Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв
The ultrafiltration polysulfone membranes with charged (positive and negative) surface are formed by the phase inversion method from polysulfone solutions containing ionogenic oligomeric surfactants (IOS). It is determined that the IOS content substantially affects the transport and selective charac...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/3555 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Заряджені полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, сформовані в присутності іоногенних поверхнево-активних олігомерів / В.З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, С.Д. Ісаєв, М.Я. Вортман, Н.С. Клименко, В.В. Шевченко // Доп. НАН України. — 2007. — № 11. — С. 130-134. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-3555 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-35552009-09-01T16:46:15Z Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Ісаєв, С.Д. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. Хімія The ultrafiltration polysulfone membranes with charged (positive and negative) surface are formed by the phase inversion method from polysulfone solutions containing ionogenic oligomeric surfactants (IOS). It is determined that the IOS content substantially affects the transport and selective characteristics of the formed membranes. 2007 Article Заряджені полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, сформовані в присутності іоногенних поверхнево-активних олігомерів / В.З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, С.Д. Ісаєв, М.Я. Вортман, Н.С. Клименко, В.В. Шевченко // Доп. НАН України. — 2007. — № 11. — С. 130-134. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/3555 678.664:66.081:542.81 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Ісаєв, С.Д. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв |
| description |
The ultrafiltration polysulfone membranes with charged (positive and negative) surface are formed by the phase inversion method from polysulfone solutions containing ionogenic oligomeric surfactants (IOS). It is determined that the IOS content substantially affects the transport and selective characteristics of the formed membranes. |
| format |
Article |
| author |
Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Ісаєв, С.Д. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. |
| author_facet |
Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Ісаєв, С.Д. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. |
| author_sort |
Босак, В.З. |
| title |
Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв |
| title_short |
Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв |
| title_full |
Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв |
| title_fullStr |
Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв |
| title_full_unstemmed |
Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв |
| title_sort |
зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мембрани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/3555 |
| citation_txt |
Заряджені полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, сформовані в присутності іоногенних поверхнево-активних олігомерів / В.З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, С.Д. Ісаєв, М.Я. Вортман, Н.С. Клименко, В.В. Шевченко // Доп. НАН України. — 2007. — № 11. — С. 130-134. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT bosakvz zarâdženipolisulʹfonoviulʹtrafilʹtracijnimembranisformovanivprisutnostiionogennihpoverhnevoaktivniholigomeriv AT vakulûkpv zarâdženipolisulʹfonoviulʹtrafilʹtracijnimembranisformovanivprisutnostiionogennihpoverhnevoaktivniholigomeriv AT burbanaf zarâdženipolisulʹfonoviulʹtrafilʹtracijnimembranisformovanivprisutnostiionogennihpoverhnevoaktivniholigomeriv AT ísaêvsd zarâdženipolisulʹfonoviulʹtrafilʹtracijnimembranisformovanivprisutnostiionogennihpoverhnevoaktivniholigomeriv AT vortmanmâ zarâdženipolisulʹfonoviulʹtrafilʹtracijnimembranisformovanivprisutnostiionogennihpoverhnevoaktivniholigomeriv AT klimenkons zarâdženipolisulʹfonoviulʹtrafilʹtracijnimembranisformovanivprisutnostiionogennihpoverhnevoaktivniholigomeriv AT ševčenkovv zarâdženipolisulʹfonoviulʹtrafilʹtracijnimembranisformovanivprisutnostiionogennihpoverhnevoaktivniholigomeriv |
| first_indexed |
2025-07-02T06:51:21Z |
| last_indexed |
2025-07-02T06:51:21Z |
| _version_ |
1836516991054118912 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
11 • 2007
ХIМIЯ
УДК 678.664:66.081:542.81
© 2007
В.З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, С. Д. Iсаєв,
М. Я. Вортман, Н.С. Клименко, член-кореспондент НАН України
В.В. Шевченко
Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi
мембрани, сформованi в присутностi iоногенних
поверхнево-активних олiгомерiв
The ultrafiltration polysulfone membranes with charged (positive and negative) surface are
formed by the phase inversion method from polysulfone solutions containing ionogenic oli-
gomeric surfactants (IOS). It is determined that the IOS content substantially affects the
transport and selective characteristics of the formed membranes.
Полiсульфони (ПС) широко застосовуються при формуваннi мiкро- та ультрафiльтрацiйних
мембран, що використовуються в процесах очищення води [1–3]. Данi полiмери характери-
зуються високими хiмiчною та термiчною стiйкостями, хорошими механiчними властиво-
стями тощо. Однак їхня гiдрофобнiсть значною мiрою обмежує можливостi застосування
в багатьох важливих i перспективних напрямах мембранної технологiї [2, 3]. Гiдрофiль-
нiсть, а також заряд поверхнi мембран важливi не тiльки з погляду механiзму знесолення
води, а й з метою запобiгання їх забрудненню гiдрофобними речовинами, природного та
синтетичного походження [4, 5]. Наявнiсть iоногенних груп у структурi мембран зумов-
лює також їх застосування як заряджених, селективних, iонообмiнних мембран та мембран
з додатковими функцiями.
