Forskere udvikler koral-tentakel-inspireret antifouling membran spacer

En forskergruppe ledet af prof. Wan Yinhua fra Institute of Process Engineering (IPE) ved det kinesiske videnskabsakademi har udviklet en koral-tentakel-inspireret antifouling-membran-spacer gennem den sekventielle vækst af funktionelle polymerbørster på spacer-overfladen. Undersøgelsen blev offentliggjort i AIChE Journal .

Tilsmudsning af membranafstandsstykker fører til et øget trykfald og reduceret levetid for membranmoduler. Rengøring af disse tilsmudsede afstandsstykker er udfordrende på grund af stærke begroningsmiddel-membran-afstandsstykker.

Inkorporering af lægemidler i antifouling-belægninger muliggør effektiv inaktivering af bakterier via lægemiddelfrigivelse. Antimikrobielle overflader er dog uegnede til produktionsprocesser som biofermentering-membranseparation. Derudover har de potentialet til at fremme væksten af ​​lægemiddelresistente bakterier på grund af forlængede inaktiveringstider.

I løbet af den naturlige evolution har koraller fået særskilte egenskaber præget af lav overfladeenergi og kontrollerbar morfologi, hvilket giver dem antifouling og selvrensende egenskaber. "Idet vi hentede inspiration fra koral-tentakler, brugte vi atom transfer radikal polymerisation (ATRP) reaktioner til at skabe et morfologi-kontrollerbart lav overflade fri energi (LSFE) lag på spacer overfladen, hvilket effektivt forbedrer spacerens antifouling og selvrensende egenskaber," sagde prof. Wan.

I en to-trins ATRP-reaktion blev temperaturfølsomme polymerbørster, specifikt poly-N-isopropylacrylamid (PNIPAM) og antifouling fluorerede polymerbørster, kendt som poly-2-perfluoroctyl)ethylmethacrylat (PFOEMA), fortløbende immobiliseret på afstandsstykket overflade. Den modificerede spacer havde lavere overfladeenergi, hvilket reducerede adsorptionen af ​​foulants.

Derudover gav PNIPAM antifouling-laget en betydelig temperaturfølsomhed, hvilket muliggjorde kontrol over grænsefladeruheden og forbedrede hydreringskapaciteten. Den modificerede afstandsholder reducerede trykfaldstilvæksten og begroningsadsorption med henholdsvis 61,7 % og 89,3 % sammenlignet med en kommercielt tilgængelig polypropylenafstandsholder.

"Denne innovative tilgang løser afvejningen mellem anti-adsorption på fluorerede overflader og hydrofobicitet, hvilket giver værdifuld indsigt i mikroskala masseoverførselskontrol," sagde professor Luo Jianquan, tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Vi mener, at denne tilgang har potentialet til at give vejledning på forskellige områder, herunder forberedelse af antifouling-membranmodul, biosensor og immunoassays."

Flere oplysninger: Jiachen Huang et al., Coral-tentakel-inspireret antifouling membran spacer:En naturlig løsning til forebyggelse af biofouling, AIChE Journal (2024). DOI:10.1002/aic.18391

Leveret af Chinese Academy of Sciences