JP2015532341A - ポリアニリン膜ならびにその用途および方法 - Google Patents

ポリアニリン膜ならびにその用途および方法 Download PDF

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Abstract

膜の親水性を増す方法を、本明細書に開示する。ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜を、1つ以上の親水性回復剤で処理し、それにより、膜の親水性を増す。また、開示された方法によって生成された膜も開示する。また、本明細書に開示する1つ以上の膜を含む、製造の物品を本明細書に開示する。この要約は、特定の技術分野における探索を目的とした選別手段であることを意図するものであり、本発明を制限する意図はない。【選択図】 図11

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2012年10月12日に出願された米国仮出願第61/713,439号の恩典を主張するものであり、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
導電性ポリマーであるポリアニリンは、従来、センサー[1〜3]、バッテリ電極[4]、電磁遮蔽デバイス[5、6]、および腐食防止コーティング[7〜9]を作るために用いられている。ポリアニリンは、近年、膜材料として注目を集めている[10〜12]。ポリアニリンの加工性は、特定の溶媒に幾分、限られる。ゲル抑制剤が、ポリアニリンの加工性を増すために、溶媒系中で用いられている。しかしながら、結果として得られる膜は、膜の性能および保守に負の影響を与えかねないゲル抑制剤を用いるときには、より高い疎水性を有する。
したがって、膜、膜を作る方法、および膜の用途が本明細書で説明され、このゲル抑制剤で生成される膜は、膜の親水性を増すように処理されている。
S. Virji, R. Kojima, J.D. Fowler, R.B. Kaner, B.H. Weiller, Polyaniline nanofiber−metal salt composite materials for arsine detection, Chem. Mater., 21 (2009) 3056−3061. L. Al−Mashat, K. Shin, K. Kalantar−zadeh, J.D. Plessis, S.H. Han, R.W. Kojima, R.B. Kaner, D. Li, X. Gou, S.J. Ippolito, W. Wlodarski, Graphene/polyaniline nanocomposite for hydrogen sensing, J. Phys. Chem. B., 114 (2010) 16168−16173. Y. Liao, C. Zhang, Y. Zhang, V. Strong, J. Tang, X.−G. Li, K. Kalantar−zadeh, E.M.V. Hoek, K.L. Wang, R.B. Kaner, Carbon nanotube/polyaniline composite nanofibers: Facile synthesis and chemosensors, Nano Lett., 11 (2011) 954−959. J. Desilvestro, W. Scheifele, O. Haas, Insitu determination of gravimetric and volumetric charge−densities of battery electrodes − polyaniline in aqueous and nonaqueous electrolytes, J. Electrochem. Soc., 139 (1992) 2727−2736. J. Joo, A.J. Epstein, Electromagnetic−radiation shielding by intrinsically conducting polymers, Appl. Phys. Let., 65 (1994) 2278−2280. D.C. Trivedi, S.K. Dhawan, Shielding of electromagnetic−interference using polyaniline, Synth. Met., 59 (1993) 267−272. J. Alam, U. Riaz, S. Ahmad, Development of nanostructured polyaniline dispersed smart anticorrosive composite coatings, Polym. Adv. Technol., 19 (2008) 882−888. W.K. Lu, R.L. Elsenbaumer, B. Wessling, Corrosion protection of mild−steel by coatings containing polyaniline, Synth. Met., 71 (1995) 2163−2166. B. Yao, G.C. Wang, J.K. Ye, X.W. Li, Corrosion inhibition of carbon steel by polyaniline nanofibers, Mat. Lett., 62 (2008) 1775−1778. Z.F. Fan, Z. Wang, M.R. Duan, J.X. Wang, S.C. Wang, Preparation and characterization of polyaniline/polysulfone nanocomposite ultrafiltration membrane, J. Membr. Sci., 310 (2008) 402−408. Z.F. Fan, Z. Wang, N. Sun, J.X. Wang, S.C. Wang, Performance improvement of polysulfone ultrafiltration membrane by blending with polyaniline nanofibers, J. Membr. Sci., 320 (2008) 363−371. G.R. Guillen, T.P. Farrell, R.B. Kaner, E.M.V. Hoek, Pore−structure, hydrophilicity, and particle filtration characteristics of polyaniline−polysulfone ultrafiltration membranes, J. Mater. Chem., 20 (2010) 4621−4628.
本発明の目的(複数可)によれば、本明細書に具現化され、広く説明するように、本発明は、1つの態様では、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜の親水性を増す方法に関する。
膜の親水性を増す方法であって、(a)ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、またはそのコポリマー、ならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜を提供するステップと、(b)膜を1つ以上の親水性回復剤で処理し、それにより膜の親水性を増すステップと、を含む、方法を本明細書に開示する。
また、本明細書に開示する方法を受ける膜を本明細書に開示する。
また、本明細書に開示する1つ以上の膜を含む、製造の物品を本明細書に開示する。
本発明の態様はシステムの法令クラスなどの特定の法令クラスで説明して特許請求することが可能であるとはいえ、これは、利便性のみが目的であり、当業者は、本発明の各々の態様が任意の法令クラスで説明して特許請求することが可能であることを理解するであろう。特に記載ない限り、本細書に記載するいかなる方法または態様が、そのステップが特定の順序で実施されることを要求するものであると解釈されることを全く意図しない。したがって、ステップが特定の順序に制限されると、方法が特許請求の範囲または説明で具体的に述べない場合、いかなる点でも順序が推測されることを全く意図しない。これは、ステップもしくは動作フローの配列、文法的編成もしくは句読法から誘導された平易な意味、または本明細書に記載された態様の数もしくは種類を含む、解釈のあらゆる可能な非表現基礎に当てはまる。
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、いくつかの態様を図解し、また、記述と一緒に、本発明の原理を説明する働きをする。
