Ultrasonic implementation of nanoparticles on polymeric filtration materials

• Autorzy: Majcher Andrzej , Kowalik-Klimczak Anna

Warianty tytułu

PL

Ultradźwiękowa implementacja nanocząstek na polimerowych materiałach filtracyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Biofouling is a phenomenon that adversely affects the efficiency of filtration hindering wide the application of filtration materials. One of the methods for biofouling prevention is coating of antibacterial nanoparticles on a surface of filters and membranes using ultrasound. In the paper, the possibility of using an ultrasonic method was evaluated to implement nanoparticles of titanium dioxide (TiO2 ) and zinc oxide (ZnO) on polymeric filtration materials via different types of transducers and selected parameters of the ultrasound generator. Ultrasonic methods of modification were found to be efficient in terms of imparting antibacterial properties; however, the functional additives coated on polymeric materials were characterized by poor resistance to leaching. Thus, further work needs to be performed to improve the adhesion and stability of nanoparticles onto polymeric materials to enable the generation of filtration materials characterized by high stability during real operating conditions.

PL

Biofouling materiałów filtracyjnych jest zjawiskiem niekorzystnie wpływającym na efektywność filtracji i hamującym wprowadzanie tej technologii w nowe obszary zastosowań. Jedną z metod zapobiegania biofoulingowi jest modyfikacja powierzchni membran antybakteryjnymi nanocząstkami. W artykule opisano prace studialne nad wykorzystaniem do tego celu metody nanoszenia ultradźwiękowego. Przedstawiono konstrukcje i parametry zestawionych stanowisk do generacji ultradźwięków, wyniki procesów nanoszenia nanocząstek tlenku tytanu i tlenku cynku, wpływ głównych parametrów procesu na strukturę uzyskiwanych pokryć. Oceniono ich właściwości antybakteryjne oraz odporność na wymywanie. Określono kierunki dalszych prac mających na celu wytworzenie metodą ultradźwiękową materiałów filtracyjnych charakteryzujących się stabilno- ścią podczas pracy w warunkach rzeczywistych.

Słowa kluczowe

EN

membrane; filter; biofouling; antibacterial properties; ultrasounds; coated nanoparticles

PL

membrana; filtr; biofouling; właściwości antybakteryjne; ultradźwięki; nanoszenie nanocząstek

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 1
• Strony: 69--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Majcher Andrzej

