Ю. Т. Панов, а. И. Вдовина, с. А. Лепешин наносеребро – модификатор мембран на основе полиамида
В настоящее время не существует выпускаемых в промышленном масштабе мембран с бактерицидными свойствами, что вынуждает использовать для инактивации микроорганизмов сильнодействующие дезинфицирующие средства, отрицательно сказывающиеся на здоровье человека и экологии окружающей среды. Одним из способов замены сильнодействующих дезинфицирующих средств является применение мембранной технологии. Для этих целей можно использовать мембраны с добавками, обладающими бактерицидным действием, например частичками наносеребра.
В работе исследовано влияние наносеребра на порометрические характеристики и бактерицидные свойства от способа введения модификатора и его концентрации.
Показано, что оба метода модификации (объемная и поверхностная) влияют на макроструктуру полимера, изменяя точку пузырька и производительность. Мембраны, модифицированные объемным методом, обладают бактериостатичностью, а мембраны, модифицированные поверхностным методом, – бактерицидностью.
Успешное развитие мембранных технологий привело к появлению нового класса мембран, способных задерживать рост микроорганизмов на их поверхности [1]. При использовании различных фильтрующих мембранных устройств в течение длительного времени микроорганизмы, находящиеся в воде, водных растворах и воздухе, размножаясь, могут блокировать поры мембран, что обусловливает снижение их рабочих характеристик и повышает возможность бактериологического заражения фильтрата, что приводит к необходимости срочной замены мембраны или всего фильтра. Эта проблема касается мембранных систем водоподготовки в медицине, фармацевтике, пищевой промышленности, а также стационарных или передвижных установок и индивидуальных средств обеспечения питьевой водой военнослужащих и работников МЧС.
Анализ научно-технической информации в области бактерицидных и бактериостатических материалов показывает, что такого типа мембраны могут быть получены модификацией мембран различными агентами, обладающими бактерицидными свойствами [2].
Цель данной работы – исследование возможности модификации полиамидных микрофильтрационных мембран наносеребром.
Введение модифицирующие добавки вводились в полимерные мембраны на стадии приготовления формовочного раствора (объемная модификация) и нанесением модифицирующего агента на поверхность готовой мембраны (поверхностная модификация).
исследовалось Объемная модификации проводилось путем введения в формовочный раствор препарата наносеребра марки «Силвернано-1»..
Полученные данные показали, что введение наносеребра в различных концентрациях в формовочный раствор, приводит к значительным изменениям порометрических характеристик мембран (рис. 1). Как видно из рисунка, введение уже 0,05 % наносеребра приводит к уменьшению производительности более чем в 2 раза, при этом точка пузырька увеличилась на 12 %, что свидетельствует об уменьшении общего числа пор, при этом их диаметр остается практически неизмененым.
По-видимому, наносеребро, находящееся в объеме, является дополнительным центром кристаллизации. И поэтому общее количество центров кристаллизации увеличивается, что приводит, как известно из [3], к получению более плотной мембраны, вследствие чего точка пузырька увеличивается, а производительность уменьшается. Эффективность бактерицидного действия мембран, модифицированных наносеребром, определяли по количеству колониеобразующих единиц (КОЕ) через 1, 3 и 7 суток. При фильтровании суспензий бактерий E.coli через необработанные мембраны наблюдался сплошной рост бактерий на их поверхностях. При фильтровании через модифицированные мембраны наблюдался замедленный рост бактерий, при этом часть поверхности фильтра оставалась чистой. Из этого следует, что мембраны, обработанные наносеребром, обладают бактериостатичностью, но уровень ее недостаточен для использования в медицинских и фармацевтических целях.
Рис.1. Влияние концентрации наносеребра СAg, % на производительность Q (1) и точку пузырька PТ.П. (2) модифицированных мембран
По-видимому, это связано с тем, что модификация в объеме не позволяет частичкам наносеребра полностью реализовать свои бактерицидные свойства.
Поверхностная модификация осуществлялась нанесением наносеребра на готовые мембраны двух типов со средними размерами пор 0,2 и 0,45 мкм. Влияние модифицирующей добавки на порометрические характеристики приведено на рис.2 и 3.
Из приведенных данных видно, что модификация наносеребром полиамидной мембраны оказывает влияние на порометрические характеристики, но это влияние, по сравнению с объемной модификацией, значительно меньше.
На рис. 4, 5 представлены микрофотографии поверхности мембраны со средним размером пор 0,2 мкм и поверхности мембраны, обработанной наносеребром. Из рисунков видно, что при модификации наносеребром поры на поверхности мембраны уменьшаются, а неровности несколько сглаживаются.
Рис.2 Влияние концентрации наносеребра СAg, %, на производительность Q (1) и точку пузырька PТ.П. (2) модифицированных мембран со средним размером пор 0,2 мкм
Рис. 3. Влияние концентрации наносеребра СAg, %, на производительность Q (1) и точку пузырька PТ.П. (2) модифицированных мембран со средним размером пор 0,45 мкм
По-видимому, поверхностная модификация приводит к изменению структуры поверхности мембраны. Происходит набухание полиамидной мембраны, поэтому часть препарата серебра попадает в поры и уменьшает их размеры, а часть задерживается на неровной поверхности.
Полученные образцы, модифицированные наносеребром, были исследованы на бактерицидные свойства. Было установлено, что мембраны обладали бактерицидными свойствами при фильтровании суспензий бактерий E.coli в течение 7 суток (времени наблюдения). Следовательно, мембраны, модифицированные путем поверхностного нанесения наносеребра, проявляют ярко выраженные бактерицидные свойства и в дальнейшем могут быть рекомендованы для использования в медицине, фармацевтике.
Рис. 4. Микрофотография поверхности полиамидной мембраны
Рис. 5. Микрофотография поверхности полиамидной мембраны при поверхностной модификации
Работа выполнялась в рамках проекта при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (договор № 13.G25.31.0022).
Выводы
1. Разработаны два метода модификации полиамидных микрофильтрационных мембран, для того чтобы придать им бактерицидные свойства путем введения наносеребра на стадии приготовления формовочного раствора и с помощью нанесения его на поверхностный слой готовой мембраны.
2. Изучено влияние количества и способа введения наносеребра на порометрические характеристики мембран.
3. Установлено, что при обоих методах модификации введение наносеребра приводит к увеличению точки пузырька и снижению производительности.
4. Показано, что поверхностная модификация полиамидных мембран наносеребром позволяет получить бактерицидные мембраны, на которых не наблюдается рост бактерий, по крайней мере, в течение 7 суток.
Библиографический список
Брок Т. Мембранная фильтрация. М.: Мир, 1987. С. 464.
Коновалова В. Н., Побегай А. А., Брок М.Т., Бурбан А.Ф. Исследование антимикробных свойств мембран, модефецированных хитозаном // Крит. технологии. Мембраны. 2006. №4 (32). С. 56-61.
Манделькерн Л. Кристаллизация полимеров. - Химия, 1966. С. 366.