ポリアニリンのエメラルジン塩基形態(PaNi)と、溶媒の1−メチル−2ピロリジノン(NMP)と、ゲル抑制剤4−メチルピペリジン(4MP)との間での潜在的水素結合相互作用を示す。 異なる時間間隔を用いた50℃での100mMのCSA後処理の後でのPANi−NMP−4MP膜の水接触角度を示す。 不織布支持体およびPANi膜の熱分解を示す。 PANi膜およびCSAのFTIRスペクトルを示す。 a)NMP、b)4MP、c)PANi−NMP膜、d)PANi−NMP−4MP膜、e)CSA処理されたPANi−NMP−4MP膜、およびf)NHOH−CSA処理されたPANi−NMP−4MP膜のH NMRスペクトルを示す。 荷電電流測定によって決定されたPANi膜のゼータ電位を示す。 PANi膜の断面図および表面のSEM画像を示す。 4MPのPANiエメラルジン塩基への還元および環置換を図解する略図を示す。 ゲル抑制剤なしでPANi−NMPから作られた膜のSEM画像を示す。 4−MPをゲル抑制剤としてPANi−NMPから作られた膜のSEM画像を示す。 様々な膜材料の場合の凝集のための自由エネルギーのプロットを示す。 様々な膜およびファウリング物質の場合の凝着のための自由エネルギーのプロットを示す。膜(例えば、PANi−CAS)の各々が、9のファウリング物質に対して試験された。各々の膜のプロットで、左から、ファウリング物質の順序は、PEG、大腸菌、出芽酵母、HSA、プチダ菌、シリカ、アルミナ、カルボキシル変性ラテックス、およびヘキサデカンである。
本発明のさらなる利点は、次の説明で部分的に記載される、説明から部分的に明らかである、または本発明の実施により理解することが可能であろう。本発明の利点は、特に添付の特許請求の範囲に指摘された要素および組み合わせによって実現され、達成されるであろう。前述の一般的説明および次の詳細な説明の双方は例示であり、説明のみであり、特許請求される、本発明を制限するものではないことを理解すべきである。
A. 定義
本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられる、「a」、「an」、および「the」は、文脈がそうでないと明瞭に示さない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「機能グループ」、「アルキル」、または「残留物」に対する言及は、2つ以上のこのような機能グループ、アルキル、または残留物などの混合物を含む。
本明細書では、範囲は、「約」1つの特定の値および/またはから「約」別の特定の値までとして表現され得る。このような範囲が表現される場合、さらなる態様は、1つの特定の値からおよび/または他方の特定の値までを含む。同様に、値が近似値として表現されるとき、先行詞「約」を用いることによって、特定の値がさらなる態様を形成することが理解されるであろう。さらに、範囲の各々のエンドポイントは、他方のエンドポイントに対してと、他方のエンドポイントとは独立に双方で重要であることが理解されるであろう。また、本明細書にはいくつかの値が開示され、かつ、各々の値もまた、その値自身に追加される「約」その特定の値として本明細書に開示されることを理解されるであろう。例えば、値「10」が開示される場合、「約10」もまた開示される。また、2つの特定の単位間の各々の単位もまた開示されることもまた理解される。例えば、10および15が開示される場合、11、12、13、および14もまた開示される。
組成における特定の要素または構成要素の重量部分に対する、本明細書および結論特許請求範囲での指示対象は、重量部分が表現される組成または物品中での要素または構成要素と任意の他の要素または構成要素との間の関係を示す。したがって、構成要素Xの2重量部分と構成要素Yの5重量部分とを含む化合物では、XおよびYは、2:5の重量比で存在する、および、さらなる構成要素が化合物に含まれるかどうかとは無関係にこのような比で存在する。
そうでないと具体的に示されない限り、化合物の重量パーセント(重量%)は、構成要素が含まれる配合組成または組成の合計重量に基づいている。
本明細書で用いられる「誘導体」という用語は、親化合物(例えば、ポリアニリン)の構造から誘導され、その構造が、本明細書に開示するものと充分類似しており、かつその類似性が、親化合物と同一または類似した特定および有用性示すものと当業者によって予測される構造を有する化合物(例えば、ポリマー)のことである。例示の誘導体は、エステル、アミド、アルキル置換物、および親化合物の他の適切な置換物を含む。
本明細書で用いられる「オプションの」または「オプションとして」という用語は、次に記述された事象または環境が起こり得るまたは起こり得ないこと、および記述が、前記事象または環境が発生する事例およびそれが発生しない事例とを含むことを意味する。
本明細書で用いられる「接触させる」という用語は、物質、例えば、親水性回復剤と膜とを、物質が膜と相互作用することが可能であるように、一緒にすることである。
本明細書で用いられる「有効量」および「有効な量」とは、所望の結果を達成するまたは所望されない状態に効果を有するのに十分な量のことである。例えば、「親水性回復剤の効果的な量」とは、膜の親水性の所望の増加を達成するに十分である量のことである。
B.親水性
固体材料の濡れ性。「親液性」または「湿潤」の古典的な定義は、90度未満の液体接触角度であり、他方、「疎液性」または「非湿潤」とは、90度を超える液体接触角度である。Dupreの式によれば、固体−液体の界面自由エネルギーは、固体(1)と、液体(3)、と固体−液体(13)の界面張力との間での差に由来する。(A.Dupre,Theorie Mecanique de la Chaleur;Gauthier−Villars:Paris,1869)。固体−液体界面自由エネルギーは、Young−Dupre式を用いて液体接触角度から直接的に計算される。
この式は、Dupreの式をYoungの式と合成することによって導かれる。(T.Young,“An Essay on the Cohesion of Fluids,”Philosophical Transactions of the Royal Society of London 1805,95,65−87)。事実、式(1)は、Wenzelが示唆するように、表面粗さによって生じた過度の界面面積を説明するYoung−Dupreの式の修正された形態である。式(2)で、rは、Atomic Force Microscopy(AFM)表面面積差から生じ得る粗面化された固体表面の実際の表面面積である(別名、Wenzelの「粗さ係数」または、幾何学的表面面積に対する実際の表面面積の比率)。(R.N.Wenzel,Industrial and Engineering Chemistry 1936,28,988−994)。
固体表面張力の構成要素およびその決定。van Ossによれば、任意の媒体の合計表面張力は、極性構成要素(Lifshitz−van der Waals)と極性構成要素(Lewis酸塩基)との和、すなわち次式になり、
式中、
は、酸塩基の構成要素、
は、電子アクセプタ構成要素および電子ドナー構成要素であり、
は、Lifshitz−van der Waals構成要素である。(C.J.van Oss,Interfacial Forces in Aqueous Media;Marcel Dekker,Inc.:New York,NY,1994)。個々の表面張力構成要素は、既知の表面張力のプローブ液体を用いて測定され、拡張されたYoung式で計算された接触角度から決定される。
式中、それぞれ、θは、表面上でのプローブ液体の平衡接触角度であり、
は、液体の表面張力の合計である。接尾辞sおよびlは、それぞれ固体表面とプローブ液体を表す。
界面自由エネルギー、親水性、およびファウリング抵抗性。接点での界面自由エネルギー
は、液体媒体(3)を介して別の固体材料(2)と相互作用する固定材料(1)の固有安定性へのさらなる洞察を提供する。それは、2つの固体表面間、水分子と固体表面の各々との間、および水分子自身間での相互作用を説明する。界面自由エネルギーは、表面の互い引き付けられるまたは排除される熱力学的傾向を示し、次式で決定される(D.Myers,Surfaces,Interfaces,and Colloids:Principles and Applications;2nd ed.;John Wiley & Sons:New York,NY,1999)。
表面1と2とが同一の材料であれば(すなわち、2=1であれば)、
は、接点での凝集の界面自由エネルギーを示す。これは、「親水性」および「疎水性」の最も基本的な熱力学的定義である。本明細書で用いられる「親水性」という用語および同様の用語は、
の値で決定される凝集の界面自由エネルギーのことである。
は、mJ/m単位で測定される。
