Streszczenie - Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej

Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Politechnika Warszawska
Rozprawa Doktorska
Doktorant: mgr inż. Marta Bojarska
Tytuł: Nowe właściwości funkcjonalne membran modyfikowanych nanocząstkami
Promotor: prof. dr hab. inż. Wojciech Piątkiewicz
Warszawa, 2014
Streszczenie
Praca skupia się na nadaniu membranie mikrofiltracyjnej nowych funkcjonalnych właściwości
poprzez modyfikacje powierzchniowe. Prace badawcze można podzielić na trzy etapy: aktywacja
powierzchni membrany, modyfikacja membrany nanocząstkami oraz badania właściwości
reaktywnych otrzymanych membran.
Aktywację powierzchniową prowadzono poprzez modyfikacje plazmowe lub szczepienie kwasu
akrylowego. Aktywacja membrany miała na celu wprowadzenie na powierzchni grup
karboksylowych, które w następnych modyfikacjach miały pełnić rolę łącznika pomiędzy
membraną, a nanocząstką. Membrana po działaniu plazmy argonowej posiada na swojej
powierzchni nowe grupy funkcyjne oraz staje się bardziej hydrofilowa. Szczepienie kwasu
akrylowego przeprowadzono za pomocą reakcji typu Fenton. Zmodyfikowane membrany
okazały się zdecydowanie bardziej hydrofilowe, niż membrany przed modyfikacją, bądź po
modyfikacji plazmowej. Membrana zmodyfikowana kwasem akrylowym, wykazuje zmianę
strumienia filtracji wraz ze zmianą pH filtrowanego roztworu (potwierdzone modelem
teoretycznym). Jednocześnie taka membrana nie dopuszcza do trwałego osadzania się cząstek na
powierzchni membrany, co zostało potwierdzone podczas filtracji roztworu krzemionki.
Kolejnym etapem była modyfikacja membran nanopręcikami tlenku cynku, nanocząstkami
dwutlenku manganu oraz srebra. Modyfikacja membran nanopręcikami tlenku cynku metodą
hydrotermiczną nie dała oczekiwanych rezultatów. Natomiast metoda modyfikacji membrany
za pomocą chemicznej depozycji okazała się skuteczna. Prowadząc badania nad metodą
modyfikacji membran polipropylenowych uzyskano membrany pokryte zarówno długimi,
krótkimi nanopręcikami, jak i litą warstwą nanocząstek tlenku cynku. Uprzednie zastosowanie
plazmy pozwalało zaobserwować wzrost nanopręcików także wewnątrz powierzchniowych
porów membrany. Nanocząstki dwutlenku manganu otrzymano na powierzchni membrany
poprzez
redukcję
nadmanganianu
potasu
n–butanolem
w podwyższonej
temperaturze.
W przypadku modyfikacji nanocząstkami srebra wykorzystano zarówno nanocząstki komercyjne,
jak i z syntezy. Syntezę nanocząstek srebra na aktywowanej membranie przeprowadzano poprzez
redukcję azotanu srebra borowodorkiem sodu. Najlepsze rezultaty otrzymano dla membran
aktywowanych poprzez szczepienie kwasu akrylowego i następnie syntezę nanoAg.
W dalszej części pracy przeprowadzono badania nad właściwościami sfunkcjonalizowanych
membran. W tym celu przeprowadzono dokładną analizę zmodyfikowanej powierzchni.
Wykonano zdjęcia SEM, analizę EDS, pomiar kąta zwilżania, oraz analizę FT–IR. Membrany
zmodyfikowane nanopręcikami ZnO i nanocząstkami MnO2 przebadano pod kątem właściwości
fotokatalitycznych. Właściwości te potwierdzono badaniami rozkładu błękitu metylenowego pod
wpływem działania półprzewodników i zimnego światła białego o szerokim spektrum, w różnym
pH.
Najlepsze
nanopręcikami
właściwości
tlenku
cynku.
fotokatalityczne
W
przypadku
wykazywały
wszystkich
membrany
membran
zmodyfikowane
zmodyfikowanych
nanocząstkami przeprowadzono badania antybakteryjne na modelowych bakteriach gram
dodatnich i ujemnych (Bacillus subtilis i Escherichia coli), zarówno w podłożu stałym jak
i płynnym. Najlepsze właściwości antybakteryjne otrzymano dla plazmowanych membran
zmodyfikowanych nanopręcikami tlenku cynku oraz membran szczepionych 10% kwasem
akrylowym z nanocząstkami srebra.
Jak pokazują wyniki niniejszej pracy możliwe okazało się zmodyfikowanie powierzchni
membrany tak, aby nadać jej dodatkowe właściwości reaktywne. Membrany stały się nie tylko
barierą fizyczną, ale także reaktywną, co było celem niniejszej dysertacji. Jednakże na podstawie
otrzymanych wyników można stwierdzić, że przebadane zagadnienia wymagają dalszych badań
i ewaluacji procesów filtracyjnych, jak i powiększenia skali w przypadku procesów
modyfikacyjnych.