Wpływ metody wytwarzania na stabilność i przepuszczalność membran z tlenkiem grafenu

Od lat 90. ubiegłego stulecia trwają intensywne badania nad dodatkiem nonocząstek do membran polimerowych. W ostatnich latach prowadzone są prace badawcze związane z wytwarzaniem i zastosowaniem tlenku grafenu (graphene oxide GO). Celem pracy było opracowanie technologii wytwarzania membran polimerowych z dodatkiem nanostruktur węglowych reprezentowanych przez tlenek grafenu. Membrany preparowano z użyciem komercyjnego GO z firmy Sigma Aldrich. Warstwą podporową membrany była tkanina polipropylenowa lub poliesterowa. Matryca polimerowa była formowana z fluorku winylidenu jako polimeru (polyvinylidene fluoride PVDF) rozpuszczonego w rozpuszczalniku organicznym dimetyloacetamidzie (dimethyl acetamide DMA). Glikol polietylenowy (polyethylene glycol PGE) dodawano jako plastyfikator. Membrany preparowano metodą inwersji fazowej z dodatkiem lub bez GO. Warstwę aktywną z tlenkiem grafenu wytwarzano trzema sposobami: przez rozpylenie (spraying), dodając do objętości masy polimerowej matrycy i przez wylanie supercienkiej warstwy na matrycy (casting). Zawartość tlenku grafenu w membranie wynosiła około 10 μg/cm². Dla wytworzonych membran określano grubość, wielkość największych porów, wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie i morfologię. Testy związane z transportem wody prowadzono na laboratoryjnym urządzeniu do ultrafiltracji - OSMONICS KOCH. Po badaniach hydrodynamiki obliczano: objętościowy strumień permeatu oraz opór membrany dla membran referencyjnych i z dodatkiem tlenku grafenu.

Since 1990 until the present time there is intensive research on nanoparticles addition to membrane materials. In recent years, many research centres conducted research on production and application of graphene oxide. The aim of the paper was to develop production technology of polymeric membranes with addition of carbon nanostructures represented by graphene oxide. Membranes were prepared using graphene oxide (GO) purchased from Sigma Aldrich. The support membranes was polypropylene or polyester textile. The polymeric matrix was formed using polymer dissolved in an organic solvent, namely polyvinylidene fluoride (PVDF) in dimethyl acetamide (DMA). Polyethylene glycol (PGE) was added as plasticizer. The membranes were prepared by phase inversion with and without GO. The active layer with the GO was produced by three ways: spray method, addition to mass of basic polymer matrix and casting a super thin layer on the polymer matrix. GO content in the membrane was about 10 μg/cm². The membrane thickness, sizes of the largest pores, mechanical tensile strength, morphology and hydrodynamics of membranes were investigated. Research on water transport were performed on the ultrafiltration experimental setup - OSMONICS KOCH. After experiments the following parameters were calculated: volumetric permeate flux, membrane resistance for the reference membrane and with the addition of graphene oxide.