が正の値(すなわち、0を超える)であれば、材料は「親水性」であると考えられるが、それは、表面が自発的に接触することを防止するエネルギー障壁(すなわち、親水性反発エネルギーまたは水和エネルギー)があるからである。対照的に、凝集性自由エネルギーが負であれば、2つの表面は自発的に一緒になり、水をそれら自身間から追放するが、これは、疎水引力または疎水性効果として知られている。また、材料が、他方の材料と比較したときにより大きい正のまたはより小さい負の
の値を有する場合、材料は「より親水性である」または「より疎水性ではない」。
「親水性を増すこと」または「親水性を増す」という用語もしくは同様の用語は、本明細書では、
の値の増加のことである。例えば、この値は、負の数(すなわち、−20)からより負でない数(すなわち、−5)にまで増加させることが可能である。別の例では、この値は、負の数(すなわち、−20)から正の数(すなわち、5)にまで増加させることが可能である。さらに別の例では、この値は、正の数(すなわち、5)からより正の数(すなわち、20)にまで増加させることが可能である。これらの全ての例は、「親水性を増すこと」または「親水性を増す」という定義内にある。5mJ/mを持つ膜の
の値を増加させる方法の非制限的な例は、例えば、
の値を、膜の−10mJ/mから−5mJ/mまたは−3mJ/mから2mJ/m、または5mJ/mから10mJ/mに増加させることが可能である。
表面1と2とが異なる材料(例えば、バクテリア細胞と膜)であれば、
は、接点での凝集の界面自由エネルギーを示す。本明細書で用いられる「凝集性」という用語または類似の用語は、
の値によって決まる接点での凝集の界面自由エネルギーのことである。
は、mJ/m単位で測定される。凝集性は、水で分離されたときに接触する異なる材料から成る2つの表面の熱力学的好ましさを記述する。したがって、正の凝集自由エネルギーは、エネルギーを投入して、水を2つの材料表面間から追放して、それらを強制的に一緒にしなければならないことを示し、負の凝集自由エネルギーは、凝集が事前発生的プロセスを示す。材料の凝集性は、材料(すなわち、ポリアニリン膜)のファウリング抵抗性を決定する。より大きい
の負の値は、材料(例えば、膜)および、自身にとって材料に接着したままであることがエネルギー的に好ましいために清浄化することが困難な高度にファウリング性である汚染物質(例えば、バクテリア細胞)と関連付けられる。正である
の値は、よりファウリングでなく、清浄化しやすい材料と関連付けられる。
本明細書で用いられる「接着性を増すこと」または「接着性を増す」という用語または同様の用語は、
の値を増すことである。例えば、この値は、負の数(すなわち、−20)からより負でない数(すなわち、−5)に増加させることが可能である。別の例では、この値は、負の数(すなわち、−20)から正の数(すなわち、5)に増加させることが可能である。さらに別の例では、この値は、正の数(すなわち、5)からより正の数(すなわち、20)に増加させることが可能である。これらの例は全て、「接着性を増すこと」または「接着性を増す」という定義内にある。材料の接着性の増加は、材料(すなわち、ポリアニリン膜)の「ファウリング抵抗性」の増加を示す。5mJ/mを持つ
の値を増加させる方法の非制限的な例は、例えば、
の値を、膜の−10mJ/mから−5mJ/m、または−3mJ/mから2mJ/m、または5mJ/mから10mJ/mに増すことが可能である。
極性の官能基(ほとんどの場合、O、N、S、およびPを含む部分)を含むポリマーは、時たま親水性であると説明され、考えられている。膜の場合、「親水性」という用語は、しばしば、「ファウリング抵抗性」と同義的に用いられるが、幾分ファウリング性のある(例えば、PSf、PES、PC、およびPEI)見かけ上親水性であるポリマー(濡れ性および親水性の古典的定義による)に関する修辞にある混乱が存在している。多分水処理膜にとっては、おそらく特殊な場合を考慮すべきである。van Ossは、かなりの混合した極性官能性を持つ(すなわち、見かけ上は「親水性」であるが、しかしながら、電子ドナーと電子アクセプタとの双方を含む)2つの材料が、のときには、それらは、Lewis酸塩基引力によって熱力学的に互いに引かれ得ると指定している(式4cを参照)。(C.J.van Oss,The Properties of Water and their Role in Colloidal and Biological Systems;Academic Press/Elsevier Ltd.:New York,NY,2008)。式4cの第3項および第4項から、このような材料は、負のAB界面自由エネルギーを誘導しかねず、特に、固体材料のどちらかの電子ドナーまたはアクセプタの表面張力構成要素が水のそれよりも小さいときにはそうである。この現象は、凝集と凝着の双方の自由エネルギーに影響し、したがって、見かけ上「親水性の」材料は、実際には、凝集または凝縮の負の「疎水性」の自由エネルギーを生成し得る。
C.膜の親水性を増す方法
ポリアニリンの操作性は、NMPおよびN,N’−ジメチルプロピレン尿素(DMPU)に一般に限られる溶媒の選定では関心事であった[13、14]。PANiのエメラルジン塩基形態中のイミン窒素とアミン窒素間での鎖間および鎖内の水素結合は、凝集、そして最後にはゲルの形成をもたらす。3〜4もの水素結合が、NMP溶液中のPANiエメラルジン塩基中の四量体繰り返し単位間に形成され得る[15]。ゲル化が、1重量%未満のPANiの濃度で発生しかねず[16〜18]、しばしば、非常に短い時間間隔で発生する[19〜21]、したがって、膜形成にとって望ましい高濃度(約15〜25%)は、ほとんど例外なく一般には不可能である。
ゲル抑制剤、一般的には第2級および第3級のアミン添加物は、これらのPANi操作の問題の一部を軽減する助けとなる[22、23]。ゲル抑制剤は、イミン窒素に水素結合し、それにより、鎖間水素結合によるゲル化を防止する[24〜28]。図1は、PANiのエメラルジン塩基形態とNMP中のゲル抑制剤4MPとの間で発生すると予測されている相互作用および水素結合を示す。これらの添加物は頑丈な膜を形成可能な濃縮されたPANi溶液を提供するが、ゲル抑制剤は、ポリマー構造および化学性質を変更し得る。これは、膜の機械的強度、導電性、親水性などをマイナスに変更し得る[14、27〜31]。より疎水性の膜は、よりファウリングしやすく、究極には、より頻繁に清浄化する必要があり、より高い動作圧力を必要とするが、これは、生産性を維持するには、時間と共により多いエネルギーを必要とし、経費もより多くなる[32〜34]。
膜の親水性を増す方法を本明細書に開示し、本方法は、(a)ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、またはそのコポリマー、ならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜を提供するステップと、(b)膜を1つ以上の親水性回復剤で処理し、それにより、膜の親水性を増すステップと、を含む。開示する方法は、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜の親水性を増すおよび/または回復する。したがって、1つの態様では、本方法は、よりファウリングしにくい膜を作り、また、膜の機械的強度、導電性、および/または親水性を増すことが可能である。
膜を形成するために用いることが可能なポリアニリン誘導体、またはそのコポリマー、ならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む溶液の製造が、米国特許第5,981,695号、第6,123,883号、第6,429,282号、第6,797,325号、および第7,563,484号に記載され、これらはすべてが、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
1つの態様では、膜を形成するために用いることが可能なポリアニリン誘導体、またはそのコポリマー、ならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む溶液は、N−メチル−2−ピロリジノン、N−エチル−2−ピロリジノン、1−シクロヘキシル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、N−メチルカプロラクタム、1,5−ジメチル−2−ピロリジノン2ピロリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、1−メチル−2−ピリドン、1−アセチルピロリジン、1−アセチルピペリジン、4−アセチルモルホリン、1−アセチル−3−メチルピペリジン、N,N−ジメチルプロピオンアミド、N,N,N’,N’−テトラメチル尿素、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、四メタイレンスルフォキシド、ヘキサメチルリンアミド、Δ−バレロラクタムもしくはN,N−2−トリメチルプロピオンアミド、またはそれらの組み合わせを含む溶媒を含むことが可能である。例えば、膜形成に用いることが可能な、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む溶液は、1−メチル−2−ピロリジノンを含むことが可能である。
