Preparation and Characterization of Antifouling Nanofiltration Membranes From a Responsive Pentablock Copolymer

Abstract

The most substantial factor restricting the extensive application of membrane processes is the fouling problem resulting from the deposition of solutes in water on the surface or within the pores of membranes. The frequently used chemical washing procedure to eliminate the fouling issue causes environmental pollution and shortens the membrane life. In order to overcome these disadvantages, the development of membranes possessing low fouling potential is needed. In recent years, the stimuliresponsive polymers have received attention for developing membranes possessing low fouling potential. The antifouling property of these membranes is controlled through the change in their conformation and hydrophilic/hydrophobic characteristics as a response to change in external stimuli such as pH, temperature and ionic strength. The aim of this study was to design antifouling nanofiltration membranes (NF) using a pentablock copolymer which consists of temperature responsive Pluronic F127 (PEO-b-PPO-b- PEO) in the middle block and pH responsive poly(N,N-(diethylamino)ethyl methacrylate) (PDEAEM) in the end blocks. Effects of pH and temperature responsiveness on the membrane fouling were investigated. Fouling tendencies of the membranes were evaluated by using Bovine Serum Albumin (BSA), Alginate (ALG) as organic foulant and Escherichia coli (E.coli) as biological foulant. NF membranes were characterized by scanning electron microscope (SEM), contact angle and zeta potential measurements. It was demonstrated that pentablock copolymer coated membranes displayed antifouling resistance by changing filtration pH and temperature.

Membran proseslerinin yaygın olarak kullanımını kısıtlayan en önemli faktör su içinde bulunan kolloidler, çözünmüş katı maddeler, organik maddeler, mikroorganizmalar gibi kirleticilerin membran yüzeyinde ya da membran gözenekleri arasında birikmesinden kaynaklanan kirlenme problemidir. Kirliliği gidermek için sık sık uygulanan kimyasallarla yıkama işlemi hem çevreye zarar vermekte, hem de membranın ömrünü kısaltmaktadır. Bu dezavantajların ortadan kaldırılabilmesi için kirlenme potansiyeli düşük membranların geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Son yıllarda, dış uyarıcılara tepki veren polimerler düşük kirlenme potansiyeline sahip membranlarının geliştirilmesinde önem kazanmıştır. Bu membranlarının kirlenmeme özelliği sıcaklık, pH ve iyonik güç gibi dış uyarıcılara cevap olarak konformasyonları ile hidrofilik/hidrofobik karakterlerindeki değişimden kaynaklanmaktadır. Bu çalışmanın amacı orta blok olarak sıcaklığa duyarlı Pluronic F127 (PEO-b-PPO-b-PEO) ve uç bloklar olarak pH'a cevap veren poli(N, N- (dietilamino) etil metakrilat) (PDEAEM) içeren bir pentablok kopolimerle kirlenmeyen nanofiltrasyon membranı geliştirmektir. pH ve sıcaklığın membranların kirlenmesi üzerine etkileri incelenmiştir. Membranların kirlenme yatkınlığı sığır serum albümini ve aljinik asit organik kirletici olarak ve koli basili biyolojik kirletici olarak seçilerek ölçülmüştür. NF membranları taramalı electron mikroskobu (SEM), temas açısı ve zeta potansiyeli ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Pentablok kopolimer kaplı membranların pH ve sıcaklık değişimine bağlı olarak kirlenmeme direnci gösterdiğini belirlenmiştir.