Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном
PVDF membranes are extensively applied in ultrafiltration processes of aqueous solutions of different chemical substances owing to its outstanding properties, such as high mechanical strength, thermal stability, and chemical resistance. However, hydrophobicity of this polymer largely limits the prac...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/614 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543934950408192 |
|---|---|
| author | Bubela, H. S. Konovalova, V. V. Kolesnyk, I. S. Burban, A. F. |
| author_facet | Bubela, H. S. Konovalova, V. V. Kolesnyk, I. S. Burban, A. F. |
| author_sort | Bubela, H. S. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T08:47:30Z |
| description | PVDF membranes are extensively applied in ultrafiltration processes of aqueous solutions of different chemical substances owing to its outstanding properties, such as high mechanical strength, thermal stability, and chemical resistance. However, hydrophobicity of this polymer largely limits the practical application of PVDF. Therefore, it is very important to develop methods of modifying the surface of PVDF membranes with the aim to improve their properties. Polyethyleneimine, as a modifying agent, has already been investigated for hydrophilization of the surface. However, the modification process leads to reduction of the volumetric flow and changes of the membrane selectivity because polymer is grafted not only to the surface, but also into the pores of the membranes, reducing their effective radius. Taking everything into account, this investigation is devoted to the development of a technique for surface modification of PVDF membranes with PEI (with pre-filling of pores) to improve their transport properties, at the same time preserving the morphology of the membrane and its characteristics. Nonionic surfactant Tetronic® 701 is used as a pore-filling agent. Commercial ultrafiltration PVDF membranes (with cut-off of 150 kDa) were firstly activated with a carbonate buffer, then the pores were filled with Tetronic® 701, further surface modification of membranes with PEI was performed. The modification process was confirmed by IR spectroscopy. The surface properties of the membranes were studied by scanning electron microscopy. The changes in the hydrophilicity of the modified membranes were studied by measuring the wetting angles of the membrane surface with water, glycerol, and diiodomethane. The transport properties of the membrane were experimentally studied in the process of ultrafiltration of aqueous protein solution (in particular, lysozyme, lipase, BSA); water permeability coefficients and protein rejection coefficients were determined. It was found that the usage of Tetronic® 701 during the membrane modification process allowed improving the water permeability coefficient compared to the membrane modified without pre-filling the pores; hydrophilization of the surface reduced the effect of concentration polarization. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:33Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-614 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:23Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6142022-06-29T08:47:30Z Modification of the surface of polyvinylidene fluoride membranes with polyethyleneimine Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном Bubela, H. S. Konovalova, V. V. Kolesnyk, I. S. Burban, A. F. polyvinylidene fluoride membrane polyethyleneimine ultrafiltrationl water permeability coefficient concentration polarization полівініліденфлуоридна мембрана поліетиленімін ультрафільтрація коефіцієнт водопроникності концентраційна поляризація PVDF membranes are extensively applied in ultrafiltration processes of aqueous solutions of different chemical substances owing to its outstanding properties, such as high mechanical strength, thermal stability, and chemical resistance. However, hydrophobicity of this polymer largely limits the practical application of PVDF. Therefore, it is very important to develop methods of modifying the surface of PVDF membranes with the aim to improve their properties. Polyethyleneimine, as a modifying agent, has already been investigated for hydrophilization of the surface. However, the modification process leads to reduction of the volumetric flow and changes of the membrane selectivity because polymer is grafted not only to the surface, but also into the pores of the membranes, reducing their effective radius. Taking everything into account, this investigation is devoted to the development of a technique for surface modification of PVDF membranes with PEI (with pre-filling of pores) to improve their transport properties, at the same time preserving the morphology of the membrane and its characteristics. Nonionic surfactant Tetronic® 701 is used as a pore-filling agent. Commercial ultrafiltration PVDF membranes (with cut-off of 150 kDa) were firstly activated with a carbonate buffer, then the pores were filled with Tetronic® 701, further surface modification of membranes with PEI was performed. The modification process was confirmed by IR spectroscopy. The surface properties of the membranes were studied by scanning electron microscopy. The changes in the hydrophilicity of the modified membranes were studied by measuring the wetting angles of the membrane surface with water, glycerol, and diiodomethane. The transport