Для пiдвищення гiдрофiльностi поверхнi полiмерних мембран та надання їм поверхне-
вого заряду застосовують рiзнi методи хiмiчного [1], фiзичного [6] i фiзико-хiмiчного [7]
модифiкування як мембраноутворюючих полiмерiв, так i сформованих мембран. Одним
з пiдходiв регулювання пористих характеристик мембран, їхньої молекулярної архiтекту-
ри [8], антибактерiальних [9] та бiосумiсних [10] властивостей є введення традицiйних iоно-
генних ПАР як компонентiв формувальних розчинiв полiмерiв [11]. Однак у цьому випадку
не вдається досягти необхiдного рiвня гiдрофiльностi та зарядженостi поверхнi мембран
у силу вимивання названих сполук як в процесi формування мембран, так i подальшої
їхньої експлуатацiї.
130 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №11
Виходячи з наведеного вище, вважається перспективним застосування в формувальних
розчинах ПС iоногенних амфiфiльних олiгомерних ПАР блочної будови, зокрема олiгомер-
них ПАР бiанкерного типу [12]. Здатнiсть таких сполук до iнтенсивної мiжмолекулярної
взаємодiї може сприяти їх закрiпленню в структурi полiмерної мембрани та, вiдповiдно,
наданню їй заряду i гiдрофiльних властивостей.
Матерiали та методи дослiджень. Для надання мембранам заряджених i гiдрофiль-
них властивостей, їх формували, використовуючи ПС марки UDEL-3500 (Solvay Advanced
Polymers, ММ — 3500) без додаткового очищення. Як пороутворювач використовували по-
лiетиленглiколь (ПЕГ) з молекулярною масою 400 (“LOBA FEINCHEMIE”, Австрiя), а як
розчинник — N,N-диметилацетамiд (ДМАА). Для модифiкацiї використовували олiгоме-
ри розгалуженої будови з молекулярною масою в межах 3000–4000 г/моль, що мiстять на
кiнцях ланцюга анiоноактивнi (А-ОПАР) або катiоноактивнi (К-ОПАР) групи.
Формування мембрани проводили у такiй послiдовностi: у ДМАА вводили необхiдну
кiлькiсть ПЕГ з подальшим розчиненням вiдповiдної кiлькостi полiсульфону i проводили
вакуумне фiльтрування отриманого розчину. Пiсля цього у полiмерний розчин вводили вiд-
повiдну кiлькiсть ОПАР та перемiшували до отримання гомогенної прозорої системи жовту-
ватого кольору без стороннiх домiшок та пухирцiв повiтря. Одержаний формувальний роз-
чин наносили на скло за допомогою поливального ножа (товщина шару (0,20±0,05) мм), ви-
тримували на повiтрi для часткового випаровування розчинника (t = (60±5) ◦C), занурюва-
ли скляну пластину iз нанесеною полiмерною плiвкою у коагуляцiйну ванну (t = (22±2) ◦С),
де нерозчинний у водi ПС осаджується з утворенням мембрани. Експериментально був пi-
дiбраний склад розчину для формування ПС мембран iз сумiшi ПС : ПЕГ : (ДМАА-Х) : X,
де X — концентрацiя ОПАР у дiапазонi вiд 0,1 до 3% за масою.
Для вивчення транспортних (продуктивнiсть) та селективних (коефiцiєнт затримки та
величина Cut-off — властивiсть ультрафiльтрацiйних мембран, яка вказує, що 90% високо-
диспергованої або розчиненої з певною молекулярною масою речовини мембраною не пропу-
скається [3]) характеристик сформованих мембран використовували стандартну цилiндри-
чну комiрку непроточного типу Amicon 8200 (Millipore Corporation, USA) та модельнi воднi
розчини (0,25%) ПЕГ з молекулярними масами в дiапазонi вiд 1500 до 100000 г/моль (Fluka).
Концентрацiю ПЕГ у початковому розчинi i фiльтратi визначали з допомогою iнтер-
ферометра ЛИР–2-УХЛ4.2. Оцiнку гiдрофiльностi поверхнi мембран проводили шляхом
вимiрювання крайових кутiв змочування поверхнi мембрани бiдистильованою водою мето-
дом сидячої краплi. Значення контактних кутiв усереднювались вибiркою з 10 вимiрювань;
похибка вимiрювання ±3o. Вимiрювання поверхневого заряду мембран проводили на елект-
рокiнетичному аналiзаторi (EKA, Anton Paar GmbH). Вимiрювання ξ потенцiалу проводили
вiдносно розчину KCl концентрацiєю 1 · 10−3 M.
