Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Wan Yinhua van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een op koraaltentakel geïnspireerde aangroeiwerende membraanafstandhouder ontwikkeld door de opeenvolgende groei van functionele polymeerborstels op het afstandhouderoppervlak. Het onderzoek werd gepubliceerd in AIChE Journal .

Vervuiling van membraanafstandhouders leidt tot een verhoogde drukval en een kortere levensduur van membraanmodules. Het reinigen van deze vervuilde afstandhouders is een uitdaging vanwege de sterke interacties tussen vuil en membraanafstandhouders.

Het opnemen van medicijnen in aangroeiwerende coatings maakt de efficiënte inactivatie van bacteriën mogelijk via de afgifte van medicijnen. Antimicrobiële oppervlakken zijn echter niet geschikt voor productieprocessen zoals biofermentatie-membraanscheiding. Bovendien hebben ze het potentieel om de groei van geneesmiddelresistente bacteriën te bevorderen vanwege de langere inactivatietijden.

In de loop van de natuurlijke evolutie hebben koralen verschillende kenmerken verworven die worden gekenmerkt door een lage oppervlakte-energie en een controleerbare morfologie, waardoor ze aangroeiwerende en zelfreinigende eigenschappen hebben. "Geïnspireerd door koraaltentakels hebben we atom transfer radical polymerization (ATRP) reacties gebruikt om een ​​morfologie-controleerbare laag met lage oppervlakte vrije energie (LSFE) op het oppervlak van de spacer te creëren, waardoor de aangroeiwerende en zelfreinigende eigenschappen van de spacer effectief worden verbeterd", aldus prof. .Wan.

In een tweestaps ATRP-reactie werden temperatuurgevoelige polymeerborstels, met name poly-N-isopropylacrylamide (PNIPAM), en aangroeiwerende gefluoreerde polymeerborstels, bekend als poly-2-perfluoroctyl)ethylmethacrylaat (PFOEMA), achtereenvolgens op de afstandhouder geïmmobiliseerd. oppervlak. De gemodificeerde afstandhouder had een lagere oppervlakte-energie, waardoor de adsorptie van vuildeeltjes werd verminderd.

Bovendien zorgde PNIPAM voor een aanzienlijke temperatuurgevoeligheid van de aangroeiwerende laag, waardoor controle over de ruwheid van het grensvlak mogelijk werd en de hydratatiecapaciteit werd verbeterd. De gemodificeerde spacer verminderde de toename van de drukval en de adsorptie van vuil met respectievelijk 61,7% en 89,3% in vergelijking met een in de handel verkrijgbare polypropyleen spacer.

"Deze innovatieve aanpak lost de wisselwerking op tussen anti-adsorptie op gefluoreerde oppervlakken en hydrofobiciteit, waardoor waardevolle inzichten worden verkregen in de controle van massaoverdracht op microschaal", zegt prof. Luo Jianquan, corresponderende auteur van de studie. "Wij geloven dat deze aanpak het potentieel heeft om begeleiding te bieden op verschillende gebieden, waaronder de voorbereiding van aangroeiwerende membraanmodules, biosensoren en immunoassays."

Meer informatie: Jiachen Huang et al, Coral-tentakel-geïnspireerde aangroeiwerende membraanafstandhouder:een natuurlijke oplossing voor de preventie van biofouling, AIChE Journal (2024). DOI:10.1002/aic.18391

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen