La3+ の除去率が向上したコポリイミド限外濾過膜の形成に対するイオン液体の影響

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8200 (2022) この記事を引用

886 アクセス

2 引用

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

膜材料を最適に選択することで広く使用されている工業用分離法である限外濾過 (UF) を適用すると、湿式冶金法による電子廃棄物の処理中に形成される希薄溶液から希土類金属を抽出できます。本研究では、従来の溶媒に代わる環境に優しい代替溶媒と考えられる [hmim][TCB] イオン液体 (IL) 共溶媒を使用して、有望な UF コポリイミド膜を調製しました。膜は、ATR-FTIR、TGA、SEM、および量子化学計算によって特性評価されました。これらの膜の形態における大きな違いは、膜断面の SEM によって明らかになりました。キャスト溶液の動粘度が高いため、P84/IL メンブレンの基材の海綿状構造とは対照的に、P84 メンブレンは多孔質基材の指状構造を持っています。輸送パラメータは、純水とウシ血清アルブミンの水溶液を用いた限外濾過試験で決定されました。 P84 キャスト溶液にイオン液体を添加すると、膜の性能が向上します。阻止能力は、アセトン水溶液中のランタンアリザリン錯体（LAC）の形態の La3+ に関して評価されました。 IL を使用して調製された P84 メンブレンは、LAC に関して高い阻止率 (98.5%) と顕著な生産性を示しました。

従来の分離方法に比べて大きな利点を持つ膜技術は、水溶液の精製と液体媒体からの成分の分離という緊急の環境および産業上の課題を解決するために効果的に使用されています1、2、3、4、5。膜技術は最小限のエネルギーと経済的コストを必要とし、操作、実装、保守が簡単です。最新の限外濾過 (UF) は絶えず開発されており、食品、製薬、繊維、製紙、その他の業界で応用されています6、7、8。粘性油の高温ろ過、原子炉での水の浄化、化学触媒作用、気相反応などの大規模プロセスでは、高い透過性、選択性、良好な機械的特性を示すだけでなく、熱的特性も示す UF 膜が必要です。および化学的安定性9、10、11、12。市販の材料の中でも、主鎖にイミド単位を持つポリマーは上記の特性を大部分備えていますが、これは鎖に硬い複素環と芳香環が存在するためです13、14、15、16、17、18、19、20。、21、22、23。 P84 コポリイミド (BTDA-TDI/MDI) は、ベンゾフェノン-3,3',4,4'-テトラカルボン酸二無水物 (BTDA) と 2,4-トリレンジイソシアネート/1,1'-メチレンビス(4-イソシアナトベンゼン) との重縮合の生成物です。 ) (80/20%) ; この市販のポリヘテロアリーレンは、良好な機械的特性、耐薬品性、および低い親水性を示します。 P84 コポリイミドは、ナノ濾過 24、ガス分離 25,26、およびパーベーパレーション 14,27,28,29,30 用の膜材料として研究されています。

UF プロセスにおける P84 膜に関する研究は、31、32、33、34 で実施されています。研究 34 では、著者らは、使用した溶媒、N-メチルピロリドン (NMP) またはジメチルスルホキシド (DMSO) に応じて、3 つの市販ポリイミド、P84、Matrimid、および Torlon から調製した膜の構造と特性を比較しました。膜は、凝固剤として水を使用する転相技術によって形成されました。 DMSO 溶液から得られた P84 膜は、NMP 溶液から得られた膜の指状構造とは対照的に、海綿状の多孔質構造を有していた。構造の違いは、UF 膜の輸送特性に反映されました。 NMP 溶液から得られた P84 膜が最良の輸送特性を備えていることが判明しました。

ポリマー膜は通常、ポリマーに対する化学的親和性により、NMP、DMSO、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどの極性非プロトン性溶媒をベースにした溶液から調製されます。リストされている極性溶媒は人間の健康と生態系に非常に有毒です。イオン液体 (IL) は、従来の溶媒に代わる環境に優しい代替手段を提供します 35。 IL は、室温で液体のままであり、良好な熱的および化学的特性を持ち、揮発性が低く、リサイクルおよび再利用が可能な有機塩です。このような「環境に優しい」溶媒を使用すると、化学プロセスにおける無駄と損失が最小限に抑えられます36。 UF 膜の形成のための DMF 中のポリエーテルスルホン溶液中の添加剤として 1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート (最大 17% IL) を使用すると、水性膜の流束が大幅に増加することが示されています 37。ウシ血清アルブミンの溶液とフラックス回収率。

1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムチオシアネート (IL) または NMP の 10 wt% CA 溶液から水への沈殿によって得られた酢酸セルロース (CA) 膜の比較では、CA/IL 膜の多孔度が約 6% と非常に低く、空隙率が約 84% の CA/NMP 膜と比較した場合の性能38。 SEM データによれば、CA/NMP 膜は CA/IL 膜よりも多くの開孔を持っていました。 IL の効果は、セルロースや CA39 などのポリマーの種類にも依存します。 DMSO中の8重量％セルロースのキャスト溶液に0〜50重量％の量のIL（1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート）を添加しても、膜の構造および特性にはほとんど影響がありませんでした。しかし、DMSO中のCAのキャスティング溶液に同様のILを添加すると、膜形態の変化、流束の増加が生じたが、デキストランブルーの阻止率は減少した。

本研究の目的は、P84 コポリイミドから調製した UF 膜の構造および輸送特性に対する 1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート-[hmim][TCB] (IL) 添加剤の影響を研究することでした (図 1)。もう 1 つの重要な課題は、La3+ の除去にこれらの膜を使用する可能性を評価することでした。試薬限外濾過の方法は、湿式冶金法による電子廃棄物の処理中に形成される希薄溶液から希土類金属を抽出するために適用できることが知られています40、41、42。最大の関心は、特別に選択された錯化剤を導入することによって、単離された金属の最初のイオンよりも大きい錯イオンを形成することによってこの方法を実行することである。この研究では、La3+ に関する P84 および P84/IL 膜の阻止能力を評価するために、La3+ と錯体化合物、つまり、アセトン水溶液中でランタン-アリザリン錯体 (LAC) を形成するアリザリンキレート剤を使用しました。 44.

(a) P84 コポリイミドおよび (b) 1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート (IL) の構造式。

分析グレードの N-メチルピロリドン (NMP) と高純度グレードのリン酸カリウムは、Spectr-Chem (ロシア、サンクトペテルブルク) から購入しました。 HPLC グレード (≥ 97%) ([hmim][TCB]) の 1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートは、Merck (ダルムシュタット、ドイツ) から購入しました。市販のＰ８４粉末は、ＨＰＰｏｌｙｍｅｒＧｍｂＨ（オーストリア、レンチング）から購入した。化学的に純粋なグレードの硝酸ランタン六水和物は、ChemExpress (サンクトペテルブルク、ロシア) から購入しました。高純度グレードの塩化ナトリウムおよび 2-置換リン酸ナトリウムは、Vekton (サンクトペテルブルク、ロシア) から購入しました。 HPLC グレード (99% 以上) のウシ血清アルブミンは Dia-M (ロシア、モスクワ) から購入しました。 HPLC グレード (97% 以上) のウシγ-グロブリンおよびオボアルブミンは、Sigma-Aldrich Chemie GmbH から購入しました。 (Sigma-Aldrich、シュネルドルフ、ドイツ); HPLC グレード (≧ 98%) のビタミン B12 は、J&K Sientific Ltd. (サンノゼ、米国) から購入しました。

非対称膜は、ＮＭＰ中のＰ８４のキャスティング溶液から、または１５／１５／７０（重量％）の比率のＰ８４／ＩＬ／ＮＭＰの溶液から得た。公称厚さ 300 μm のキャスティングナイフを使用して、キャスティング溶液をガラス板上に注ぎ、ガラス板を室温で水/エタノール 60/40 (重量%) の混合物を含む凝固浴に直ちに浸漬しました。。非対称多孔質膜は、相反転プロセスの結果として形成されました。それを凝固浴中に約３時間保持した。次いで、膜をエタノール、ヘキサンの水溶液で３回洗浄し、乾燥させた。

NMP 中の P84 および P84/IL キャスティング溶液の動粘度は、振動粘度計 SV-10A、A&D (日本) を使用し、測定範囲 0.3 ～ 10,000 mPa s で測定しました。測定は25℃で実施した。

すべてのモデル構造の完全な幾何最適化は、Gaussian-09 プログラムパッケージ 46 の助けを借りて、分散補正ハイブリッド汎関数 ωB97XD45 を使用して理論の DFT レベルで実行されました。標準の 6-31G* 基底関数セットがすべての原子に使用されました。ジオメトリの最適化手順中に、対称制限は適用されていません。ヘッセ行列は、ポテンシャルエネルギー面上の正しい最小値の位置を証明するために、最適化されたモデル構造に対して解析的に計算されました (すべての場合において虚数周波数は見つかりませんでした)。熱力学パラメータは 298.15 K、1.00 atm で計算されました。最適化された平衡モデル構造のエンタルピー、エントロピー、およびギブズ自由エネルギーを表 S1 に示します。エンタルピー、エントロピー、ギブズ自由エネルギーの計算手順の詳細については、22 を参照してください。

限外濾過試験は、速度 200 ～ 600 rpm のスターラーを備えた膜直径 25 mm のデッドエンドセルで実施され、膜間圧力は窒素流によって約 1 bar に維持されました 47。濾液（透過液）量は電子天秤を用いて測定した。

膜のキャリブレーションは、48 に記載されている技術に従って実行されました。 UF 試験は、pH 7 のリン酸緩衝液中で、異なる分子量のタンパク質の 1 wt% 混合物 (表 1) を使用して実行されました。供給液と透過水中のタンパク質の濃度は、PE-5400UF 分光光度計 (Ekroschem、St) を使用して分析されました。 .サンクトペテルブルク、ロシア）。測定は、選択したタンパク質の最大吸収である 280 nm の波長で実行されました。

La3+ に対する膜の分離効率を推定するために、ランタン - アリザリン複合体 (LAC) の溶液を以下の成分から調製しました: 2 cm3 の酢酸緩衝溶液、10 cm3 の濃度 5 mmol/dm3 の硝酸ランタン溶液、アリザリンコンプレクソン溶液 (5 mmol/dm3) 10 cm3 とアセトン 25 cm3。十分に混合した後、調製した溶液 20 cm3 を校正済みのピペットで採取し、100 cm3 のメスフラスコに移しました。

透過水および供給原料中の LAC の濃度は、KFK-ZKM 光電濃度比色計 (Unico-Sis、サンクトペテルブルク、ロシア) (最大透過率 590 ± 10 nm、帯域幅 25 ± 10 nm の光フィルター) を使用して測定しました。 nm）。

UF 実験のデータを使用して、膜の輸送特性を計算しました。

膜を通過する流束 J (L m−2 h−1 bar−1) は次のように計算されました。

ここで、V は透過水の体積 L です。 t は濾過時間、h です。 S は膜表面積、m2 です。 P は膜間圧力 (bar) です。

阻止率 (R) は次のように計算されました。

ここで、Cp と C0 は、それぞれ透過水と飼料中のタンパク質 (またはその他の除去された成分) 濃度 (g/L) です。

磁束回復率 (FRR) は、次の式を使用して計算されました。

ここで、J0 は膜を通過する純水の流量、J0t は同じ圧力でのタンパク質溶液の限外濾過後の純水の流量です。

阻止率の分散 (σ) は次のように計算されました。

ここで、M0.9 と M0.1 は、それぞれ膜によって 90% と 10% が拒否されたタンパク質の分子量です。

膜の多孔度を測定するために、膜を蒸留水に 12 時間浸漬し、ろ紙を使用して表面から余分な水分を除去した後、重量を測定しました。さらに、膜を真空オーブンに入れ、60℃で12時間乾燥させ、重量を量りました。すべての重量測定は、メトラートレド化学天秤を使用して実行されました (誤差 ± 0.0001 g)。膜の多孔度は、式1を使用して計算されました。 (5)49:

ここで、Ww と Wd はそれぞれ湿った膜と乾燥した膜の重量、g です。 ρw は水の密度 (0.998 g/cm3) です。 S は膜面積、cm2 です。 d は膜の平均厚さ cm です。

膜形態は、走査電子顕微鏡 SEM Zeiss SUPRA 55VP (Carl Zeiss AG、ドイツ) によって研究されました。断面の顕微鏡写真を取得するために、膜サンプルを液体窒素で前処理しました。試験前に、Quorum 150 (英国) 設備を使用した陰極スパッタリングによって、厚さ 20 nm の白金層がサンプル表面にコーティングされました。

熱重量分析 (TGA) は、TG 209 F1 分析装置 (Netzsch、ドイツ) で、重量約 8 ～ 15 mg のサンプルを使用し、窒素雰囲気下で 40 ～ 420 °C まで動的に温度を上昇させる条件下で実行しました。

膜の ATR-FTIR スペクトルは、IR-フーリエ分光計 Bruker Tensor 27 (Bruker Daltonics、ビレリカ、マサチューセッツ州、ドイツ) で、周囲温度 (255℃) で 4000 ～ 500 cm-1 の範囲内で 1 cm-1 の解像度で記録されました。 ℃）。

ヒルデブランドの溶解度パラメーター (δ) は次のように計算されました。

ここで、ΔEw/Vw は、物質の 1 cm3 内のすべての分子間力に打ち勝つのに必要な凝集エネルギー密度です。

Ｐ８４に基づく非対称構造の膜を形成するための条件の選択は、ＮＭＰ溶液中のポリマー濃度を変化させることによって行われた。図 2 は、キャスト溶液中の P84 濃度に応じた純水フラックス (J0)、ウシ血清アルブミン (BSA) の除去率 (R)、フラックス回収率 (FRR) のデータを示しています。ポリマー濃度が増加すると、流束は減少しますが、FRR と阻止率は増加します。これは、ポリマー濃度の増加によりキャスティング溶液の粘度が増加し、凝固剤の拡散が遅くなり、したがって転相速度が低下するという事実によるものです。その結果、より高密度の選択層とより小さな細孔サイズを備えた膜が形成されます51。細孔径が小さくなると流束が減少しますが、その表面でのタンパク質分子の吸着も減少し、これが FRR の増加に寄与します。

