Plasma treatment of membrane surfaces using copper oxides

• Autorzy: Kowalik-Klimczak Anna , Stanisławek Ewa , Kacprzyńska-Gołacka Joanna , Łożyńska Monika , Bojarska Marta , Piątkiewicz Wojciech , Wieciński Piotr

Warianty tytułu

PL

Plazmowa modyfikacja powierzchni membran polimerowych przy użyciu tlenku miedzi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The novel technique that will be introduced for modifying surfaces is plasma treatment, which creates a great potential in the development of a variety of functional properties of polymeric membranes. Application of this technique in the processes of membrane modification allows functionalization by the manufacturing metal oxides such as copper oxide, silver oxide, or titanium dioxide on the surface. In this work, the polymeric membranes were activated with low-temperature plasma of different gases (Ar and Ar-O2 ) and subjected to copper oxide deposition. The leaching of copper from the surface of plasmamodified membranes and its permeability and antimicrobial activity were examined. It was found that CuO-modified membranes pre-activated in an Ar or Ar-O2 mixture are characterized by much lower stability than ones without pre-activation. Moreover, the filtration properties of CuO-modified membranes were unchanged compared to native ones, and these filtration materials are characterized by antibacterial properties.

PL

Techniki plazmowe to nowatorskie metody modyfikacji powierzchni, które umożliwiają nadanie różnorodnych właściwości funkcjonalnych membranom polimerowych. Zastosowanie technik plazmowych podczas modyfikacji membran polimerowych umożliwia ich funkcjonalizację poprzez wytwarzanie tlenków metali, takich jak tlenek miedzi, tlenek srebra lub dwutlenek tytanu na ich powierzchniach. W ramach przeprowadzonych prac membrany polimerowe aktywowano niskotemperaturową plazmą w mieszaninie w różnych gazów (Ar i Ar-O2 ), które następnie poddawano modyfikacji przy użyciu tlenku miedzi. Zbadano stabilność związania tlenku miedzi z powierzchnią membran modyfikowanych plazmą i jej przepuszczalność oraz aktywność przeciwdrobnoustrojową. Stwierdzono, że membrany modyfikowane CuO wstępnie aktywowane w Ar lub mieszaninie Ar-O2 charakteryzują się znacznie mniejszą stabilnością niż te bez wstępnej aktywacji. Ponadto właściwości filtracyjne membran modyfikowanych CuO były niezmienione w porównaniu z materiałami natywnymi, a wytworzone materiały filtracyjne charakteryzowały się właściwościami antybakteryjnymi.

Słowa kluczowe

EN

plasma treatment; polymeric membranes; copper oxide; leaching; antibacterial properties

PL

plazmowa modyfikacja powierzchni; membrany polimerowe; tlenek miedzi; stabilność; właściwości antybakteryjne

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 1
• Strony: 53--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Kowalik-Klimczak Anna

