소식

May 26, 2023

PTFE 중공의 고급 (생)오염 방지 표면 개질

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11871(2023) 이 기사 인용 229 액세스 측정 항목 세부 정보 항(생)오염 저항성을 수정하기 위한 멤브레인 표면 처리는 다음에서 중요한 역할을 합니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11871(2023) 이 기사 인용

229 액세스

측정항목 세부정보

(생)오염 방지 저항성을 수정하기 위한 멤브레인 표면 처리는 멤브레인 기술에서 핵심적인 역할을 합니다. 이 논문은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 중공사막(HFM)의 고유 소수성과 낮은 내(생)오염 저항성을 방해하기 위해 염산 도파민이 포함된 ZnO 나노입자(ZnO NP)의 공기 자극 표면 중합의 성공적인 사용에 대해 보고합니다. 이 연구에는 공기 공급 유무와 ZnO NP 추가 여부에 관계없이 순수 및 폴리도파민(Pdopa) 코팅 PTFE HFM을 사용하는 것이 포함되었습니다. 고정화 전 ZnO NP의 분산 안정성을 평가하기 위해 제타 전위 측정을 수행했으며, Pdopa 성장층의 형태학적 특성 및 시간 의존성을 주사 전자 현미경을 통해 설명했습니다. Pdopa 표면 중합과 ZnO NPs 고정화는 FT-IR 및 EDX 분광학을 사용하여 확인되었습니다. PTFE HFM 표면 특징의 초친수성으로의 변환은 물 접촉각 분석과 ICP 분석으로 평가된 고정된 ZnO NP의 안정성을 통해 입증되었습니다. 막다른 여과에서 소 혈청 알부민의 유속 회복 측정과 Staphylococcus spp.에 대한 동적 접촉 조건 미생물 평가를 통해 표면 개질된 막의 오염 방지 기준 및 (생)오염 저항 성능을 평가했습니다. 그리고 각각 대장균. 여과 회수율과 항균 결과는 PTFE HFM의 오염 방지 특성에 대한 유망한 표면 개질 영향을 시사했습니다. 따라서 이 방법은 초친수성 PTFE HFM 표면 변형을 유도하기 위해 ZnO NP를 통합한 공기 자극 Pdopa 코팅의 첫 번째 성공적인 사용을 나타냅니다. 이러한 방법은 수처리 공정과 관련된 다른 막으로 확장될 수 있습니다.

멤브레인은 작은 설치 공간, 합리적인 운영 비용, 높은 선택적 분리 효율성 및 높은 최종 투과 품질로 인해 수처리 시스템에 일반적으로 사용됩니다1,2,3. 막 여과는 생물반응기의 미세여과 및 한외여과를 포함하여 다른 물 분리 시스템과 결합할 수 있는 다용도 기술로, 식수 처리 시 2차 정화기와 나노여과를 자율적으로 대체할 수 있습니다4,5. 그러나 수처리 시스템의 주요 옵션인 멤브레인 개발을 방해하는 중요한 장애물은 (생)파울링입니다4,6.

막 오염은 여과 중 막 생산성을 감소시키는 가장 일반적인 문제입니다7. 무기물의 부착, 유기 잔류물의 침착, 미립자 기질의 포획 및 미생물의 축적은 모두 막 표면에 케이크 층을 생성하여 기공 막힘, 막횡단 압력 증가, 에너지 소비 증가, 투과 흐름 감소 및 비효율적인 멤브레인 기능4,7. 케이크 층 막힘의 이론적 모델과 생물반응기 시스템의 막 한외여과의 실제 결과를 통합함으로써 Yang 등은 이러한 케이크 층이 막의 주요 오염물질이라고 결론을 내렸습니다. Wardani 등은 실제 오염 속도가 다음과 같다고 지적했습니다. 이는 막의 고유 특성과 오염물질 구성 사이의 상관관계의 결과입니다.

충분한 물리적, 화학적 안정성으로 인해 합성 유기 고분자는 한외여과 중공사막(HFM)9,10 생산을 위한 원료로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 수처리에 적용되는 기존의 다른 HFM보다 상대적으로 높은 고유 물리화학적 특성으로 인해 자주 사용됩니다. PTFE는 화학적 저항성이 높아 공격적이거나 부식성 물질에 노출되는 경우에도 다양한 수처리 공정에 사용할 수 있습니다. PTFE는 또한 높은 온도 내성을 나타내어 물리적 무결성을 손상시키지 않으면서 높은 온도를 견딜 수 있도록 도와줍니다. 그리고 물에 잠긴 멤브레인이 찢어질 염려 없이 생물반응기 시스템 내에서 쉽게 흔들리고 이동할 수 있도록 하는 유연성을 갖추고 있습니다11. 이러한 이유로 본 연구에서는 PTFE를 선택했습니다. 그럼에도 불구하고, PTFE HFM은 멤브레인 오염에 기여하는 공정에서 단백질, 지방산 및 대부분의 사상 미생물(MO)의 흡착을 촉진하는 소수성 특성을 가지고 있습니다11,12. 이러한 오염물질 그룹의 우세한 상은 소수성입니다. 즉, 유기막의 소수성 표면에 끌리게 되어 막 표면에 부착되거나 막 기공 내부에 갇히게 되어 오염 속도가 증가합니다.