P84 膜の純水流束 (J0)、阻止率 (R)、および流束回収率 (FRR) の流延溶液中の P84 濃度への依存性。

輸送特性 (J、R、FRR) の最適な組み合わせは、15 wt% P84 溶液から調製された膜で得られました。 15 wt% P84 から調製した膜の分離効率を評価するために、分子量の異なる 4 つのタンパク質の混合物の 1 wt% 水溶液を使用して UF キャリブレーションテストを実行しました (表 1)。図 3 は、タンパク質の分子量に対する拒絶反応の依存性を示しています。この曲線は、90% が拒否されたタンパク質の重量に相当する分子量カットオフ (MWCO) の値を決定するために使用されました 48,52。

15 wt% 溶液から調製した P84 膜の分子量に対するタンパク質除去率の依存性。

この P84 膜の MWCO は 65,000 g/mol です。図 3 は、式 3 によって計算された保持曲線の分散 (σ) を評価するためにも使用されました。 (4)。開発された非対称膜の場合、このパラメーターは約 1.4 に等しかった。通常、従来の高分子膜の分散は 0.7 ～ 1.5 の範囲にあります。後者は、分子量が数十倍、数百倍異なる成分を完全に分離することができます。

15 wt% 溶液から調製した P84 膜の多孔度は、式 (1) を使用して決定されました。 (5)。この値は約 65% であり、工業用膜のパラメータと相関しています 49。

非対称膜の構造および特性に対する IL 添加剤の影響を評価するために、P84/IL/NMP を 15/15/70 (重量%) の比率で含むキャスト溶液から P84/IL 膜を調製しました。 1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート IL を NMP の共溶媒として使用しました。 IL 構造にはイミダゾリルカチオンが存在するため、IL は P84 コポリイミドと NMP 溶媒の両方に対して良好な相溶性を示します。

表 2 に、溶媒として使用される液体の特性を示します。 P84 のヒルデブランド溶解度パラメーターは 26.4 (J/cm3)1/2 であるため、IL と NMP のヒルデブランド溶解度パラメーターは近く、これが膜ポリマーとの親和性と良好な相溶性に寄与しています。

IL と NMP および P84 との良好な適合性の仮定は、量子化学計算によって確認されました。アミド溶媒、IL、およびコポリイミドの相互作用は、仮想の超分子会合プロセスとして考慮されました。モデル反応を表 3 に示します。

量子化学計算の結果 (表 3 および表 S1) は、研究されたすべての仮説上の超分子会合プロセスが発熱であることを明らかにしています。ギブスの自由エネルギーに関して、熱力学的に最も好ましいモデル反応は、IL カチオンと NMP、および IL カチオンおよびアニオンとコポリイミド P84 の結合です (図 4)。したがって、NMP と IL は熱力学的に安定であり、IL は P84 に関連する共溶媒として使用できると結論付けることができます。

(a) IL カチオンと NMP、(b) IL カチオンと P84、および (c) IL アニオンと P84 の配位スキーム。

IL の添加により、より粘性の高いポリマー溶液の形成が促進されます。 15 wt% P84/IL 鋳造溶液の動粘度は 6.33 P s に等しいのに対し、15 wt% P84 鋳造溶液のこのパラメータはわずか 1.89 P s です。したがって、IL を添加すると、ポリマーキャスティング溶液の粘度が 3 倍以上増加します。ポリマーキャスティング溶液の粘度の増加は、転相技術を使用した P84/IL 膜形成プロセスに大きな影響を与えます。

膜の熱安定性は、不活性雰囲気中での熱重量分析によって研究されました。図 5 は、P84 および P84/IL 膜の TG 曲線を示しています。重量損失パターンは両方の膜で同一です。 120 °C までの範囲での重量損失の最初の範囲 ~ 2.5 wt% は、水分と低分子量不純物の蒸発によるものです。 130 ～ 350 °C の範囲では、約 5.5 wt% のより目に見える重量損失が観察されます。これは、ヘテロ芳香族構造のポリマーとドナー - アクセプター結合を形成する残留溶媒 NMP の放出に関連しており、その全体の状況が複雑になります。膜からの除去５４． 370 ～ 400 °C の範囲では、ポリマー鎖の熱劣化に伴う重量損失が始まります。

P84 および P84/IL 膜の TG 曲線。

膜の化学組成を研究するために、ATR-FTIR 分光法が使用されました。図 6 は、イオン液体 (IL)、P84 および P84/IL 膜の IR スペクトルを示しています。 P84の典型的なイミドバンドは、対称CO伸縮では1782cm-1、非対称CO伸縮では1716cm-1、CN伸縮では1359cm-1に位置します。 3158 cm-1 の IL 特性バンドは、イミダゾール環内の CH 伸縮振動に対応します。 IL スペクトルの場合、分子内のイオンの相互作用に割り当てられた 2224 cm-1 のピークと、陰イオンに対応する 1000 ～ 750 cm-1 の範囲のバンドおよび 936 cm-1 に注目する価値があります。 BCストレッチ55に割り当てられています。したがって、IL の特徴的なバンドは P84/IL 膜のスペクトルには存在しません。したがって、P84/IL 膜にはイオン液体が含まれていないと結論付けることができます。