Результати та їх обговорення. Як вiдомо, будь-яка змiна складу формувального роз-
чину приводить до змiни ефективного радiуса пор мембрани та, вiдповiдно, водопроникностi
мембрани i характеристик молекулярно-масового вiдсiкання (Cut-off). Таким чином, вве-
дення олiгомеру у формувальний розчин викликатиме змiну її транспортних властивостей
в порiвняннi iз мембраною без ОПАР. Результати дослiджень залежностi продуктивностi
мембран i коефiцiєнта затримки R, що проводились при використаннi ПЕГ з молекуляр-
ною масою 60000 г/моль вiд природи ОПАР та їх концентрацiї у формувальному розчинi,
наведенi в табл. 1.
Як свiдчать данi табл. 1, оптимальним, щодо отримання ультрафiльтрацiйних мем-
бран, є вмiст 1% за масою ОПАР. Бiльш високi концентрацiї ОПАР у формувальнiй су-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №11 131
Рис. 1. Результати вимiрювання крайових кутiв змочування поверхнi отриманих мембран водою
мiшi спричиняють утворення мiкрофiльтрацiйних мембран (низька затримувальна здат-
нiсть, висока водопроникнiсть), а масовi концентрацiї понад 2,5% зумовлюють утворення
дефектних мембран. Тому подальшi нашi дослiдження проводилися саме при цiй концент-
рацiї олiгомеру.
Введення ОПАР у структуру отриманих ПС мембран приводить до iстотної гiдрофiлi-
зацiї їх поверхнi в порiвняннi з мембраною без ОПАР, про що свiдчить значне зменшення
крайових кутiв змочування поверхнi отриманих мембран водою (рис. 1).
Формування мембран iз введеним олiгомером у розчин ПС приводить до змiни їх по-
верхневого заряду та водопроникностi, що пiдтверджує значний вплив ОПАР на характе-
ристики мембран. Результати вимiрювань ξ-потенцiалу поверхнi отриманих мембран та їх
водопроникнiсть представленi на рис. 2. Як видно з рис. 2, а, для отриманих мембран iз
катiоноактивною та анiоноактивною ОПАР характернi iстотнi вiдмiнностi ξ-потенцiалу по-
верхнi порiвняно до мембран, сформованих без ОПАР ((−18,3 ± 0,2) мВ).
Наявнiсть анiоноактивної ОПАР у структурi мембрани приводить до зростання нега-
тивного значення ξ-потенцiалу ((−32,1 ± 0,08) мВ), а у випадку iз катiоноактивною ОПАР
вiдбувається перезарядка поверхнi мембрани ((+14,7 ± 0,14) мВ).
Пiсля 6 год пропускання деiонiзованої води крiзь мембрани спостерiгається певна змi-
на величини заряду їх поверхнi, а саме: зменшення негативного заряду поверхнi мембран
з −32,1 до (−29,6 ± 0,08) мВ у випадку 1 та з +14,7 до (+12,4 ± 0,14) мВ у випадку 2
(див. рис. 2, а) та водопроникностi мембрани: зростання з 405,5 до 436,3 л/(м2
· год) у ви-
Таблиця 1. Залежнiсть водопроникностi (Jv) та коефiцiєнта затримки (R) мембран вiд вмiсту ОПАР (C)
у формувальному розчинi
C, % (мас.)
Jv ,
л
м2
· год
R, %
Мембрана
А-ОПАР К-ОПАР А-ОПАР К-ОПАР
0 262,9 99
0,1 276,2 269,8 99 99
0,5 357,5 295,8 99 99
1 405,5 330,7 96 96
2 991,1 1090 38 45
2,5 1820 1867 8 15
132 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №11
Рис. 2. Залежнiсть величини ξ-потенцiалу (ξ) поверхнi мембран (а) та їх водопроникностi (Jv) (б ) вiд
тривалостi експлуатацiї
Рис. 3. Кривi молекулярно-масового вiдсiкання ПЕГ мембранами
падку — А-ОПАР та з 330,7 до 401,5 л/(м2
· год) у випадку — К-ОПАР (див. рис. 2, б ), що
можна пояснити частковим вимиванням ОПАР iз тiла мембрани.
