Модифікування полівініліденфлуоридних мембран наночастинками магнетиту
Loading...
Date
2018
Authors
Коновалова, Вікторія
Колесник, Ірина
Царик, С.
Бурбан, Анатолій
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Зважаючи на хімічну стійкість та інертність полімера, полівініліденфлуоридні мембрани широко
використовуються у процесах концентрування, розділення та фракціонування речовин різної хімічної
природи. Через гідрофобність поверхні дані мембрани найбільш схильні до забруднення, що суттєво знижує
термін їхньої експлуатації. Дана робота присвячена розробці методики модифікування поверхні
полівініліденфлуоридних мембран водорозчинними полімерами, що містять аміногрупи: поліетиленіміном
(ПЕІ) розгалуженої структури та поліаліламінгідрохлоридом лінійної структури. Перевагою та новизною
даного методу є простота модифікації (в одну стадію) та використання дешевих і неагресивних реагентів.
Прищеплений до поверхні мембран полімер був використаний як спейсер для іммобілізації наночастинок
магнетиту. Магнітні наночастинки, закріплені на полімерному спейсері, при накладанні зовнішнього
магнітного поля створюють коливання в дифузійному примембранному шарі та викликають додаткову
турбулізацію. Модифікація мембран поліетиленіміном та поліаліламінгідрохлоридом підтверджена
методом ІЧ-спектроскопії. Іммобілізація наночастинок магнетиту на мембранах підтверджена методом
сканувальної електронної мікроскопії. Поверхневі властивості модифікованих мембран досліджені за
допомогою електрокінетичного аналізу. Показано, що прищеплення розгалуженого спейсера ПЕІ вдвічі
збільшує дзета-потенціал поверхні мембран у порівнянні з лінійним. Транспортні властивості
магнітоактивних мембран вивчені у процесі ультрафільтрації розчинів БСА. Досліджена залежність
об’ємного потоку через мембрани від прикладеного тиску при різних концентраціях білка. Показано, що
іммобілізація наночастинок магнетиту на мембрані та їхній рух у примембранному шарі під впливом
магнітного поля знижує ефект концентраційної поляризації.
In view of the chemical stability and inactivity of the polymer, polyvinylidene fluoride membranes are widely used in the processes of concentration, separation and fractionation of substances of different chemical nature. Because of the hydrophobic nature of the surface, these membranes are highly exposed to contamination, which significantly reduces their useful life. This paper is devoted to the development of a method of modifying the surface of polyvinylidene fluoride membranes with water-soluble polymers containing amino groups such as polyethyleneimine of branched structure and polyallylamine hydrochloride of linear one. The advantage and novelty of this method consist in the simplicity of modification (only one stage) and the usage of cheap non-aggressive reagents. Polymer grafted to the membrane surface was used as a linker for immobilization of magnetite nanoparticles. Magnetic nanoparticles fixed on polymeric linkers create oscillations in the boundary layer and cause additional turbulization when an external magnetic field is applied. Membranes modification with polyethyleneimine and polyallylamine hydrochloride is confirmed by IR spectroscopy. Immobilization of magnetite nanoparticles onto the membrane surface is confirmed by scanning electron microscopy. Surface properties of modified membranes are studied using electrokinetic analysis. It has been shown that grafting of the branched linker increases zeta potential of the membrane surface in two times comparing with the linear one. The transport properties of magnetically active membranes were studied in the process of ultrafiltration of BSA solutions. The dependence of the volume flux through the membranes on the applied pressure at various concentrations of protein has been studied. It is shown that immobilization of magnetite nanoparticles on the membrane and their movement in the boundary layer under the influence of a magnetic field reduces the effect of concentration polarization.
In view of the chemical stability and inactivity of the polymer, polyvinylidene fluoride membranes are widely used in the processes of concentration, separation and fractionation of substances of different chemical nature. Because of the hydrophobic nature of the surface, these membranes are highly exposed to contamination, which significantly reduces their useful life. This paper is devoted to the development of a method of modifying the surface of polyvinylidene fluoride membranes with water-soluble polymers containing amino groups such as polyethyleneimine of branched structure and polyallylamine hydrochloride of linear one. The advantage and novelty of this method consist in the simplicity of modification (only one stage) and the usage of cheap non-aggressive reagents. Polymer grafted to the membrane surface was used as a linker for immobilization of magnetite nanoparticles. Magnetic nanoparticles fixed on polymeric linkers create oscillations in the boundary layer and cause additional turbulization when an external magnetic field is applied. Membranes modification with polyethyleneimine and polyallylamine hydrochloride is confirmed by IR spectroscopy. Immobilization of magnetite nanoparticles onto the membrane surface is confirmed by scanning electron microscopy. Surface properties of modified membranes are studied using electrokinetic analysis. It has been shown that grafting of the branched linker increases zeta potential of the membrane surface in two times comparing with the linear one. The transport properties of magnetically active membranes were studied in the process of ultrafiltration of BSA solutions. The dependence of the volume flux through the membranes on the applied pressure at various concentrations of protein has been studied. It is shown that immobilization of magnetite nanoparticles on the membrane and their movement in the boundary layer under the influence of a magnetic field reduces the effect of concentration polarization.
Description
Keywords
полівініліденфлуоридна мембрана, наночастинки магнетиту, ультрафільтрація, концентраційна поляризація, стаття, polyvinylidene fluoride membrane, magnetite nanoparticles, ultrafiltration, concentration polarization
Citation
Модифікування полівініліденфлуоридних мембран наночастинками магнетиту / В. В. Коновалова, І. С. Колесник, С. М. Царик, А. Ф. Бурбан // Хімія, фізика та технологія поверхні. - 2018. - Т. 9, № 3. - С. 203-211.