| 論文名 |
"Button and Buttonhole" Supramolecular Structure Enables the Self-Healing Behaviors of Functionalized Poly(ether sulfone) Membranes for Osmotic Power Generation. |
| 著者 |
Li JL
Wang CP
Xiang Z
Zhao Y
Zhang Y
Li X
Cai T.
|
| キーワード |
β-シクロデキストリン
ポリエーテルスルホン
両性イオンランダムコポリマー
シクロデキストリンポリマー
防汚性
自己回復特性
|
| 出版年月 |
|
| 発表先 |
ACS Appl Mater Interfaces. 2019 Nov 13;11(45):42322-42329. |
| WEBサイト |
|
| 論文概要（和文） |
浸透圧発電は、世界的な水質汚染に取り組むための水とエネルギーの関係に向けた高度な技術として浮上している。それは、水資源からの塩分勾配の持続可能な使用を提供するが、圧力遅延浸透（PRO）膜ファウリングによって引き起こされる主要な障害に遭遇する。優れた防汚性を備えた膜が広く研究されているが、操作中の物理的な損傷や水や腐食性の汚れによる化学的劣化によって傷や剥離が発生すると、防汚機能はすぐに失われる。したがって、自律的な自己修復機能を備えた防汚膜を開発することが重要である。本明細書では、自己修復可能な官能化ポリ（エーテルスルホン）（PES）防汚膜は、両性イオンランダムコポリマー[ポリ（1-（1-（1-（1-（1-（1-（1-アダマンチルカルボニルオキシ）メチル）-3-ビニルイミダゾリウムブロミド-co）の逐次共役によって作製される。 1-（3-スルホプロピル）-3-ビニルイミダゾリウム-co-ビニルアミン）]（P（ADVI-co-SBVI-co-VA）、略してPASVコポリマー）およびポリドーパミンで事前活性化されたPESサポート上の線形シクロデキストリンポリマー（LPCD）。自己修復動作は、慎重に設計された「ボタンとボタンホール」の超分子ネットワークに依存している。具体的には、LPCDのβ-シクロデキストリンとPASVのアダマンチンは、それぞれ「ボタンホール」と「ボタン」として機能する。物理的および化学的損傷の下で、β-シクロデキストリンの「ボタンホール」は、PASVのアダマンチンの「ボタン」から犠牲的に分離するが、保護機能を回復するために別のアダマンチンを要約する。機能化されたままのPES-g-PASV-LPCDメンブレンの防汚性と自己回復特性は、老化していないサンプルと老化したサンプルの両方で、優れた抗タンパク質挙動と改善された抗菌性能によって実証された。 PROプロセスでは、修正された膜は有機物ファウリングの軽減に効果的で、都市廃水試験で修正されていない膜（初期値の47％）よりも高い出力密度（初期値の79％）を示した。本質的に修復可能で防汚性の膜を設計するための戦略は、浸透圧発電用の持続可能な膜の開発に新しい道を開く。 |
| 論文概要（英文） |
Osmotic power generation has emerged as an advanced technology toward water-energy nexus to tackle global water pollution. It provides a sustainable use of salinity gradient from water resources yet encounters major obstacles caused by pressure-retarded osmosis (PRO) membrane fouling. Although membranes with good antifouling properties are widely studied, their antifouling functions are readily lost when scratches or detachments occur through physical damage during operation and chemical degradation by water and corrosive foulants. Consequently, it is important to develop antifouling membranes with autonomous self-healing capabilities. Herein, self-healable functionalized poly(ether sulfone) (PES) antifouling membranes have been fabricated via the sequential conjugation of the zwitterionic random copolymer [poly(1-(1-(1-adamantylcarbonyloxy)methyl)-3-vinylimidazolium bromide-co-1-(3-sulfopropyl)-3-vinylimidazolium-co-vinylamine)] (P(ADVI-co-SBVI-co-VA), abbreviated as PASV copolymer) and linear cyclodextrin polymer (LPCD) on polydopamine-preactivated PES supports. The self-healing behaviors rely on the judiciously designed "button-and-buttonhole" supramolecular network. Specifically, β-cyclodextrins in LPCD and adamantines in PASV act as "buttonholes" and "buttons", respectively. Under physical and chemical damages, the β-cyclodextrin "buttonhole" may sacrificially detach from the adamantine "button" of PASV but then recap another adamantine to restore the protective function. The antifouling and self-healing traits of as-functionalized PES-g-PASV-LPCD membranes were demonstrated by the superior antiprotein behaviors and improved antimicrobial performances on both nonaged and aged samples. In the PRO process, the modified membranes were effective in mitigating organic fouling and exhibited higher power density (79% of the initial value) than the nonmodified ones (47% of the initial value) in municipal wastewater testing. The strategy for engineering inherently healable and antifouling membranes paves a new pathway for the development of sustainable membranes for osmotic power production. |