1つの態様では、膜は、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、およびそれのコポリマーを含む。例えば、膜はポリアニリンを含むことが可能であるおよび/または膜はポリアニリン誘導体を含むことが可能であるおよび/または膜はポリアニリンコポリマーを含むことが可能である。別の例では、膜はポリアニリンを含む。さらに別の例では、膜はポリアニリン誘導体を含む。さらに別の例では、膜はポリアニリンコポリマーを含む。さらに別の例では、膜はポリアニリン誘導体コポリマーを含む。ポリアニリンコポリマーは、PANiエメラルジン塩基四量体などのアニリン繰り返し単位を含むポリマーであり得る。したがって、ポリアニリンコポリマーは、ランダムなまたはブロックのコポリマーであり得る。
1つの態様では、1つ以上のゲル抑制剤は、第一級アミン、第二級アミン、もしくは第三級アミン、またはその組み合わせを含む。例えば、1つ以上のゲル抑制剤は、第一級アミン、もしくは第二級アミン、またはその組み合わせを含む。別の例では、1つ以上のゲル抑制剤は、第二級アミンを含む。
1つの態様では、第二級アミンは、4−メチルピペリジン、2−メチルアジリジン、アゼチジン、ピロリジン、ピペリジン、ヘキサメチレンイミン、ヘプタメチレンイミン、3−ピロリン、3−ピロジニロール、(R)−(−)−ピロリジン−2−メタノール、(S)−(+)−ピロリジン−2−メタノール、4−エチル−2−メチル−(3−メチルブチル)オキサゾリジン、(S)−(+)−(アニリノメチル)ピロリジン、1,3,3−トリメチル−6−アザニシクロ[3,2,1]オクタン、(S)−(+)−(メトキシメチル)ピロリジン、インドリン、チオモルホリン、デカヒドロキノリン、2,6−ジメチルモルホリン、ジエチルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、N−メチルヘキシロアミン、1−アザ−15−クラウン−5、1,2,3,6−テトラヒドロピリジン、1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、1,4−ヂオキサ−8−アザスピロ[4,5]−デカン、3,3−ジメチルピペリジン、モルホリン、もしくは3,5−ジメチルピペリジン、またはその組み合わせを含む。
1つの態様では、第一級アミンは、サイクロプロピルアミン、n−ブチルアミン、サイクロブチルアミン、シクロヘキシルアミン、アミルアミン、t−アミルアミン、2−アミノ−1−メトキシプロパン、4−アミノモルホリン、(+/−)−外−2−アミノノルボルナン、1,2−ジアミノプロパン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、シクロオクチルアミン、1,4−ジアミノブタン、1−アミノピペリジン、1−アミノホモピペリジン、テトラヒドロフルフリルアミン、フルフリルアミン、1,2−ジアミノ−2−メチルプロパン、1−メチル−4−(メチルアミノ)ピペリジン、もしくは4−(2−アミノエチル)モルホリン、またはその組み合わせを含む。
1つの態様では、第三級アミンは、N−メチルピペリジン、N,N’ジメチルピペラジン、もしくはトリエチルアミン、またはその組み合わせを含む。
1つの態様では、1つ以上のゲル抑制剤は、4−メチルピペリジン、n−ブチルアミン、2,5−ジメチル−3−ピロリン、3,3−ジメチルピペリジン、ヘプタメチレンイミン、ジイソプロピルアミン、ヘキサメチレンイミン、N−エチルベンジルアミン、ピペラジン、2,6−ジメチルモルホリン、ピペリジン、ジブチルアミン、N−メチルピペリジン、N,N’−ジメチルピペラジン、もしくはジメチルニペコチンアミド(diethylnipecotinamide)、トリエチルアミン、またはその組み合わせを含む。例えば、1つ以上のゲル抑制剤は、4−メチルピペリジンを含むことが可能である。
1つの態様では、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、例えば、1:2のモル比などの0.1〜5:0.1〜10のポリアニリンまたはそのコポリマー対1つ以上のゲル抑制剤のモル比を含む溶液から作ることが可能である。1つの態様では、ポリアニリンまたはそのコポリマー対1つ以上のゲル抑制剤の比は、膜を形成することが可能な比であり得、これは、PANiのエメラルジン塩基形態間の鎖内ヒドロゲン結合によるゲル化を防止する。このような定量は、例えば、ポリアニリンまたはそのコポリマー対1つ以上のゲル抑制剤の1:2のモル比であり得る。
1つの態様では、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、少なくとも0.1重量%の1つ以上のゲル抑制剤を含む。例えば、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、少なくとも0.1重量%、0.5重量%、1重量%、3重量%、5重量%、7.5重量%、10重量%、15重量%、20重量%、または30重量%の1つ以上のゲル抑制剤を含む。
1つの態様では、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、織物などの基板上のキャスティング物である。
1つの態様では、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、5%、4%、3%、2%、1%、0.8%、0.6%、0.4%、0.2%、0.1%、または0.05%未満の表面多孔率を有する。例えば、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、例えば、0.4%または0.2%未満などの、1%、0.8%、0.6%、0.4%、0.2%、0.1%、または0.05%未満の表面多孔率を有する。
1つの態様では、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、20nm、15nm、10nm、7.5nm、5nm、または2.5nm未満の平均細孔サイズ直径を有する。例えば、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜は、例えば、7.5nmまたは5nm未満などの10nm、7.5nm、5nm、または2.5nm未満の平均細孔サイズ直径を有する。
1つの態様では、処理は、少なくとも15分、30分、45分、60分、90分、120分、または180分にわたって、膜に親水性回復剤を接触させることを含む。例えば、処理は、少なくとも15分にわたって、膜に親水性回復剤を接触させることを含む。別の例では、処理は、少なくとも60分にわたって、膜に親水性回復剤を接触させることを含む。
1つの態様では、ポリアニリンもしくはそのコポリマーならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜を1つ以上の親水性回復剤で処理することは、膜の親水性を増すために、1つ以上の親水性回復剤の有効量で膜を処理することを含む。
1つの態様では、処理は、1つ以上の親水性回復剤を用いて膜を濾過することを含む。1つの態様では、濾過は、少なくとも15分、30分、45分、60分、90分、120分、または180分にわたって、1つ以上の親水性回復剤を用いて膜を濾過することを含む。例えば、濾過は、少なくとも15分にわたって親水性回復剤を用いて膜を濾過することを含む。別の例では、濾過は、少なくとも60分にわたって、親水性回復剤を用いて膜を濾過することを含む。
1つの態様では、1つ以上の親水性回復剤は、有機スルホン酸を含む。有機スルホン酸は、モノスルホン酸またはジスルホン酸であり得る。1つの態様では、有機スルホン酸は、C1〜C12の置換または非置換のアルキル、C1〜C12の置換または非置換のアルケニル、C1〜C12の置換または非置換のアルキル、C1〜C12の置換または非置換のシクロアルキル、C1〜C12の置換または非置換のヘテロアリル、C1〜C12の置換または非置換のヘテロシクリルを含む。例えば、有機スルホン酸は、C3〜C12の置換または非置換のアルキル、C3〜C12の置換または非置換のアルケニル、C3〜C12の置換または非置換のアルキル、C3〜C12の置換または非置換のシクロアルキル、C3〜C12の置換または非置換のヘテロアリル、C3〜C12の置換または非置換のヘテロシクリルを含む。別の例では、有機スルホン酸は、C6〜C12の置換または非置換のアルキル、C6〜C12の置換または非置換のアルケニル、C6〜C12の置換または非置換のアルキル、C6〜C12の置換または非置換のシクロアルキル、C6〜C12の置換または非置換のヘテロアリル、C6〜C12の置換または非置換のヘテロシクリルを含む。