Про розмiр пор ультрафiльтрацiйної мембрани можна судити з результатiв вимiрювань
коефiцiєнта затримки стандартних речовин-калiбрантiв [3], зокрема ПЕГ рiзних молекуляр-
них мас. ПЕГ — це водорозчиннi неiоногеннi речовини, якi слабо адсорбуються на мембра-
нах; при їх фiльтрацiї вiдсутнi електрохiмiчнi взаємодiї, а також, при малих концентрацiях
i робочих тисках практично не проявляються ефекти гелеутворення, деформацiї i орiєн-
тацiї макромолекулярних клубкiв [3]. На основi дослiджень коефiцiєнтiв затримки рiзних
фракцiй ПЕГ iз їх водних розчинiв отриманими мембранами були побудованi кривi моле-
кулярно-масового затримання, якi дозволили визначити значення Сut-off (рис. 3), а також
оцiнити їх розподiл пор за розмiром.
Було виявлено (див. рис. 3), що отриманi модифiкованi мембрани характеризуються
бiльш вузьким розподiлом пор за розмiром у порiвняннi з не модифiкованою мембраною,
про що свiдчить дiапазон молекулярно-масового вiдсiкання мiж мiнiмальною ММ калiбран-
та до ММ Cut-off мембран. При цьому Cut-off отриманих мембран несуттєво змiнився (Cut-
off (0) — 55 кДa, (1) — 60 кДa i (2) — 50 кДa).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №11 133
Таким чином, встановлено, що застосування олiгомерних ПАР як анiоно-, так i катiоно-
активного типу в процесi формування ПС мембран дозволяє отримати ультрафiльтрацiйнi
мембрани з гiдрофiлiзованою i зарядженою як позитивно, так i негативно поверхнею, якi
забезпечують пiдвищення продуктивностi та вузький дiапазон розподiлу пор за розмiром
порiвняно до мембран без ОПАР. Даний метод формування гiдрофiльних заряджених мемб-
ран може бути використаний для запобiгання їх забрудненню гiдрофобними речовинами,
природного та синтетичного походження у процесах водоочищення та фракцiонування.
1. Касперчик В.П., Яскевич А.Л., Бильдюкевич А.В. Модификация ультрафильтрационных мембран
из полиакрилонитрила и полисульфона // Критические технологии // Мембраны. – 2005. – 28, № 28. –
С. 35–40.
2. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. – Москва: Мир, 1999. – 513 с.
3. Брик М.Т. Енциклопедiя мембран. У 2-х т. – Київ: ВД “Києво-Могилянська академiя”, 2005. – 1. –
535 с.
4. Ramamoorthy M., Ulbricht M. Molecular imprinting of cellulose acetate-sulfonated polysulfone blend mem-
branes for Rhodamine B by phase inversion technique // J. Membr. Sci. – 2003. – 217, No 1. – P. 207–214.
5. Rahimpour A., Madaeni S. S., Barzin J. Preparation of Polysulphone Ultrafiltration Membranes for Milk
Concentration: Effect of Additives on Morphology and Performance // Iranian Polym. J. – 2005. – 14,
No 5. – P. 421–428.
6. Даниленко Е. Е, Брык М.Т., Бурбан А.Ф. и др. Разделительные свойства ультрафильтрационных
полисульфоновых мембран, модифицированных олигомерными банкерными ПАВ // Химия и техно-
логия воды. – 1993. – 15, № 11./12. – С. 779–780.
7. Taniguchi M., Belfort G. Low protein fouling synthetic membranes by UV-assisted surface grafting modi-
fication: varying monomer type // J. Membr. Sci. – 2004. – 231, No 1–2. – P. 147–157.
8. Tsai H.A., Li L. D., Lee K.R. et al. Effect of surfactant addition on the morphology and pervaporation
performance of asymmetric polysulfone membranes // Ibid. – 2000. – 176, No 15. – P. 97–103.
9. Помогайло А.Д. Металлополимерные нанокомпозиты с контролируемой молекулярной архитекту-
рой // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева). – 2002. – 46, № 5. – С. 64–73.
10. Yoshida K., Tanagawa M., Matsumoto S. et al. Antibacterial activity of resin composites with silver-
containing materials // Eur. J. Oral. Sci. – 1999. – 107, No 4. – P. 290–296.
11. Hayama M., Ken-ichiro Yamamoto, Fukashi Kohori, Kiyotaka Sakai. How polysulfone dialysis membranes
containing polyvinylpyrrolidone achieve excellent biocompatibility // J. Membr. Sci. – 2004. – 234, No 1–
2. – P. 41–49.
12. Липатов Ю.С., Шевченко В.В., Шрубович В.А. и др. Бианкерные поверхностно-активные вещества
олигомерного типа // Докл. АН УССР. – 1989. – № 2. – С. 360–364.
Надiйшло до редакцiї 11.05.2007Нацiональний унiверситет
“Києво-Могилянська академiя”, Київ
Iнститут хiмiї високомолекулярних сполук
НАН України, Київ
134 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №11
|