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Stanisławek Ewa

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Kacprzyńska-Gołacka Joanna

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Łożyńska Monika

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Bojarska Marta

• GVC Filter Technology, Bologna, Italy

autor

Piątkiewicz Wojciech

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Wieciński Piotr

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Kołtuniewicz A.B., Drioli E.: Membranes in Clean Technologies. Theory and Practice, Vol. 1-2, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, 2008.
• 2. Wang W.K.: Membrane Separations in Biotechnology, CRC Press Taylor & Francis Group, 2001.
• 3. Judd S., Jefferson B.: Membranes for Industrial Wastewater Recovery and Re-use, Elsevier Science, 2003.
• 4. Bucs S.S., Farhat N., Kruithof J.C., Picioreanu C., Van Loosdrecht M.C.M., Vrouwenvelder J.S.: Review on strategies for biofouling mitigation in spiral wound membrane systems. Desalination, 2018, 434, pp. 189-197.
• 5. Kowalik-Klimczak A., Stanisławek E.: Reclamation of water from dairy wastewater using polymeric nanofiltration membranes. Desalination and Water Treatment, 2018, 128, pp. 364-371.
• 6. Nguyen T., Roddick F.A., Fan L.: Biofouling of water treatment membranes: a review of the underlying causes, monitoring techniques and control measures. Membranes, 2012, 2, pp. 804-840.
• 7. Kowalik-Klimczak A., Gierycz P.: Scaling of nanofiltration membranes using for chromium (III) ions recovery from salt solutions. Water Science & Technology, 2017, 76/11, pp. 3135-3141.
• 8. Powell L.C., Hilal N., Wright C.J.: Atomic force microscopy study of the biofouling and mechanical properties of virgin and industrially fouled reverse osmosis membranes. Desalination, 2017, 404, pp. 313-321.
• 9. Saeki D., Karkhanechi H., Matsuura H., Matsuyama H.: Effect of operating conditions on biofouling in reverse osmosis membrane processes: Bacterial adhesion, biofilm formation, and permeate flux decrease. Desalination, 2016, 378, pp. 74-79.
• 10. Maddah H., Chogle A.: Biofouling in reverse osmosis: phenomena, monitoring, controlling and remediation. Applied Water Science, 2017, 7, pp. 2637-2651.
• 11. Sprick C., Chede S., Oyanedel-Craver V., Escobar I.C.: Bio-inspired immobilization of casein–coated silver nanoparticles on cellulose acetate membranes for biofouling control. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2018, 6, 2480-2491.
• 12. Gac J., Bojarska M., Stępniewska I., Piątkiewicz W., Gradoń L.: Permeability of pH-sensitive membranes grafted by Fenton-type reaction: an experimental and modeling study. Membrane Water Treatment, 2015, 6, pp. 411-422.
• 13. Cruz M.C., Ruano G., Wolf M., Hecker D., Vidaurre E.C., Schmittgens R., Rajal V.B.: Plasma deposition of silver nanoparticles on ultrafiltration membranes: antibacterial and antibiofouling properties. Chemical Engineering Research and Design, 2015, 94, pp. 524-537.
• 14. Bojarska M., Nowak B., J. Skowroński, Piątkiewicz W., Gradoń L.: Growth of ZnO nanowires on polypropylene membrane surface - Characterization and reactivity. Applied Surface Science, 2016, 391, pp. 457-467.
• 15. Wang J., Chen X., Reis R., Chen Z., Milne N., Winther-Jensen B., Kong L., Dumee L.F.: Plasma modification and synthesis of membrane materials - a mechanistic review. Membranes, 2018, 8/3, pp. 56.
• 16. Ciszewski A., Gancarz I., Kunicki J., Bryjak M.: Plasma-modified polypropylene membranes as separators in high-power alkaline batteries. Surface & Coatings Technology, 2006, 201, pp. 3676-3684.
• 17. Kacprzyńska-Gołacka J., Kowalik-Klimczak A., Skowroński J., Rajewska P., Wieciński P., Smolik J.: Possibilities of using plasma techniques of surface engineering for modification of polymer membranes. Polimery, 2018, 63/5, pp. 353-361.
• 18. Wei X., Zhao B., Li X.-M., Wang Z., He B.-Q., He T., Jiang B.: CF4 plasma surface modification of asymmetric hydrophilic polyethersulfone membranes for direct contact membrane distillation. Journal of Membrane Science, 2012, 407-408, pp. 164-175.
• 19. Huang C., Ma W.C., Tsai C.-Y., Hou W.-T., Juang R.- S.: Surface modification of polytetrafluoroethylene membranes by radio frequency methane/nitrogen mixture plasma polymerization. Surface & Coatings Technology, 2013, 231, pp. 42-46.
• 20. Han Y., Song S., Lu Y., Zhu D.: A method to modify PVDF microfiltration membrane via ATRP with low-temperature plasma pretreatment. Applied Surface Science, 2016, 379, pp. 474-479.
• 21. Kowalik-Klimczak A., Stanisławek E., Kacprzyńska-Gołacka J., Osuch-Słomka E., Bednarska A., Skowroński J.: The polyamide membranes functionalized by nanoparticles for biofouling control. Desalination and Water Treatment, 2018, 128, pp. 243-252.
• 22. Kowalik-Klimczak A., Stanisławek E., KacprzyńskaGołacka J., Kaźmierczak B., Wieciński P.: The polyamide membranes modified by copper oxide using PVD techniques. Journal of Machine Construction and Maintenance, 2018, 110/3, pp. 49-55.
• 23. Skowroński J., Kacprzyńska-Gołacka J., Gradoń L.: Antibacterial properties of polypropylene PVDcoated with copper oxide. Journal of Machine Construction and Maintenance, 2018, 109/2, pp. 73-78.
• 24. Ulbricht M.: Advanced functional polymer membranes. Polymer, 2006, 47, pp. 2217-2262.
• 25. Hemraj M.Y., Jung-Sik K., Shivaji H.P.: Developments in photocatalytic antibacterial activity of nano TiO2 : A review. Korean Journal of Chemical Engineering, 2016, 33, pp. 1989-1998.
• 26. Al-Hobaib A.S., AL-Sheetan K.M., Rafi Shaik M., Al-Andis N.M., Al-Suhybani M.S.: Characterization and evaluation of reverse osmosis membranes modified with Ag2O nanoparticles to improve performance. Nanoscale Research Letters, 2015, 10, pp. 379-389.
• 27. Zhang J., Xu Y., Chen S., Li J., Han W., Sun X., Wu D., Hu Z., Wang L.: Enhanced antifouling and antibacterial properties of poly (ether sulfone) membrane modified through blending with sulfonated poly (aryl ether sulfone) and copper nanoparticles. Applied Surface Science, 2018, 434, pp. 806-815.
• 28. Song N., Gao X., Mac Z., Wang X., Yi W., Gao C.: A review of graphene-based separation membrane: Materials, characteristics, preparation and applications. Desalination, 2018, 437, pp. 59-72.
• 29. Faria A.F., Liu C., Xie M., Perreault F., Nghiem L.D., Ma J., Elimelech M.: Thin-film composite forward osmosis membranes functionalized with graphene oxide-silver nanocomposites for biofouling control. Journal of Membrane Science, 2017, 525, pp. 146-156.
• 30. Hegab H.M., El Mekawy A., Zou L., Mulcahy D., Saint C.P., Ginic-Markovic M.: The controversial antibacterial activity of graphene-based materials. Carbon, 2016, 105, pp. 362-376.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).