En forskargrupp ledd av prof. Wan Yinhua från Institute of Process Engineering (IPE) vid den kinesiska vetenskapsakademin har utvecklat en koralltentakel-inspirerad antifouling-membrandistans genom sekventiell tillväxt av funktionella polymerborstar på distansytan. Studien publicerades i AIChE Journal .
Nedsmutsning av membrandistanser leder till ökat tryckfall och minskad livslängd för membranmoduler. Rengöring av dessa nedsmutsade distanser är utmanande på grund av starka växelverkan mellan smuts och membran.
Att införliva läkemedel i antifouling-beläggningar möjliggör effektiv inaktivering av bakterier via läkemedelsfrisättning. Antimikrobiella ytor är dock olämpliga för produktionsprocesser som biofermentation-membranseparation. Dessutom har de potential att främja tillväxten av läkemedelsresistenta bakterier på grund av förlängda inaktiveringstider.
Under den naturliga evolutionens gång har koraller fått distinkta egenskaper som kännetecknas av låg ytenergi och kontrollerbar morfologi, vilket ger dem antifouling och självrengörande egenskaper. "Med inspiration från koralltentakler använde vi atomöverföringsradikalpolymerisationsreaktioner (ATRP) för att skapa ett morfologikontrollerbart lager med låg ytfri energi (LSFE) på spacerns yta, vilket effektivt förbättrade spacerns antifouling och självrengörande egenskaper", säger prof. . Wan.
I en tvåstegs ATRP-reaktion immobiliserades temperaturkänsliga polymerborstar, specifikt poly-N-isopropylakrylamid (PNIPAM), och antifouling-borstar av fluorerade polymerer, kända som poly-2-perfluoroktyl)etylmetakrylat (PFOEMA), i följd på distansen yta. Den modifierade distansen hade lägre ytenergi, vilket minskade adsorptionen av föroreningar.
Dessutom gav PNIPAM betydande temperaturkänslighet till antifouling-skiktet, vilket möjliggör kontroll över gränsytans grovhet och förbättrad hydratiseringskapacitet. Den modifierade distansen reducerade tryckfallsökningen och nedsmutsningsadsorptionen med 61,7 % respektive 89,3 %, jämfört med en kommersiellt tillgänglig polypropylendistans.
"Detta innovativa tillvägagångssätt löser kompromissen mellan anti-adsorption på fluorerade ytor och hydrofobicitet, vilket ger värdefulla insikter om kontroll av massöverföring i mikroskala", säger professor Luo Jianquan, motsvarande författare till studien. "Vi tror att detta tillvägagångssätt har potential att ge vägledning inom olika områden, inklusive förberedelse av antifouling-membranmodul, biosensor och immunanalyser."
Mer information: Jiachen Huang et al, Coral-tentakel-inspirerad antifouling membran spacer:En naturlig lösning för förebyggande av biofouling, AIChE Journal (2024). DOI:10.1002/aic.18391
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