IL、P84、およびP84/IL膜のATR-FTIRスペクトル。

走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用して膜の形態を研究しました。図 7 は、P84 および P84/IL メンブレンの断面および上面の顕微鏡写真を示しています。両方の膜の断面は、UF 膜に典型的な、薄い上層と多孔質基材からなる異方性構造を持っています。図 7a は P84 膜の断面を示しており、基板は指状の多孔質構造を示しています。 P84/IL 膜では、断面構造が大きく変化します。図 7c は、P84/IL 膜の多孔質基材の海綿状構造を示しています。このような構造は、ポリマーキャスティング溶液の動粘度の大幅な増加を考慮して、ILの添加後によりゆっくりと起こる転相プロセス中に形成されます。図 7d は、共溶媒として IL を添加すると、上層の細孔数が増加し、P84/IL 膜構造に空洞が形成されることを示しています。

(a、b) P84 および (c、d) P84/IL 膜の膜断面および上面の SEM 顕微鏡写真。

15 wt% ポリマー溶液から調製した P84 および P84/IL 膜の輸送特性を評価するために、純水およびウシ血清アルブミン (BSA) 水溶液を用いた UF 試験を実施しました。図 8 は、BSA 水溶液を P84 および P84/IL 膜で濾過することによって測定された流束および阻止率に関するデータを示しています。 IL を共溶媒として使用すると、膜の性能が向上します。研究された膜の BSA 除去率は非常に高かった (93 ～ 99%)。

P84 および P84/IL メンブレンの BSA 水溶液の流束 (JBSA) および BSA 除去率 (R)。

図 9 は、P84 膜および P84/IL 膜の純水流束と流束回収率 (FRR) のデータを示しています。鋳造溶液に IL を添加すると、膜の水力性能が向上します。 P84 ベースの膜の FRR は十分に高いです。ただし、P84/IL 膜の場合、その値はわずかに減少します。

P84 および P84/IL メンブレンの純水流束 (J0) と流束回収率 (FRR)。

15 wt% ポリマー溶液から調製した P84 および P84/IL 膜の阻止能を、ランタン-アリザリン錯体 (LAC) の形態の La3+ に関して評価しました。図１０は、アセトン水溶液中のＬＡＣの濾過の結果を、Ｐ８４およびＰ８４／ＩＬ膜のＬＡＣ流束（ＪＬＡＣ）およびＬＡＣ阻止（Ｒ）の形で示す。どちらのメンブレンも、96 ～ 98% の高い阻止率と高い流束を特徴としています。同時に、P84/IL 膜は、P84 膜と比較してわずかに高い阻止率を示します。この実験の成功は、P84 ベースの UF 膜の安定した性能 (操作性) によるものであり、水溶液だけでなく、水性アセトン媒体のろ過に対しても安定しています。

水-アセトン溶液中の LAC の流束 (JLAC) と P84 および P84/IL メンブレンの LAC 阻止率 (R)。

したがって、得られた結果は、IL 添加剤を含む P84 コポリイミドに基づく UF 膜を使用して、希土類金属を希薄溶液から効率的に抽出できる可能性を示しています。

構造および輸送特性に対する 1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート ([hmim][TCB]) 添加剤の影響を、15 の比率の P84/IL/NMP キャスティング溶液から調製した P84/IL 非対称膜について研究しました。 /15/70 (重量%)。Ｐ８４／ＩＬ非対称膜を、１５／８５（重量％）の比のＰ８４／ＮＭＰキャスティング溶液から調製したＰ８４膜と比較した。膜断面の SEM により、多孔質基材の構造に大きな違いがあることが明らかになりました。 P84/IL 膜の基材の海綿状構造とは対照的に、P84 膜は多孔質基材の指状構造を持っています。このような形態の大幅な変化は、IL を含むキャスティング溶液の動粘度の増加によるもので、これにより転相プロセスの速度が低下します。さらに、IL は凝固浴に含まれるときに漏れます。 FTIR によると、P84/IL メンブレンにはイオン液体が含まれていません。

膜の輸送パラメーターは、純水とウシ血清アルブミン (BSA) の水溶液を使用した UF テストで決定されました。 P84 キャスティング溶液に IL を添加すると、膜の性能が向上することが示されました。 P84 ベースのメンブレンの FRR は非常に高いです。ただし、P84/IL 膜ではその値がわずかに減少します。

P84 および P84/IL 膜の阻止能力は、アセトン水溶液中のランタン-アリザリン錯体 (LAC) の形態の La3+ に関して評価されました。 P84/IL 膜は、LAC に関して高い阻止率 (98.5%) と高い流束を示しました。したがって、得られた結果は、IL 添加剤を含む P84 コポリイミドをベースとした限外濾過膜を使用して、希土類金属を希薄溶液から効率的に抽出することが可能であると結論付けることができます。