1つの態様では、1つ以上の親水性回復剤は、(+/−)樟脳−10−スルホン酸、硫酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ペルフルオロプロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ペルフルオロヘキサンスルホン酸、ペルフルオロオクタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼン、スルホン酸、タウリン(2−アミノエタンスルホン酸)、ホモタウリン(3−アミノプロパンスルホン酸)、ナフタリンスルホン酸、2,5ナフタリンジスルホン酸、ジノニルナフタリンスルホン酸、ジノニルナフタリンジスルホン、ポリビニルスルホン酸塩、もしくはポリスチレンスルホン酸塩、またはその組み合わせを含む。例えば、1つ以上の親水性回復剤は、(+/−)樟脳−10−スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ペルフルオロプロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ペルフルオロヘキサンスルホン酸、ペルフルオロオクタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼン、スルホン酸、タウリン(2−アミノエタンスルホン酸)、ホモタウリン(3−アミノプロパンスルホン酸)、ナフタリンスルホン酸、2,5ナフタリンジスルホン酸、ジノニルナフタリンスルホン酸、ジノニルナフタリンジスルホン、ポリビニルスルホン酸塩、もしくはポリスチレンスルホン酸塩、またはその組合せを含む。別の例では、1つ以上の親水性回復剤は、(−)樟脳−10−スルホン酸、もしくは(+)樟脳−10−スルホン酸、またはその組み合わせなどの(+/−)樟脳−10−スルホン酸を含み得る。
1つの態様では、膜は、処理前は負の
の値を有する。例えば、膜は、処理前は、−2、−4、−6、−8、−10、−15、または−20mJ/m未満の負の
の値を有し得る。例えば、膜は、処理前は、−8mJ/m未満の負の
の値を有し得る。1つの態様では、膜は、処理前は、−2〜−20mJ/mの負の
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、処理後は、正の
の値を有する。1つの態様では、膜は、処理後は、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有する。例えば、膜は、処理後は、少なくとも10mJ/mの正の
の値を有し得る。別の態様では、膜は、処理後は、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、処理後は、5〜25mJ/mの正の
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、処理後は、少なくとも5、10、15、20、25、30、50、75、または100mJ/mの増加した
の値を有する。例えば、膜は、処理後は、処理後の少なくとも20、25、または30J/mなどの、少なくとも5、10、15、20、25、30、または50J/mの増加した
の値を有し得る。別の態様では、膜は、処理後は、5〜100mJ/mの増加した
の値を有し得る。例えば、膜は、処理後は、処理後の20〜50mJ/mなどの、5〜50mJ/mの増加した
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、処理後には減少した接着性を有する。
別の態様では、膜は、処理後には増加したファウリング抵抗性を有する。
1つの態様では、膜は、処理後は、正の
の値を有する。1つの態様では、膜は、処理後は、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有する。例えば、膜は、処理後は、少なくとも10mJ/mの正の
の値を有し得る。別の態様では、膜は、処理後は、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、処理後は、5〜35mJ/mの正の
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、処理後は、少なくとも5、10、15、20、25、30、50、75、または100mJ/mの増加した
の値を有する。例えば、膜は、処理後は、処理後の少なくとも20、25、または30J/mなどの、少なくとも5、10、15、20、25、30、または50J/mの増加した
の値を有する。別の態様では、膜は、処理後は、5〜100mJ/mの増加した
の値を有し得る。例えば、膜は、処理後は、処理後の20〜50mJ/mなどの、5〜50mJ/mの増加した
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、シリカ、ポリエチレングリコール(PEG)、ヒト血清アルブミン(HSA)、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有する。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、少なくとも10mJ/mの正の
の値を有し得る。別の態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、5〜35mJ/mの正の
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、少なくとも5、10、15、20、25、30、50、75、または100mJ/mの増加した
の値を有する。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、処理後の少なくとも20、25、または30J/mなどの、少なくとも5、10、15、20、25、30、または50J/mの増加した
の値を有し得る。別の態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、5〜100mJ/mの増加した
の値を有し得る。例えば、膜は、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、処理後は、処理後の20〜50mJ/mなどの、5〜50mJ/mの増加した
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有する。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、少なくとも10mJ/mの正の
の値を有し得る。別の態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、5〜35mJ/mの正の
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、少なくとも5、10、15、20、25、30、50、75、または100mJ/mの増加した
の値を有する。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、処理後の少なくとも20、25、または30J/mなどの、少なくとも5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの増加した
の値を有し得る。別の態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、5〜100mJ/mの増加した
の値を有し得る。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、処理後は、処理後の20〜50mJ/mなどの、5〜50mJ/mの増加した
の値を有し得る。
D.膜
また、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、またはそのコポリマーを含む膜が開示され、膜は本明細書に開示する方法の1つを受けている。例えば、ポリアニリンまたはそのコポリマーを含む膜が、本明細書に開示する方法を受けている。
1つの態様では、膜は、正の
の値を有する。1つの態様では、膜は、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、少なくとも10mJ/mの正の
