Protein affinity membranes based on polyethersulfone (PES) and bovine serum albumin (BSA) were prepared by using an electrospinning method. The changes in the size of nanofiber according to the various conditions of electrospinning (concentration of spinning solution, voltage, flow rate, tip to collector distance) were investigated, and the preparation conditions of the affinity membrane were optimized. XPS and FT-IR results showed the firm incorporation of BSA with PES. It was found PES-BSA nanofibers could be prepared at the temp. of $20{\sim}22^{\circ}C$ and humidity of $45{\sim}55%$. The size of nanofibers increased with increase of the content of PES in the spinning solution while BSA did not affect much to the size of nanofiber. It was also revealed that the narrow size distribution of nanofiber could be obtained with PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%, HFP 92.3 wt% at the electrospinning conditions of 1 mL/hr, 10 cm TCD, and 10 kV.
The adsorption characteristics of L-tryptophan of PES-BSA affinity membranes prepared by using electro-spinning were investigated. It was found that the fiber diameters could be controlled by the comparisons of fiber diameters prepared by various spinning conditions through FESEM and Image Analyzer. Darcy's permeability constants, mechanical properties and hydrophobic properties were enhanced since micro-fibers increased by increasing the composition ratio of HFB and BSA. The elution capacity of L-tryptophan in borate-DMSO buffer solution was higher than that in tris-HCl buffer solution, while the elution capacity of A 7906 type BSA was higher than A 8022 type BSA. This is due to the characteristics of BSA type, i. e. higher purity and uniform molecular weight and better pH stability of A 7906 type BSA than those of A 8022 type BSA.
Protain affinity membranes based on PES-BSA was preapared by the electrospinning method. The process problem caused by the electrospining was solved by using HFB having high solubility and boiling point. It was expecting that the mass production of protein affinity membrane would be possible with broad range of optimized temperature and humidity. BSA in the PES nanofiber was confirmed by the color change from colorless to violet during the biuret test. The buffer solution with DMSO showed that the amount of elution was 5 times higher than the one when the buffer solution without DMSO was used. This is due to the restriction effect of DMSO on the dissociation of L-tryptophan from BSA during the washing step.
The polyethersulfone(PES)-titanium oxide($TiO_2$) hybrid membranes were prepared by immersion precipitation phase inversion method. The casting solution for the preparation of $PES-TiO_2$ hybrid membrane was provided by adding $TiO_2$ nano particles into the basis polymer solution of 14 wt% and 20 wt% PES/N-methyl-2-pyrrolidone(NMP). The $TiO_2$ loading [wt% ($TiO_2/NMP$)] in eating solution was varied from 0 to 60 wt%. Membrane performance and morphological change of the resulting $PES-TiO_2$ hybrid membranes were discussed in aspect of $TiO_2$ loading, by viscosity, coagulation value and light transmittance of the casting solution, measurement of tensile strength, pore size and contact angle, surface and cross sectional SEM images of the hybrid membrane, and ultrafiltration experiments using the hybrid membrane. According as increase of $TiO_2$ loading in the casting solution, viscosity is increased and coagulation value becomes lower, therefore the thermodynamic instability of the casting solution is increased. It is found that when $TiO_2$ loading is increased, 1) precipitation rate becomes faster while instantaneous demixing is maintained, 2) pure water flux, membrane pore size and compaction stability of the resulting membranes are increased, 3) tensile strength and contact angle are decreased. Dead-end ultrafiltration of bovine serum albumin(BSA) solution using the hybrid membrane shows that membrane performance(flux of BSA solution) enhanced up to 7 times compared with the results obtained using the pure PES membrane(not containing $TiO_2$ particle), due to the increase of hydrophilicity.