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

autor

Kowalik-Klimczak Anna

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

Bibliografia

• 1. Aslam M., Ahmad R., Kim J.: Recent developments in biofouling control in membrane bioreactors for domestic wastewater treatment. Separation and Purification Technology, 2018, 206, pp. 297-315.
• 2. Meng F., Chae S.-R., Drews A., Kraume M., Shin H.-S., Yang F.: Recent advances in membrane bioreactors (MBRs): membrane fouling and membrane material. Water Research, 2009, 43, pp. 1489-1512.
• 3. Wang X., Chang V.W., Tang C.Y.: Osmotic membrane bioreactor (OMBR) technology for wastewater treatment and reclamation: advances, challenges, and prospects for the future. Journal of Membrane Science, 2016, 504, pp. 113-132.
• 4. Oh H.-S., Lee C.-H.: Origin and evolution of quorum quenching technology for biofouling control in MBRs for wastewater treatment. Journal of Membrane Science, 2018, 554, pp. 331-345.
• 5. Long Y., Yu Y., Yin X., Li J., Corey C., Xiaosong D., Yadong J., Xudong W.: Effective anti-biofouling enabled by surface electric disturbance from water wave-driven nanogenerator. Nano Energy, 2019, 57, pp. 558-565.
• 6. Koók L., Bakonyi P., Harnisch F., Kretzschmar J., Chae K-J., Zhen G., Kumar G., Rózsenberszki T., Tóth G., Nemestóthy N., Bélafi-Bakó K.: Biofouling of membranes in microbial electrochemical technologies: Causes, characterization methods and mitigation strategies. Bioresource Technology, 2019, 279, pp. 327-338.
• 7. Perelshtein I., Applerot G., Perkas N., Guibert G., Mikkhailov S., Gedanken A.: Sonochemical coating of silver nanoparticles on textile fabrics (nylon, polyester and cotton) and their antibacterial activity. Nanotechnology, 2008, 19, pp. 245705.
• 8. Gedanken A., Perkas N., Perelshtein I., Applerot G., Lipovsky A., Nitzan Y., Lubart R.: Innovative inorganic nanoparticles with antimicrobial properties attached to textiles by sonochemistry. In: Manickam S., Ashokkumar M.: Cavitation: A Novel Energy-Efficient Technique for the Generation of Nanomaterials. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014.
• 9. Abbasi A.R, Morsali A.: Ultrasound assisted coating of silk yarn with silver chloride nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2010, 371, pp. 113-118.
• 10. Perelshtein I., Applerot G., Perkas N., WehrschuetzSigl E., Hasmann A., Guebitz G., Gedanken A.: Antibacterial properties of an in situ generated and simultaneously deposited nanocrystalline ZnO on fabrics. ACS Applied Materials & Interfaces, 2009, 1, pp. 361-366.
• 11. Perelshtein I., Applerot G., Perkas N., WehrschuetzSigl E., Hasmann A., Guebitz G., Gedanken A.: CuO–cotton nanocomposite: formation, morphology, and antibacterial activity. Surface and Coatings Technology, 2009, 204, pp. 54-57.
• 12. Perelshtein I., Applerot G., Perkas N., Grinblat J., Gedanken A.: A one-step process for the antimicrobial finishing of textiles with crystalline TiO2 nanoparticles. Chemistry - A European Journal, 2012, 18, pp. 4575-4582.
• 13. Moghadam M.T., Lesage G., Mohammadi T., Mericq J.P., Mendret J., Heran M., Faur C., Brosillon S., Hemmati M., Naeimpoor F.: Improved antifouling properties of TiO2 /PVDF nanocomposite membranes in UV-coupled ultrafiltration. Journal of Applied Polymer Science, 2015, 132(21), 41731.
• 14. Su Y.-C., Huang C., Pan J.R., Hsieh W.-P., Chu M.-C.: Fouling mitigation by TiO2 composite membrane in membrane bioreactors. Journal of Environmental Engineering, 2011, 138, pp. 344-350.
• 15. Homayoonfal M., Mehrnia M.R., Rahmani S., MojtahediY.M.: Fabrication of alumina/polysulfone nanocomposite membranes with biofouling mitigation approach in membrane bioreactors. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2015, 22, pp. 357-367.
• 16. Werner C.M., Katuri K.P., Hari A.R., Chen W., Lai Z., Logan B.E., Amy G.L., Saikaly P.E.: Graphenecoated hollow fiber membrane as the cathode in anaerobic electrochemical membrane bioreactors- effect of configuration and applied voltage on performance and membrane fouling. Environmental Science & Technology, 2016, 50, pp. 4439-4447.
• 17. Tavakolmoghadam M., Mohammadi T., Hemmati M., Naeimpour F.: Surface modification of PVDF membranes by sputtered TiO2 : fouling reduction potential in membrane bioreactors. Desalination and Water Treatment, 2016, 57, pp. 3328-3338.
• 18. Kowalik-KlimczakA., Stanisławek E., Kacprzyńska- -Gołacka J., Kaźmierczak B., Wieciński P.: The polyamidemembranesmodified by copper oxide using PVD techniques. Journal of Machine Construction and Maintenance, 2018, 110(3), pp. 49-55.
• 19. Byeon J. H., Kim Y-W.: Ultrasound-assisted copper deposition on a polymer membrane and application for methanol steam reforming. Ultrasonics Sonochemistry, 2013, 20, pp. 472-477.
• 20. Svirinovsky A., Perelshtein I, Natan M, Banin E., Gedanken A.: Imparting superhydrophobic and biocidal functionalities to a polymeric substrate by the sonochemical method. Ultrasonics Sonochemistry, 2018, 44, pp. 398-403.
• 21. Verhaagen B., Rivas D.F.: Measuring cavitation and its cleaning effect. Ultrasonics Sonochemistry, 2016, 29, pp. 619-628.
• 22. Kogut P., Milewski A.: Designing and modelling of the ultrasonic stack systems. Mechanik, 2016, 7, pp. 728-729 (in Polish).
• 23. Masselin I.A., Chasseray X., Durand-Bourlier L., Laine J.M., Syzaret P.Y., Lemordant D.: Effect of sonication on polymeric membranes. Journal of Membrane Science, 2001, 181(2), pp. 213-220.
• 24. Applerot G., Perkas N., Amirian G., Girshevitz O., Gedanken A.: Coating of glass with ZnO via ultrasonic irradiation and a study of its antibacterial properties. Applied Surface Science, 2009, 256, pp. S3-S8.

Uwagi

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