の値を有し得る。別の態様では、膜は、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、5〜25mJ/mの正の
の値を有し得る
1つの態様では、膜は、正の
の値を有する。1つの態様では、膜は、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、少なくとも10mJ/mの正の
の値を有し得る。別の態様では、膜は、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、5〜35mJ/mの正の
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、正の
の値を有する。1つの態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、少なくとも10mJ/m3の正の
の値を有し得る。1つの態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに、5〜35mJ/mの正の
の値を有し得る。
1つの態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、正の
の値を有する。1つの態様では、膜は、処理後は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、少なくとも1、5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
の値を有する。例えば、膜は、処理後は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、少なくとも10mJ/mの正の
の値を有する。別の態様では、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、1〜50mJ/mの正の
の値を有し得る。例えば、膜は、シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはその組み合わせに対して測定したときに、5〜25mJ/mの正の
の値を有し得る。
E.製造物品
また、本明細書に開示する膜のうちの1つ以上を含む製造物品を開示する。
例えば、製造物品は、本明細書に開示する膜を含み得る。
1つの態様では、製造物品は、浄化のためのデバイスである。例えば、製造物品は、水淡表面水、逆浸透膜による脱塩後の海水、油状の排水、都市下水、または他の産業排水の浄化のためのデバイスであり得る。例えば、製造物品は、タンパク質を分離する、液体食品および飲料製品を浄化する、腎臓分析を実施するためのデバイスであり得る。
F.使用方法
また、水を浄化するための方法であって、(a)本明細書に開示する膜を提供するステップであって、膜は第1の面および第2の面を有する、提供するステップと、(b)膜の第1の面を第1の圧力で第1の塩分濃度を有する第1の容積の第1の溶液と接触させるステップと、(c)膜の第2の面を第2の圧力で第2の塩分濃度を有する第2の容積の第2の溶液と接触させるステップであって、第1の溶液が、膜を介して第2の溶液と連通する、ステップと、を含み、第1の塩分濃度が、第2の塩分濃度よりも高く、それにより、膜を通して浸透圧を作成し、第1の圧力が、浸透圧を克服するのに十分なほど第2の圧力より高く、それにより、第2の溶液を増加させ、第1の溶液を減少させる、方法が本明細書に開示される。
また、不純物を濃縮する方法であって、(a)本明細書に開示する膜を提供するステップであって、膜は第1の面および第2の面を有する、提供するステップと、(b)膜の第1の面を第1の圧力で第1の不純物濃度を有する第1の容積の第1の混合物と接触させるステップと、(c)膜の第2の面を第2の圧力で第2の不純物濃度を有する第2の容積の第2の溶液と接触させるステップと、(d)不純物を収集するステップであって、第1の混合物が、膜を介して第2の溶液と連通する、ステップと、を含み、第1の不純物濃度が、第2の不純物濃度よりも高く、それにより、膜を通して浸透圧を作成し、第1の圧力が、浸透圧を克服するのに十分なほど第2の圧力より高く、それにより、第2の溶液を増加させ、第1の溶液を減少させる、方法が本明細書に開示される。
以下の実施例は、本明細書に特許請求される化合物、組成、物品、デバイス、および/または方法がどのように作成され、評価されるかついての完全な開示および説明を当業者に提供するために記載されており、また、純粋に本発明の例であることを意図し、発明者がその発明と見なすところのものの範囲を制限する意図はない。数(例えば、量、温度など)に関して正確さを保証するように努力されているが、幾分かの誤りおよび逸脱は考慮されるべきである。別様に記載のない限り、割合は重量割合であり、温度は℃または周辺温度であり、圧力は大気圧またはその近傍である。
本発明の化合物を準備するためのいくつかの方法を、以下の実施例に解説する。開始材料および必要中間物は、一部の例では市販されており、または、文献にしたがってまたは本明細書に示すように準備することが可能である。
a.実施例1
ゲル抑制剤である4−メチルピペリジン(4MP)、ポリアニリン(PANi)/1−メチル−2−ピロジニノン(NMP)の混合物の添加は、高いポリマー濃度で安定したポリマー溶液を生成した。NMP−4MP溶液中の18ポリマー重量%PANiからの膜キャスティング物は、98%少ない水透過性であったが、NMP中の18ポリマー重量%PANiからのそれらのキャスティング物よりも91%大きいタンパク質拒絶反応を示した。脱イオン水を用いた位相反転後は、PANi−NMP膜は、24°の水接触角度を有し、PANi−NMP−4MP膜は、42°の接触角度を有していた。膜の親水性のこの減少は、水素結合と環置換した4MP/ポリアニリンの会合の組み合わせから発した。異なる酸溶媒と塩基溶媒とによる化学的後処理は、様々な水分流動、タンパク質拒絶反応、界面親水性、および機械的特性を生成した。カンファースルホン酸による後処理は、ポリマーマトリックスから4MPの水素結合断片を改善に除去し、膜の親水性を回復するにあたって最も効果的であった。純粋のポリアニリンの限外濾過膜が、ゲル抑制剤および化学的後処理の使用によって、卓越した機械的特性、界面特性、および分離特性を持つように作成することが可能であると推測される。
(a)材料および方法
(i)材料
超純水18MΩ脱イオン(DI)水が、逆浸透システム(RODI−C−12BL、Aqua Solutions、Inc.)によって生成された。硫酸(Sigma−Aldrich、No.320501)、アンモニウム過酸化二硫酸塩(Fisher、No.A682)、水酸化ナトリウム(Fisher、No.S612)、メタノール(Sigma−Aldrich、No.322415)、NMP(Sigma−Aldrich、No.443778)、4MP(Sigma−Aldrich、No.M73206)、塩酸(Sigma−Aldrich、No.258148)、p−トルエンスルホン酸一水和物(PTSA)(Fisher、No.AC17178)、(+/−)樟脳−10−スルホン酸(CSA)(AlfaAesar、No.A12620)、4−デオドシルベンゼンスルホン酸(DBSA)(Sigma−Aldrich、No.44198)、水酸化アンモニウム(Sigma−Aldrich、No.320145))、ウシ血清アルブミン(BSA)(Sigma−Aldrich、No.A9647)、塩化ナトリウム(Fisher、No.S271))、ジメチルスルホキシド−d(ケンブリッジ同位元素研究所、No.DLM−10)、および塩化カリウム(Fisher、No.P217)が、すべて受領された状態で使用された。
(ii)ポリマー溶液の製造および膜の形成
ポリアニリンが、以前に詳細に報告されたように、我々の研究所で合成された[12]。ポリアニリンは、溶媒に添加されるのに先立って、一晩50℃で、真空オーブン(約25Hg)で乾燥された。ポリマー溶液は、18重量%の粉砕されたPANi粉末を、82重量%のNMP(PANi−NMP)もしくは72重量%NMPと10重量%の4MP(PANi−NMP−4MP)、すなわち2モルの4MPとの混合物、モルPANiエメラルジン塩基四量体、0.547gの4MP/gPANiエメラルジン塩基に添加することによって準備された[15、22、26〜28]。PANiは、激しく攪拌しながら1時間にわたって溶媒に添加される。ポリマー溶液は、緊密に閉られたバイアル中に、3日にわたって攪拌された。