この研究中に生成および分析されたすべてのデータは、この公開された論文とその補足情報ファイルに含まれています。

Baker、RW 膜の技術と応用。第3版 ISBN 9780470743720 (ワイリー、2012)。

Wang、LK、Chen、JP、Hung、Y.-T.、Shammas、NK 膜および脱塩技術。 ISBN 978-1-58829-940-6。（ヒューマナプレス、2011）。

マフムーディ、E. et al. 銀修飾された酸化グラフェンナノ粒子の組み込みを最小限に抑えることで、ポリアミド 6,6 膜の形態と分離性能を強化します。科学。議員9、1216。https://doi.org/10.1038/s41598-018-38060-x (2019)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Penkova、AV、Dmitrenko、ME、Ermakov、SS、Toikka、AM、Roizard、D. 浸透蒸発によって水 - THF 混合物を分離するための新しいグリーン PVA-フラーレノール混合マトリックス支持膜。環境。科学。汚染。解像度 25、20354–20362。 https://doi.org/10.1007/s11356-017-9063-9 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

アトラスキン、AA et al. ガス高純度化のための膜カスケード型「連続膜カラム」の総合的実験研究。 J.メンバー科学。 572、92–101。 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.10.079 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Koyuncu, I.、Sengur, R.、Turken, T.、Guclu, S.、Pasaoglu, ME 精密濾過、限外濾過、およびナノ濾過による水処理の進歩。水処理のための膜技術の進歩（Basile, A.、Cassano, A.、Rastogi, NK編）。 83-128。 (エルゼビア、2015)。

Van der Bruggen, B. 精密濾過、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透、および正浸透、膜システムの基本モデリング、膜およびプロセス性能 (Luis, P. 編)。 25～70。 (エルゼビア、2018)。

Al Aani, S.、テネシー州ムスタファ、N. ヒラル。廃水および水プロセス工学のための限外濾過膜: 過去 10 年間にわたる包括的な統計的レビュー。 J. 水プロセス工学 35、101241。https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101241 (2020)。

記事 Google Scholar

Polotskaya、GA、Goikhman、MY、Podeshvo、IV、Polotsky、AE および Cherkasov、AN ポリベンゾオキサジノンイミドおよびそのプレポリマーが有望な膜材料として挙げられます。脱塩 200、46–48 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Ulbricht, M. 高度な機能性高分子膜。ポリマー 47、2217–2262。 https://doi.org/10.1016/j.polymer.2006.01.084 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Siagian、UWR et al. 高性能限外濾過膜：最近の進歩と廃水処理への応用。カー。汚染。議員 7、448–462。 https://doi.org/10.1007/s40726-021-00204-5 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Polotskaya、GA、Meleshko、TK、Gofman、IV、Polotsky、AE、Cherkasov、AN 高い熱安定性と化学的耐久性を備えたポリイミド限外濾過膜。 9月科学。テクノロジー。 44、3814–3831。 https://doi.org/10.1080/01496390903256166 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Ohya、H.、Kudryavtsev、VV、および Semenova、S.I. ポリイミド膜。 Vol. 314. (Gordon & Breach Publishers、1996)。

Liu, R.、Qiao, X.、Chung, T.-S. イソプロパノールの浸透蒸発脱水用の高性能 P84 コポリイミド中空繊維の開発。化学。工学科学。 60、6674–6686。 https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.05.066 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

ヤン、C.ら。耐酸性および耐溶剤性ポリイミド限外濾過膜の調製と特性評価。応用サーフィン。科学。 483、278–284。 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.226 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Pulyalina, AYu.、ジョージア州ポロツカヤ、AM トイッカポリヘテロアリーレンに基づく膜材料とその浸透蒸発への応用。ラス。化学。改訂 85(1)、81–98 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Volgin, IV et al. 熱可塑性 R-BAPB ポリイミドの輸送特性: 分子動力学シミュレーションと実験。ポリマー 11、1775。https://doi.org/10.3390/polym11111775 (2019)。