properties of the membrane were experimentally studied in the process of ultrafiltration of aqueous protein solution (in particular, lysozyme, lipase, BSA); water permeability coefficients and protein rejection coefficients were determined. It was found that the usage of Tetronic® 701 during the membrane modification process allowed improving the water permeability coefficient compared to the membrane modified without pre-filling the pores; hydrophilization of the surface reduced the effect of concentration polarization. Завдяки своїй високій механічній міцності, хімічній стійкості та інертності полівініліденфлуоридні мембрани широко використовуються у процесах ультрафільтрації водних розчинів речовин різної хімічної природи. Однак висока гідрофобність полімера створює значні обмеження для практичного застосування таких мембран, тому актуальною є розробка методів модифікування поверхні ПВДФ мембран для покращення їхніх властивостей. Поліетиленімін (ПЕІ), як модифікувальна речовина, вже широко досліджений з метою гідрофілізації поверхні цілою низкою гідрофобних полімерів, проте процес модифікування призводить як до спадання об’ємного потоку, так і до зміни селективності мембран. Це пов’язано із тим, що у процесі модифікування широкопористих мембран ПЕІ прищеплюється не тільки до їхньої робочої поверхні, але також і до поверхні пор мембрани, зменшуючи їхній ефективний радіус. Зважаючи на це, дослідження присвячено розробленню методики модифікування поверхні ПВДФ мембран ПЕІ із попереднім заповненням їхніх пор для максимального збереження морфології початкових мембран та їхніх характеристик. Як заповнювач пор використовували нейоногенну поверхнево-активну речовину Тетронік® 701. Комерційні ультрафільтраційні ПВДФ мембрани (із відсікальною здатністю 150 кДа) спочатку активували карбонатним буфером, далі заповнювали пори Тетронік® 701, після чого здійснювали модифікування поверхні ПВДФ мембрани з використанням ПЕІ. Підтвердження процесу модифікування здійснювали методом ІЧ спектроскопії. Властивості поверхні мембрани досліджено методом сканувальної електронної мікроскопії. Зміну гідрофільності модифікованих мембран досліджували методом вимірювання кутів змочування поверхні мембран водою, гліцерином і дийодометаном. Транспортні властивості мембрани було експериментально вивчено у процесі ультрафільтрації водних розчинів білків (зокрема, лізоциму, ліпази, БСА), визначено коефіцієнти їхнього затримання та коефіцієнти водопроникності мембран. Встановлено, що використання Тетронік® 701 під час процесу модифікування мембрани дозволяє отримати мембрани з вищим коефіцієнтом водопроникності, порівняно із мембраною, модифікованою без попереднього заповнення пор, а гідрофілізація поверхні сприяє зменшенню ефекту концентраційної поляризації. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-03-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/614 10.15407/hftp13.01.094 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 13 No. 1 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 94-104 Химия, физика и технология поверхности; Том 13 № 1 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 94-104 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 13 № 1 (2022): Хімія, фізика та технологія поверхні; 94-104 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp13.01 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/614/623 Copyright (c) 2022 H. S. Bubela, V. V. Konovalova, I. S. Kolesnyk, A. F. Burban |
| spellingShingle | полівініліденфлуоридна мембрана поліетиленімін ультрафільтрація коефіцієнт водопроникності концентраційна поляризація Bubela, H. S. Konovalova, V. V. Kolesnyk, I. S. Burban, A. F. Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном |
| title | Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном |
| title_alt | Modification of the surface of polyvinylidene fluoride membranes with polyethyleneimine |
| title_full | Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном |
| title_fullStr | Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном |
| title_full_unstemmed | Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном |
| title_short | Модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном |
| title_sort | модифікування поверхні полівініліденфлуоридних мембран поліетиленіміном |
| topic | полівініліденфлуоридна мембрана поліетиленімін ультрафільтрація коефіцієнт водопроникності концентраційна поляризація |
| topic_facet | polyvinylidene fluoride membrane polyethyleneimine ultrafiltrationl water permeability coefficient concentration polarization полівініліденфлуоридна мембрана поліетиленімін ультрафільтрація коефіцієнт водопроникності концентраційна поляризація |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/614 |
| work_keys_str_mv | AT bubelahs modificationofthesurfaceofpolyvinylidenefluoridemembraneswithpolyethyleneimine AT konovalovavv modificationofthesurfaceofpolyvinylidenefluoridemembraneswithpolyethyleneimine AT kolesnykis modificationofthesurfaceofpolyvinylidenefluoridemembraneswithpolyethyleneimine AT burbanaf modificationofthesurfaceofpolyvinylidenefluoridemembraneswithpolyethyleneimine AT bubelahs modifíkuvannâpoverhnípolívínílídenfluoridnihmembranpolíetilenímínom AT konovalovavv modifíkuvannâpoverhnípolívínílídenfluoridnihmembranpolíetilenímínom AT kolesnykis modifíkuvannâpoverhnípolívínílídenfluoridnihmembranpolíetilenímínom AT burbanaf modifíkuvannâpoverhnípolívínílídenfluoridnihmembranpolíetilenímínom |