıkın. Yanlış sıkma su sızıntısı neden olabilir.
  5. rezervuar anahtarı ile ultra saf su seçin.
  6. 8 ml / dak pompa akış hızını ayarlamak ve pompayı çalıştırın.
  7. 0.4 bar basınç regülatörü ayarlayın.
  8. üreticinin protokolüne uygun olarak veri toplama yazılımı ile membran akı değerleri izleme.
  9. Ortalama akı ± 10% 200 LMH kadar basınç regülatörü ayarlayın.
  10. akı ±% 20 200 LMH değilse bireysel membran değiştirin.
  11. Deneysel çalışma parametreleri girin. İlk ultra saf su rese seçin200 ± 20 LMH kadar sabit bir akımı ile 60 dakika süre ile rvoir. Sonra, basınç regülatörünün manuel kontrol ile 420 dakika boyunca BSA rezervuar seçin. Son olarak, deney sonunda yıkama sistemine basınç regülatörünün manuel kontrol, 15 dakika boyunca Ultra saf su haznesini seçin.
  12. auto rezervuar anahtarını ayarlayın ve deney başlar.
  13. Çalışma tamamlandıktan sonra, sistemi kapatmak ve akış hücreleri zarlarını çıkarın.
  14. ultra saf su ile bir şırınga, floş pompa giriş borusu ile.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

mikroakışkan akış hücreleri çok malzeme foto-polimeri üç boyutlu (3-D) yazıcı kullanarak bir CAD programı kullanılarak tasarlandı ve basıldı. Membranlar kolayca (Şekil 1) eklenen ve cihazdan çıkarılabilir böylece bu hücre, iki parça halinde tasarlanmıştır. Her bölüm, yapısal bütünlüğü için bir sert, açık bir polimerden basılmış 1 cm kalınlığında, ve membran bakan taraf kauçuk-benzeri polimer çok ince 50 um tabaka ile üstten kaplanmıştır. atma su sızıntısını engelleyen bir sızdırmazlık özelliği ile hücre sağlamak için yapıldı. Bir akış kanalı 0,2 mm derin 1 mm genişliğinde ve membranın 30 mm2 alana test etmek için 30 mm uzunluğu tasarlanmıştır. 8 mm ve yıkama protokolü 40 mm zarları kesildikten sonra, bir test zarı cihazı içine sokulmuştur. Altı paslanmaz çelik cıvata ve somun (M6) cihazı sıkmak için kullanılan ve sistemin (Şekil 2) bağlandı. Bu şekilde, hücre PEMembranlar kolayca değiştirilebilir ise rmanently, sisteme bağlı. Bir hücre nanofiltrasyon membran deneyleri için ameliyat edildi ve dört hücre ultrafiltrasyon membran deneyler için paralel ameliyat edildi.

nanofiltrasyon membran için, bir akış ölçer süzüntü akının ölçülmesi için iş bağlandı. 2 ml / dakika arasında bir oranda bir deney, saf su yerine getirmek. başlatıldı ve basınç 4 bar olarak ayarlanmıştır. Bu 40 LMH (Şekil 3) ~ bir süzüntü akısı sonuçlandı ve ~ 10 LMH / bar karşılık geldi. Dengeleme ve sürekli bir akış (yaklaşık 45 dakika) gözlem sonra, çözelti reddi test ve membran bütünlüğünü doğrulamak ve toplandı nüfuz MgSO 4 (10 mM) değiştirildi. Bu çözeltinin direnç iletkenliği ile ters orantılı olduğu ölçülmüştür. Test tuz konsantrasyonlarında, iletkenlik konsantrasyonu ve% tuz r ile doğru orantılıdırejeksiyon hesaplanabilir. Bu deneyde test edilen zarlar% 4 ve% 64, sırasıyla MgSO 4 ile NaCI, ±% 3 redleri ±% 83 verdi. Sistem daha sonra besleme işlemi sabit bir akış elde edilene kadar saf su döndü ve daha sonra NaCl (10 mM) BSA (0.08 g / L) bir sulu çözelti olarak değiştirilmiştir. 10 mM NaCI koşullarında bir kontrol zarı akısına kıyasla akı azalma BSA'ya bağlı kirlenme membran göstermektedir.