論文 CAS PubMed Central Google Scholar

Pulyalina、A. et al. メチルtert-ブチルエーテル精製のためのポリヘテロアリーレン-Cu(I)錯体に基づくメタノール選択膜の調製と特性評価。ポリム。内部。 66(12)、1873 ～ 1882 年。 https://doi.org/10.1002/pi.5463 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Pulyalina、A. et al. ポリイミド-ポリ(アニリン-コ-アントラニル酸)複合材料におけるイソプロパノール水溶液の吸着と輸送。ラス。Ｊ．Ａｐｐｌ．化学。 84(5)、840–846。 https://doi.org/10.1134/S107042721105017X (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Pulyalina、A. et al. パーベーパレーションプロセスにおける収着を測定するための新しいアプローチ: ポリアミドイミド尿素膜によるイソプロパノール脱水のケーススタディ。科学。議員 7、8415。https://doi.org/10.1038/s41598-017-08420-0 (2017)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Helali, N.、Shamei, L.、Rastgar, M.、Sadrzadeh, M. オイルサンド生成水処理用の層ごとに組み立てられたポリアミドイミド膜の開発。科学。議員 11、8098。https://doi.org/10.1038/s41598-021-87601-4 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Polotskaya、G. et al. イミド、ビキノリン、オキサジノン単位を含むコポリヘテロアリーレンに基づく非対称膜: 形成と特性評価。ポリマー 11(10)、1542。https://doi.org/10.3390/polym11101542 (2019)。

論文 CAS PubMed Central Google Scholar

Volgin、IV 熱可塑性 R-BAPB ポリイミドの輸送特性: 分子動力学シミュレーションと実験。ポリマー 11(11)、1775。https://doi.org/10.3390/polym11111775 (2019)。

論文 CAS PubMed Central Google Scholar

ホワイト、LS ポリイミド耐溶剤性ナノ濾過膜の輸送特性。 J.メンバー科学。 205、191–202 (2005)。

記事 Google Scholar

Barsema, JN、Kapantaidakis, GC、van der Vegt, NFA、Koops, GH & Wessling, M. BTDA-TDI/MDI コポリイミドに基づく高選択性高密度中空糸非対称膜の調製と特性評価。 J.メンバー科学。 216、195–205。 https://doi.org/10.1016/S0376-7388(03)00071-1 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

Pulyalina, A.、Polotskaya, G.、Rostovtseva, V.、Pientka, Z.、Toikka, A. ナノダイヤモンドと P84 コポリイミドで構成されるハイブリッド膜を使用して水素分離を改善しました。ポリマー 10、828。https://doi.org/10.3390/polym10080828 (2018)。

論文 CAS PubMed Central Google Scholar

Qiao, X. & Chung, T.-S. アルコールの浸透蒸発脱水における P84 コポリイミド膜の収着、膨潤、透過の基本特性。工業工学化学。解像度 44、8938–8943。 https://doi.org/10.1021/ie050836g (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Mangindaan、DW、Shi、GM & Chung、T.-S. 気相架橋によって修飾された P84 コポリイミド平坦シート膜を使用したアセトンの浸透蒸発脱水。 J.メンバー科学。 458、76–85 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Hua, D.、Ong, YK、Wang, Y.、Yang, T. & Chung, T.-S. イソプロパノールの浸透蒸発脱水用の ZIF-90/P84 混合マトリックス膜。 J.メンバー科学。 453、155–167。 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.10.059 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Pulyalina, AYu.、Putintseva, MN、Polotskaya, GA、Rostovtseva, VA & Toikka, AM エチル tert-ブチルエーテル/エタノール共沸混合物からの含酸素化合物の浸透蒸発精製。メンバーメンバーテクノロジー。 1(2)、99-106。 https://doi.org/10.1134/S2517751619020082 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Ren, J. & Li, Z. 限外濾過用の非対称 BTDA-TDI/MDI (P84) コポリイミドフラットシートおよび中空糸膜の開発: 形態変化と膜性能。脱塩 285、336–344。 https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.10.024 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

レン、J.、リー、Z.、ウォン、F.-S. & Li, D. 限外濾過用の非対称 BTDA-TDI/MDI (P84) コポリイミド中空糸膜の開発: 膜の形態と性能に対するせん断速度と接近比の影響。 J.メンバー科学。 248、177–188。 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.09.031 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

ユソフ、II et al. ポリアニリン-ポリイミド P84 ブレンドをベースとした耐久性のある加圧濾過膜。ポリム。工学科学。 5(S1)、E82–E92 (2019)。

記事 Google Scholar

グロッソ、V. et al. ポリマーおよび混合マトリックスポリイミド膜。 9月、プリフ。テクノロジー。 132、684–696 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Renner, R. イオン液体: 産業用クリーンアップソリューション。環境。科学。テクノロジー。 35、410a–413a (2001)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Wanga, HH 非溶媒誘起相分離 (NIPS) による高分子膜調製のための新しい環境に優しい溶媒の代替品。 J.メンバー科学。 574、44–54 (2019)。

記事 Google Scholar

Lessan, F. & Foudazi, R. 限外濾過膜の特性に対する [EMIM][BF4] イオン液体の影響。ポリマー 210、122977 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Xing、DY、Peng、N. & Chung、T.-S. イオン液体 [BMIM]SCN を溶媒として使用した相反転による酢酸セルロース膜の形成。工業工学化学。解像度 49、8761–8769 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Durmaz、EN および Çulfaz-Emecen、PZ [EMIM]OAc-DMSO 混合物を溶媒として使用した相反転によるセルロースベースの膜。化学。工学科学。 178、93–103 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Grekov、KB 電子廃棄物と安全性の問題 (ロシア語)。 ISBN 9785891601796. (SUT、2018)。