The asymmetric hybrid membranes of polyethersulfone (PES) and $ZrO_2$ nanoparticles were prepared via new one-step procedure combining simultaneously the phase-inversion method and the sol-gel technique. The optimum contents of $Zr(PrO)_4\;and\;HNO_3$ catalyst were determined by the adsorption experiments of phosphate anion onto the resulting hybrid membranes. The maximum adsorption of phosphate anion is obtained at the conditions of 0.15 mL $Zr(PrO)_4$ addition per 1 mL PES and 30 mL $HNO_3$ addition per 1 mL $Zr(PrO)_4$. Variation of morphology, performance and incorporated $ZrO_2$ amount of the resulting hybrid membranes were discussed and determined using SEM, pure water flux, TGA, ICP, XRD and contact angle measurements. Increasing $Zr(PrO)_4$ addition into casting solution, pure water flux is increased and $ZrO_2$ amount in the hybrid membrane is maximized at the conditions 0.15 mL $Zr(PrO)_4$ addition per 1 mL PES. The prephosphatation of PES-$ZrO_2$ hybrid membrane was studied to modify the surface characteristics of membrane. Ultrafiltration of bovine serum albumin (BSA) solution was performed in a dead-end cell using both a bare (non-phosphated) and a phosphated hybrid membrane. It is revealed that both the permeate flux and BSA rejection were increased as about 40% by prephosphatation of hybrid membrane. These results may be explained on the basis of the increase of membrane hydrophilicity, which was determined from contact angle measurements.
In this research, a new expectation in enhancing the PES (polyethersulfone) polymer phase inversion membrane performances with nanoparticles is proposed by using ZnO. This paper investigated the synthesis of PES phase inversion membranes including ZnO nanoparticles and evaluates the performance of these mixed matrix membranes. The PES-ZnO mixed matrix membranes were fabricated by phase inversion method using the PES-ZnO-NMP(N-methyl-1-pyrrolidone) casting solutions with low ZnO nanoparticles content of 0.375 wt%. The influence of ZnO nanoparticles on the characteristics of PES-ZnO mixed matrix membranes was investigated with scanning electron microscope observations of membrane cross-sections, contact angle measurements, tensile strength measurements, pure water flux measurements and ultrafiltration experiments of BSA solution. Those results showed that the performance advancements in comparison with the pure PES membrane without ZnO in terms of increasing hydrophilicity as well as reducing membrane fouling by adding ZnO nanoparticles even in low concentration.
Polyethersulfone (PES)/sulfonated $TiO_2$ ($STiO_2$) nanoparticles (NPs) UF blended membranes were fabricated with different loadings of $STiO_2$. The modified membranes exhibited significant improvement in surface roughness, porosity, and pore size when compared to the PES membrane. The $P-STiO_2$ 1 and $P-TiO_2$ 1 blended membranes exhibited higher water flux, approximately 102.4% and 62.6%, respectively, compared to PES. SPP-$STiO_2$ and $P-STiO_2$ showed lower Rir fouling resistance than the $P-TiO_2$ blended membrane. Overall, the $STiO_2$-blended membranes provide high hydrophilicity permeability, anti-fouling performance, and improved BSA rejection attributed to the hydrogen bonding force and more electrostatic repulsion properties of $STiO_2$.
The effect of addition of inorganic salts in polyethersulfone (PES) polymer solution on the membrane formation and ultrafiltartion performance was studied through the thermodynamic and kinetic properties of casting solution. To control the thermodynamic and kinetic properties of casting solution, various inorganic salts $[CaC1_2, LiCl, LiClO_4, ZnC1_2 $and Mg(ClO_4)_2]$ were added in the PES/NMP solution. Variation of membrane morphology and performance of the resulting membranes with change of the salt type and content added in tasting solution were discussed using viscosity, coagulation value, light transmittance measurement, overall membrane porosity, ultrafiltration experiment and cross-sectional SEM image. For all kind of inorganic salts, according as increase of the salt content in casting solution, viscosity is increased, coagulation value becomes lower, top layer thickness below the skin surface is increased, bovine serum albumin(BSA) rejection decreased and pure water flux is increased except $CaC1_2$ and LiCl. In case of $CaC1_2$ and LiCl, it is found that when the salt content is increased, the formation of macrovoids is suppressed and the precipitation rate becomes slow while instantaneous demixing of precipitation type is maintained. However, in case of $LiClO_4$ and $Mg(ClO_4)_2,$ it is found that precipitation rate becomes faster.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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