nüfuz akı dengeleri kullanılarak ölçüldü ile ultrafiltrasyon membranları için, dört mikroakışkan cihazları, paralel bağlanmıştır. Bu dengeler bilgisayara bağlı ve sürekli veri toplama kolaylaştırılmıştır. 8 ml saf su besleme hızı kullanılarak 2 ml / dakika / akış hücre başına dakikadır sistemi için, basınç 200 LMH (Şekil 4) arasında bir ortalama akı elde etmek üzere ayarlanmıştır. Her membranın akı değerlendirildi ve akı fark & ​​eğer membran yerine #62; 200 LMH ilk seçilmiş akı ortalama% 20. Çözelti BSA'ya değiştirildi (0.08 g / L) ve akış azalma izlendi. Besleme solüsyonu, daha sonra saf su geri değiştirildi. temsilcisi sonuçları için, 30 ve 50 kDa hidrofil polyethersulfone ultrafiltrasyon zarlarını karşılaştırıldı ve gözlenen 50 kDa zar 30 kDa membran için% 23 ile karşılaştırıldığında deney feshi (ilk akının% 26.5) daha yüksek bir normalize akı olmasına rağmen, fark anlamlı değildi.

Şekil 1

Şekil 1. Tasarım ve kullanılan mikroakışkan cihazın görüntü. Tasarımı CAD programı kullanılarak yapılan ve üç boyutlu yazıcı kullanarak fotopolimer basılmıştır. (A) besleme kanalı (üstten görünüm) içeren Alt kısım. (B) sızma chan içeren Üst kısım nel (üstten bakış). Cihaz (yan görünüm) (C) Meclis. (D) bir membran kupon, cıvata ve somun ile birbirine bağlanır parçalar dahil işlevsel cihazının resmi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2

Sistemin Şekil 2 şematik temsili. Nanofiltrasyon zarı test akış hücresi 1. ultrafiltrasyon membranı testi paralel 4 akış hücresinin hepsine kullanılarak gerçekleştirilmiştir kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar veri kaydı gösterilmemiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

> "Lways Şekil 3,

Şekil 3. performans ve çapraz akış koşulları altında bir nanofiltrasyon zarı kirlenme tam çalışma (siyah kare) için deneysel koşullar: i.), Aşırı saf su, 2 ml / dakika, 4 bar. ii) 10 mM MgSO 4, 2 ml / dakika, 4 bar. iii) saf su, 2 ml / dakika, 4 bar. iv) BSA, 10 mM NaCI, 2 ml / dak, 4 bar (0.08 g / L). h) saf su, 2 ml / dakika, 4 bar. Kontrol membran 10 mM NaCI, 2 ml / dakika, 4 bar (mavi daire). Hata çubukları standart sapmayı ifade etmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,

Ultrafiltrasyon membranları 30 kDa'lık Şekil 4. Kirlenme ( kırmızı kare) ve çapraz akış koşulları altında 50 kDa (mavi elmas). i) basınç ayarlandı. ii) BSA (0.08 g / L), 2 ml / dakika. Hata çubukları standart sapmayı ifade etmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu protokol, nanofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranları test edilmesi için bir üç boyutlu baskılı mikroakışkan çapraz akışlı cihazın tasarımını tarif eder. Son zamanlarda, nanofiltrasyon membran klima ile bu protokolün bir varyasyon başarısını göstermiştir ve sonraki bakteri kültürü enjeksiyonu ile glikosfingolipidlerin ve lipopolisakkaridinin ve membran performans farklılıkları ile kirlenme var. Bu tekniği kullanan 5 Gelecekteki uygulamalar farklı foulantlar ile membran performansı değişiklikleri değerlendirmek için kullanılan olabilir . Daha büyük akış hücreleri ile karşılaştırıldığında bu mikroakışkan cihaz çok daha az test çözümü gerektirir ve önemli ölçüde foulantlar ve bileşiklerin, sınırlı miktarda sadece kullanılabilir olduğunu özellikle maliyetlerini azaltabilir. küçük formatlı ayrıca laboratuar ölçekli test için uygun hale getirir ve yüksek verimli testleri için uygun olabilir.