PANi超濾過膜は、浸漬析出法によって形成された[45]。ポリマー溶液は、フィルム形成前に1時間にわたって密閉され静置された。フィルムは、隙間ゲージを用いて152μmの高さに設定されたキャスティングナイフ(Gardco Adjustable Micrometer Film Applicator、MicromII、AP−99500701)を用いて広げられた。フィルムは、不織ポリエステル織物(NanoHO、Inc.ロスアンジェルス、CA)上で手動キャスティングされ、即座に20℃で3リットルの脱イオン水を含む凝固浴槽に配置された。フィルムキャスティング中の相対湿度は、50〜55%であった。膜は、脱イオン水に漬けられるプラスチック保管袋に転送される前に30分にわたって凝固浴槽に滞留した。保管袋中の水は、2時間にわたって30分毎にDI淡水と置き換えられた。膜は、次に、後処理およびさらなる特徴付けに先立って脱イオン水中に4℃で保管された。
(iii)膜の後処理
PANi UF膜は、100mMのHCl、HSO、PTSA、CSA、DBSA、またはNHOHの150mlの水溶液を含むビーカー中に膜クーポンを配置することによって後処理された。類似した後処理が、50℃で脱イオン水を用いて実行された。おとなしい攪拌が、125rpmに維持された。CSAを膜から除去する意図を持った特殊な後処理が、おとなしい攪拌で3時間にわたって50℃で100mMのNHOH中で実行された。CSA後処理は、別様に記載ない限り、1時間にわたって50℃で100mM CSAを用いて実行された。
(iv)膜の特徴化
膜のサンプルが、25mmのパンチ(Osborneのアーチパンチ、OS−149−m25、Campbell Bosworth Machinery Co.)を用いて性能試験のために切り取られた。サンプルは、湿った状態に維持され、3.5cmの膜面積(Am)を持つ端末攪拌されたセル(UHP−25、Advance MFS,Inc.)中に配置された。透過容積流量が、デジタル式のHPLC液体流量計(FlowCal5000、Tovatech,LLC)を用いて測定された。膜は、30分にわたって5%未満の浸透性の減少が達成されるまで、20℃で20psiの膜透過圧力下で脱イオン水によって圧縮された。透過容積流量(Qp)が、次に、20、10、および5psiの膜透過圧力(Δp)で記録された。膜の純水透過性(Lp)が、次式から計算された[46]。
膜のタンパク質拒絶反応が、純粋透過性試験のすぐ後で測定された。透過性試験の残留水が、攪拌セルから除去されて、50mM NaCl中の1000mgl−1BSAの10ml容積と交換された。BSAは、この溶液中で6nmの水力学直径を有する[12]。撹拌速度は、350rpm(Resc=2963)に維持された。攪拌セルのレイノルズ数は、次式から計算された。
式中、ρは流体密度(kgm−3)、ωは各速度(rads−1)、rscは攪拌セル半径(9×10−3m)、μは、流体の動的粘度(kgm−1−1)である[47]。4.1×10−6ms−1の攪拌セルの質量移動係数は、次式を用いて計算された[47]。
式中、DはBSAの拡散係数(5.9×10−11−1)、Shscは、攪拌セルシャーウッド数、Scはシュミット数(Sc=μ・ρ−1・D−1)である。一定の透過圧力が設定されて、40ガロンft−2−1(19μms1)の初期透過流量が与えられ、5mlの透過量が収集された(50%回収)。供給物のタンパク質濃度(c)および透過物のタンパク質濃度(c)が、λ=278mmで、UV−vis吸収法で決定された(DU(登録商標)730 Life Science UV/Vis Spectrophotometer、Beckman Coulter)。溶質拒絶反応(R)が、次式に基づいて計算された。
脱イオン水接触角度が、角度計(DSA10、KRUESS GmbH)を用いて測定された。ここでは、PANiフィルムの親水性のため、水中気泡測定技法を用いた。10滴を測定して、最高値および最低値を切り捨てた。フーリエ変換赤外線(FTIR)(ATR PRO450−S ZnSe結晶付きのJASCO FT/IR−6300)スペクトルが、各々の膜に対して測定された。膜は、測定に先立って、20℃で一晩、デシケータ中で乾燥された。
H−Nuclear Magnetic Resonance(H−NMR)試験が、室温でBruker Advance AV300(300.1MHz)の計器で実行された。NMPおよび/または4MPが膜から蒸発することを防止するために、膜は、真空中でまたは熱的に乾燥された。飽和膜溶液は、DMSO−dで準備され、NMP/4MP基準が、純粋溶液として測定された。H−NMRの化学シフトが、重水素化DMSO溶媒信号に対して報告された。
荷電電流が、調整可能ギャップ界面動電アナライザ(SurPASS Electrokinetic Analyzer、Anton−Paar GmbH)を用いて測定された。流量チャネルギャップは、100μmに設定され、20℃で1mM KCl溶液が、背景電解質として用いられた。荷電電流が、2〜10のpH範囲で決定され、HClおよびNaOHを用いて調整された。膜のゼータ電位(ζ)が、Helmholtz−Smoluchowski式を用いて計算された。
式中、dI/dpは、荷電電流対圧力の勾配、μは溶液の動的粘度、εは溶液の誘電率、εは真空誘電率、Lは流動チャネル長、Aは流動チャネルの断面積である。
膜のサンプルは。PANiを完全にドーピングされ、導電性となるように1時間にわたってpH1でHSOに漬けることによって、SEM(Nova600 NanoLab DualBeam(商標)−SEM/FIB、FEI Company)用に準備された。サンプルは、20℃で一晩、デシケータ中で乾燥された。断面は、液体窒素を用いる凍結破壊法によって未支持膜から準備された。膜表面のSEM画像は、前に説明した手順によって、多孔性および孔サイズを求めて分析された[12、48]。
膜の引張強度の分析が、5mm×100mmの膜サンプル上に対して実行された。サンプルの厚さが、分析前にマイクロメータを用いて測定され、厚さの平均値を用いて、結果を計算した。全てのサンプルが、80mmのゲージ長で、2mm分―1の速度で引っ張って、United Testing Systemsの張力試験装置中に25℃で配置された。2組のサンプル状態が用いられた。1組のサンプルが、サンプルが、水保管袋から除去され、ナプキンを用いて軽くたたいて乾燥された後で直接的に試験される湿潤状態で測定された。別の組のサンプルが、サンプルが最初に空中で1時間にわたって乾燥され、次に24時間にわたってデシケータ中に配置される乾燥状態で試験された。
熱重量測定法(TGA)が、Haake InstrumentsのSeiko ExStar TG/DTA6200に対して実行された。サンプルは、2℃分―1の加熱速度でN流量(90ml分−1)の保護下で測定され、20〜550℃にわたって温度試験された。サンプルは、TGA測定に先立って24時間にわたってデシケータ中で乾燥された。
(b)結果
(i)PANi操作性に対する4MPの影響
2:1モルの4MP:PANiエメラルジン塩基四量体の比で4MPを添加することは、ポリマー溶液の品質を向上させる。72重量%のNMPと10重量%の4MPとを含む18重量%のPANi混合物は、1日内で実行可能なポリマー溶液を生成する。実行可能なポリマー溶液とは、本明細書では、膜をそれからキャスティングすることが可能なポリマーと溶媒との混合物であると定義され、膜にキャスティングすることが不可能な実行不可能なポリマー溶液は、数秒以内でゲルを形成する。4MP:PANiエメラルジン塩基が2:1モル比である我々の合成したPANiを含むポリマー溶液は、数ヶ月にわたってゲル化しない。しかしながら、4MP無しのPANi−NMP混合物は、実行可能なポリマー溶液を生成するには2日を要し、このポリマー溶液は、ゲル形成前に2〜5日にわたって実行可能状態に留まる。4MPの添加は、PANiの完全な溶解を可能とし、ポリマー溶液の実行可能性の窓を大いに拡張する。
(ii)PANI膜の親水性に対する化学的後処理の影響
PANi−NMP膜と、未処理のおよび後処理されたPANi−NMP−4MP膜の水中気泡水接触角度を、後処理に用いられた酸および塩基の分子量、陰イオン寸法、およびpKと共に表1に要約する。
表1は、後処理分子の分子量、陰イオン寸法、およびpKaと、50℃での1時間の後処理後のPANi−NMP−4MP膜の水接触角度とを示す。
