Polymeerikalvojen suorituskyvyn parantaminen luonnon fenoliyhdisteillä : pinnoitusmenetelmät ja kestävyys

Abstract

Membraanit ovat yksi lupaavimmista teknologioista vedenpuhdistuksessa. Membraanien ongelmana on kuitenkin likaantuminen, joka heikentää kalvojen suorituskykyä ja lisää kustannuksia. Membraaniprosesseissa likaantumista aiheuttaa erityisesti biologisen aineksen kerääntyminen kalvon pinnalle. Membraanien pinnoittaminen antibakteerisilla fenolisilla yhdisteillä voisi olla ratkaisu tähän.

Tämän työn kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin menetelmiä kalvojen muokkaamiseksi fenoleilla. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin polyfenoli resveratrolin kiinnittämistä polymeeriseen PES-ultrasuodatuskalvoon käyttäen fysikaalista adsorptiota. Resveratrolin pysyvyyttä kalvolla tutkittiin huuhtelukokeiden avulla. Resveratrolin suhteellistä määrää membraanin pinnalla seurattiin Raman-spektroskopialla, jonka lisäksi pinnoitetuille kalvoille määritettiin vesivuot sekä kontaktikulmat.

Pinnoitus vahvistettiin onnistuneeksi Raman-spektroskopialla. Resveratroli näkyi kalvolla kolmen päivän paineettoman sekä paineellisen huuhtelun jälkeen. Pinnoituksen myötä membraanin kontaktikulma pieneni ja puhtaan veden vuo nousi jopa 53 %. Osassa kalvoista havaittiin pinnan sulamista ja kuoriutumista pinnoituksen myötä. Resveratrolin kestävyys vesihuuhtelussa oli lupaavaa, joka lisää sen potentiaalia lisäaineena biolikaantumisen ehkäisemiseksi membraaniprosesseissa.

Membranes are one of the most promising technologies in the field of water purification. Unfortunately, membranes suffer from fouling, which decreases performance and adds costs. A significant amount of fouling is caused by living organisms multiplying and accumulating on membrane surfaces. The solution to this kind of fouling could be coating membrane surfaces with antibacterial phenolic compounds.

The literature part of this work covers suitable methods for modifying membrane surfaces with phenols. In the experimental part, physical adsorption of polyphenol resveratrol onto a PES-ultrafiltration membrane was examined. The stability of resveratrol on the substrate was explored by water flushing. The changes in relative resveratrol content on the membrane surface were measured using Raman spectroscopy, in addition to which water permeability and contact angles were measured.

The coating was proven to be a success by Raman spectroscopy. Resveratrol was still present on the surface after 3 days of flushing, even under pressure. The coating caused the membrane contact angle to decrease and water permeability to increase at most by 53 %. Some of the membranes also underwent surface melting and peeling after coating. The stability of resveratrol was promising under flushing, increasing its potential application as an additive for biofouling prevention in membrane processes.