mikroakışkan çapraz akım cihazı tasarımı thr elde edildiÜç boyutlu baskı önemli bir avantajdır ough yinelemeli prototip. Genel cihaz tasarım özellikleri nanofiltrasyon membran uygulamaları için kullanılan bir önce yayınlanmış mikroakışkan çapraz akışlı cihazda esas alınmıştır. 9,10 en önemli tasarım farkları yem ve kanalları nüfuz mahsup olmadığını ama doğrudan birbirinin ve kalınlığı parça ve su sızdırmazlık yöntemi. su kaçaklarının önlenmesi çok malzeme fotopolimer 3-D yazıcı ile yazdırma aygıtı yoluyla tasarım sürecinde üstesinden büyük bir sorun oldu. Bu ince, yumuşak polimer zar ile temas halinde olan cihazın yüzeyleri üzerinde izin. cihazda membran ve eşit 6 fındık (M6) ile sıkma yerleştirilmesinden sonra, su kaçakları önlenmiştir. Su kaçaklarının için diğer potansiyel alanlar yem giriş ve tutulan çıkış boru bağlantı noktalarıdır ve tesisatçı bandı kullanılarak önlenebilir vedikkatli olmak üzerine parçacığı zarar verecek boru, bağlantı sıkmamaya. Cihaz kaçaklarının olmadan 5 bar basınç kadar test edilmiştir.

Ultra saf su, tüm çözeltilerin hazırlanması için kullanılan önemlidir. diğer kaynaklardan alınan su membran performansında azalmaya neden olur bilinmiyor kirlenme maddeler içerebilir. Ayrıca, bir filtre (0.45 mm) sistemde tanecikli maddenin olmadığını sağlamak için besleme boru bağlanmıştır. Bir geçici akış ölçer daha doğru bir nanofiltrasyon membranı kullanılarak Örnek deneyde düşük akış değerleri ölçmek için kullanılmıştır. 4 bar sabit bir basınç. Bir önceki glikosfingolipidler çalışmaya dayanarak seçildi farklı membran kuponları kullanarak 5 tekrarlayın ölçümleri ortalaması alınmıştır. ultrafiltrasyon membranları kullanılarak Örnek bir deneyde, zar ilk olarak saf su akışı 0.4 bar bir basınç kullanılarak ölçülmüştür. membran ila Süzüntü akısımembran büyük ölçüde bu nedenle her zarının akı akı farklılıklar ±% 20 daha büyük olmayan olmasını sağlamak için kontrol edildi değişebilir. İstenilen başlangıç ​​akı değerleri dışında kalan membranlar yeni membran kuponları ile değiştirilmiştir. Farklı başlangıç ​​flux test zarlar farklı oranlarda kirlenebilir çünkü kirlenme çalışmalarda sabit bir akış sabit bir basınç tercih edilebilir. Basınç daha sonra 200 LMH istenen ortalama başlangıç ​​süzüntü akı için ayarlanmıştır Bununla birlikte, bu ilk başlangıç ​​koşulları gereken deney koşullarına göre seçilebilir, ±% 10. Sonradan besleme çözüm kompozisyonundaki değişikliklerin ve akı değişiklikleri izleme zarın performans özellikleri değerli bilgiler verecektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Yazarlar cihazın üç boyutlu baskı için Stratasys (Rehovot, İsrail) teşekkür ederim. Biz membran örnekleri için Microdyne-Nadir (Almanya) minnettarız. Bu araştırma CJA İsrail Bilim Vakfı (Hibe 1474-1413) tarafından desteklenmiştir

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