スヴィツォフ、AA & アビルガジエフ、TZh。ミセル強化された（試薬）限外濾過。ラス。化学。 Rev. 60(11)、1280–1283 (1991)。

記事 ADS Google Scholar

Petrov, S. & Stoichev, PA 反応性染料で汚染された水の試薬限外濾過精製。フィルター。 9 月 https://doi.org/10.1016/S0015-1882(02)80229-4 (2002)。

記事 Google Scholar

Leonard, MA & West, TS 水性媒体中での 1,2-ジヒドロキシアントラキノン-3-イルメチル-アミン-NN-二酢酸と金属カチオンのキレート反応。Ｊ．Ｃｈｅｍ．社会 866、4477–4486。 https://doi.org/10.1039/jr9600004477 (1960)。

記事 Google Scholar

Marczenko、Z.、Balcerzak、M. Fluorine。無機分析における分離、予備濃縮および分光光度法（Kloczko, E.編）。 189–197。（エルゼビア、2000）。

チャイ、法学博士 & Head-Gordon, M. 減衰原子間分散補正による長距離補正ハイブリッド密度汎関数。物理学。化学。化学。物理学。 10、6615–6620。 https://doi.org/10.1039/B810189B (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

フリッシュ、MJ et al. ガウス 09、リビジョン C.01。（ガウシアン社、2010）。

Ochterski、JW ガウスの熱化学。 https://gaussian.com/thermo/ (2000)。

Cherkasov、AN 限外濾過膜構造の迅速な分析。 9月科学。技術。 40、2775–2801。 https://doi.org/10.1080/01496390500333111 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

鄭、Q.-Z. PSF限外濾過膜における空隙率と膜形成速度パラメータとの関係。 J.メンバー科学。 286、7–11 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Barton、AFM CRC 溶解度パラメーターのハンドブック。 Vol. 768. (CRC Press、1991)。

Tan, X. & Rodrigue, D. 多孔質高分子膜の調製に関する総説。パート I: ポリスルホンとポリ (フッ化ビニリデン) を使用した製造技術。ポリマー 11、1160 (2019)。

記事 Google Scholar

モルダー、MHV 位相反転膜。膜の準備。 Vol. 3331. (アカデミックプレス、2000)。

Quijada-Maldonado、E. NMP とイオン液体 [hmim][TCB] を溶媒として使用した、トルエン - メチルシクロヘキサン混合物の抽出蒸留に関するパイロットプラントの研究。 9月、プリフ。テクノロジー。 166、196–204 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

ポロツカヤ、ジョージアら。主鎖にアントラゾリン単位を持つ芳香族コポリアミド: 合成、特性評価、パーベーパレーションへの応用。ポリマー 8(10)、362。https://doi.org/10.3390/polym8100362 (2016)。

論文 CAS PubMed Central Google Scholar

Mao, JX 1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートイオンペアにおける相互作用: 分光学的および密度汎関数的研究。Ｊ．Ｍｏｌ．構造体。 1038、12–18 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

この研究は、ロシア科学財団 (RSF) の助成金番号 18-79-10116 によって支援されました。サンクトペテルブルク州立大学のリソースセンターの設備、すなわち学際的リソースセンター「ナノテクノロジー」、「熱重量分析および熱量分析の研究方法」、「X 線回折研究センター」、「ナノフォトニクス」、「極低温部門」、膜の研究には、「コンピューティングセンター」、「化学分析および材料研究センター」が使用されました。

サンクトペテルブルク州立大学化学研究所、サンクトペテルブルク、198504、ロシア連邦

アレクサンドラ・プリャリナ、ベラ・タタウロワ、アンナ・センチュコワ、アレクサンダー・ノヴィコフ、イリヤ・ファイコフ、ガリーナ・ポロツカヤ

ボンチ・ブルーエヴィッチサンクトペテルブルク州立電気通信大学、サンクトペテルブルク、193232、ロシア連邦

コンスタンチン・グレコフ

高分子化合物研究所、ロシア科学アカデミー、サンクトペテルブルク、199004、ロシア連邦

ガリーナ・ポロツカヤ

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

膜の形成、物理化学的研究、輸送特性の分析、論文執筆は AP、GP、IFVT によって行われ、AS と KG も膜の輸送特性の調査を実施しました。 AN は量子化学計算を実行しました。

アレクサンドラ・プリャリーナへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Pulyalina、A.、Grekov、K.、Tataurova、V. 他。 La3+ の除去率が向上したコポリイミド限外濾過膜の形成に対するイオン液体の影響。 Sci Rep 12、8200 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-12377-0

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 2 月 7 日

受理日: 2022 年 4 月 20 日

公開日: 2022 年 5 月 17 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-12377-0

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。