ساخت غشاهاي ماتريس تركيبي ضدميكروب با نانوذرات روي اكسيد، مس اكسيد و نانوكامپوزيت روي اكسيد-مس اكسيد

Fabrication of Antibacterial Mixed Matrix Membranes Using Zinc Oxide and Copper Oxide Nanoparticles and ZnO/CuO Nanocomposite

غشاهاي فراصافشي با جداسازي تركيبات و مواد با وزن مولكولي زياد، نقش مهمي در فرايندهاي شيميايي دارند ،اما يكي از معايب اين فرايند، جرم گرفتگي غشايي است و در مواردي كه خوراك ورودي بستر مناسبي براي رشد ميكروارگانيسم ها باشد، جرم گرفتگي زيستي نيز باعث كاهش بازده فرايند مي شود. براي رفع جرم گرفتگي زيستي، روش هاي متعددي پيشنهاد شده است كه يكي از كارآمدترين روش ها، استفاده از غشاهاي داراي نانوذرات است. روش ها: در اين پژوهش، از نانوذرات روي اكسيد، مس اكسيد و نانوكامپوزيت روي اكسيد-مس اكسيد (ZnO/CuO) با سه غلظت 3 ،1 و %5 وزني در غشاي بر پايه پلي (وينيل كلريد) (PVC) براي بهبود خواص ضدميكروبي استفاده شده است. ابتدا نانوذرات با روش هم رسوبي سنتز و خواص آن ها با آزمون هاي XRD و FTIR، ارزيابي شد. در ادامه، غشاهاي ماتريس تركيبي تهيه شده و خواص آن ها از نظر شار تراوش (عبوردهي)، تخلخل و زاويه تماس بررسي شد. يافته ها: براي بررسي خواص ضدميكروبي غشاها، از آزمون ميكروبي هاله عدم رشد در برابر باكتري گرم منفي اشرشياكلي استفاده شد كه در بين غشاهاي تهيه شده، غشاي داراي %5 وزني نانوذره ZnO با قطر هاله mm 9 و غشاهاي داراي %3 وزني نانوذره ZnO و %5 وزني CuO با قطر هاله 8/1 mm بيشترين خاصيت ضدميكروبي را نشان دادند. بررسي ها نشان داده است، نانوذرات سنتزي قابليت ارتقاي خواص غشاهاي PVC نظير مقدار آب دوستي (كاهش زاويه تماس از °86/28 به °67/55) و نيز ايجاد خاصيت ضدميكروبي را در غشاها داشته است. از اين روش مي توان براي كاهش جرم گرفتگي زيستي غشاها در فرايندهاي جداسازي استفاده كرد.

Hypothesis: Ultrafiltration (UF) membranes play a vital role in chemical processes through the separation of high molecular weight compounds, but suffer from a fouling phenomenon in which materials precipitate or adhere on the membrane surface; since the UF membrane feed is susceptible to the growth of microorganisms, biofouling can occur more often, which reduces the membrane performance. Some methods have been suggested to overcome the biofouling phenomenon which one of the best methods is the application of nanoparticles in the membrane. Methods: ZnO and CuO nanoparticles and ZnO/CuO nanocomposite at three different concentrations (1, 3 and 5% by weights) were used to improve the antibacterial properties of PVC membrane. First, nanoparticles were synthesized through coprecipitation method and characterized by XRD and FTIR analyses. Then, the mixed matrix membranes were prepared and their properties were investigated in terms of permeation flux, porosity and contact angle. Findings: To study the antibacterial properties of the fabricated membranes, the disk diffusion method using Escherichia coli as gram-negative model was applied. The membrane containing 5% (by weight) ZnO with clear zone diameter equal to 9 mm and the membranes containing 3% (by weight) ZnO and 5% (by weight) CuO with clear zone diameter equal to 8.1 mm showed the best antibacterial activities. The results showed that the synthesized nanoparticles can improve the characteristics of the PVC membranes such as hydrophilicity (reducing contact angle from 86.28° to 67.55°) and impart antibacterial activities in the membranes. This method can be utilized to reduce the biofouling of membranes in the separation processes