陰イオン寸法は、Yangらによって概括されたプロトコルを介してChem3Dソフトウエア(CambridgeSoft)を用いて近似された[28]。塩素イオンの寸法は、イオン直径である[49]。4MPをポリマー溶液に添加することは、22°から42°(未処理)へと膜の水接触角度を増す[12]。1時間にわたる50℃でのHO中でのこのPANi−NMP−4MP膜の後処理は、膜の水接触角度を変化させない。50℃での100mMのHSO、PTSA、およびDBSAでの1時間にわたる後処理は、膜の親水性にはほとんど影響しない。50℃での100mMのHClおよびNHOHでの1時間にわたる後処理は、膜の親水性を増すように思われる。しかしながら、50℃での100mMのCSA中での1時間にわたるPANi−NMP−4MP膜の後処理は、膜の水接触角度を18.4°に減少させる。膜表面から余分のCSAを除去しようとして、CSA後処理されたPANi−NMP−4MP膜が、50℃で100mMのNHOH中で3時間にわたってさらに処理された(CSA−NHOH)。この処理は、膜の親水性にさらに影響することはない(接触角度=17.2°)。PANi−NMP−4MP膜は、次のプロセスによって広範囲にわたって後処理された:50℃での100mMのCSA中での1時間にわたる処理→20℃での20psi下のDI HOの60分にわたる濾過→45℃での10分にわたる0.5MのHSO処理→45℃での10分にわたる1MのNaOH処理→20℃での20psi下のDI HOの30分にわたる濾過。この処理は、表1では、「CSA−濾過−酸−塩基−濾過」とラベル付けされている。CSA処理された膜の親水性は、さらなる水濾過と、酸および塩基による処理(接触角度=17.1°)によって影響されなかった。
膜の親水性に対するCSA処理の影響を、図2に示す。PANi−NMP−4MP膜は、50℃で100mMのCSAで処理された。膜の親水性は、10分にわたる処理後に増加し始めた。処理された膜のエリアが比較的疎水性(接触角度=42°)のままであるが、数ミリ離れた部分は親水性を回復する(接触角度20°未満)には、10分と60分との間の遷移時間があった。15分および30分のCSA処理時間での接触角度値がより大きい誤差のバーがあるには理由がある。最大の膜親水性は、CSA処理1時間後に達成された。膜の親水性に対するCSA処理温度の影響を、表2に示す。PANi−NMP−4MP膜は、1時間にわたって100mMのCSAで処理された。膜の親水性は、試験された全ての温度で回復された。
表2は、異なる温度での1時間にわたる100mMのCSA後処理後のPANi−NMP−4MP膜の水接触角度を示す。
(iii)PANi膜の性能に対するCSA後処理の影響
純水透過性が、未処理と、CSA処理とのPANi−NMP−4MP膜に対して測定され、表3に要約する。4MPを含まない18重量%PANi−82重量%のNMP膜に対する0%のBSA拒絶反応を持つ1050μms−1バール−1の膜の純水透過性が既に報告されている[12]。膜の透過性は、ポリマー溶液に対する10重量%の4MP添加後に98%減少する。PANi−NMP−4MP膜のBSAタンパク質拒絶反応は、0%から91%まで増加する。50℃での1時間にわたる100mMのCSAでのPANi―NMP−4MP膜の後処理は、約15%だけBSA拒絶反応を減少させ、透過性は少し減少する。
表3は、未処理の膜と、CSA処理された膜との膜の純水透過性およびBSA拒絶反応を示す。
(iv)PANi膜の機械的特性および熱特性
不織布支持織物および膜の厚さおよび引っ張り係数を、表4に示す。乾燥された支持織物は、湿ったサンプルよりも約13%薄い。PANi膜の内で、未処理PANi−NMP膜のみが、厚さのわずかな減少(7%)を示した。50℃で100mMのCSAを用いる後処理は、膜の厚さに影響はなかった。CSA処理済みと未処理との双方のPANi−NMP−4MP膜は、湿潤/乾燥の厚さに違いは示さなかった。引っ張り強度は、PANi層を支持織物に追加することによって増加する。PANi−NMP膜は、不織布織物支持体の約2倍の破壊強度を有する。PANi−NMP−4MP膜中の引っ張り強度は減少するが、なおも、支持織物よりも大きい。PANi−NMP−4MPのCSA処理された膜は、最大の引っ張り係数を有する。この傾向は、湿った膜/乾いた膜に対して同一であり、乾燥した膜がより大きい破壊強度を有する。
表4は、湿潤と乾燥との試験条件の場合の不織布支持体および膜の厚さおよび引っ張り係数を示す。
TGA結果を、図3に示す。全てのサンプルが、分解前では300〜330℃まで熱的に安定である。不織布支持体およびPANi−NMP膜は、分解後には約15重量%の残渣を残したが、PANi−NMP−4MPおよびPANi−NMP−4MPのCSA処理済みの膜は約35重量%の残渣を残した。300℃前では全てのサンプルで、水損失が観察され、乾燥したサンプルは、0.3重量%未満の水を有する。
(v)PANi−膜の化学的特性
フーリエ変換赤外線(FTIR)スペクトル分析が、18重量%PANi−82重量%NMP膜(PANi−NMP)、18重量%−72重量%NMP−10重量%4MP膜(PANi−NMP−4MP)、50℃で100mMのCSA中で1時間にわたって処理された18重量%PANi−72重量%NMP−10重量%4MP膜、50℃で3時間にわたって100mMのNHOHでさらに処理されたCSA処理された18重量%PANi−72重量%NMP−10重量%4MP膜(PANi−NMP−4MPCSA+NHOH処理済み)、および純水CSAに対して実行された。これらのスペクトルを、図4に示す。カルボニル(C=O)、キノイド環(Q)、およびベンゾノイド環(B)のピークの輪郭が示されている。このスペクトルは、前の研究[27、50〜53]で報告されたそれと非常に近接に一致する。CSA処理されたPANi−NMP−4MP膜のスペクトルは、1740cm−1当たりでピークを示すが、これは、CSAのC=O結合の存在に対応し得る。このピークは、純粋CSA中で傑出しており、NHOH処理後には大いに減少している。各々の膜に対するキノイド環対ベンゾノイド環のピークの位置および比を、表5に示す。PANi−NMP膜のキノイド(1587cm−1)対ベンゾノイド(1495cm−1)のピークの比(Q/B)は0.87であり、これは、他社によって発見されたQ/B比の値と一致する[27、28]。PANi−NMP−4MP膜のQ/B比は、0.52まで減少する。PANi−NMP膜とPANi−NMP−4MP膜との間でのQピークのシフトはない。
表5に、PANi膜のキノイドとベンゾノイドFTIRのピークの位置およびQ/B比を示す。
H−NMR実験が実施されて、50℃での処理における100mMのCSAの1時間前後のPANi膜の組成をさらに調査した。H−NMRスペクトルを図5に示す。NMP(a)および4MP(b)のスペクトルが、参照のため含められている。4MP(c)無しで作られたPANi−NMP膜のNMRスペクトルは、NMPが、位相反転プロセス中に膜から完全に除去されることを示す。4MPをポリマー溶液中のゲル抑制剤として用いるとき、一部の4MPおよびNMPは、位相反転プロセス(d)後に膜に残る。これはδ=2.66ppmでの一重項によって示されるが、これは、メチル基に取り付けられた陽子と、4MP中の6員環の4位置で環に取り付けられた陽子とに起因させることが可能なδ=0.91〜0.81ppmでのNMPおよび多重項におけるN−CH陽子を示す。100mMのCSAで処理すると、NMPおよび4MPの断片が、膜(e)から除去される。定量的には、CSA処理で除去されるNMPおよび4MPの量は、PANiが強い酸でドーピングされたときに芳香族領域中で増加した信号の数により、解釈することは不可能である。しかしながら、4MPよりも多くのNMPがCSA後処理によって除去されたことが観察される。加えて、CSA上の2つの主要メチル基に起因させることが可能なδ=1.01ppmおよび0.70ppmでの2つのピークによって示されるように、処理および脱イオン水での洗浄の後に、CSAは膜中に残る。100mMのNHOH(f)での処理は、δ=1.01ppmおよび0.70ppmでのピークを減少させるが、それらはなおも観察される。サンプルは熱または真空では乾燥させることは不可能なため、なおも、各々の膜中には一部の残渣水が存在する。
(vi)PANi膜表面電荷特徴
PANi−NMP、PANi−NMP−4MP、およびPANi−NMP−4MPのCSA処理された膜に対する膜表面電荷を、図6に示す。荷電電流測定値は、4MPの添加が、4.5から5.8への等電点の移動で示されるように、より正に荷電された膜を生成することを示す。PANi−NMP膜は、pH7で−50mVのゼータ電位を有し、未処理とCSA処理済みとの双方のPANi−NMP−4MP膜はpH7で−20〜−25mVのゼータ電位を有する。CSA後処理は、膜のゼータ電位の大きさを減少させる。
(vii)PANi膜の膜表面および断面形態
PANi−NMP、PANi−NMP−4MP、およびCSA処理されたPANi−NMP−4MPの膜の表面および断面SEM画像を、図6に示す。SEMの断面形状は、これらの膜が、指状のマクロ空隙を持つ非対称性の構造を有することを示す。4MPの添加は、PANi−NMP膜と比較してより少ない空隙スペースを持つ膜を生成する。CSAの後処理は、膜の空隙構造に影響するとは思われない。膜表面の多孔率および平均の孔直径を、表6に提示する。表面の多孔率および平均の孔直径は、4MPを添加すると減少する。CSA後処理は、表面の多孔率および平均の孔直径の双方を増加させる。
表6は、SEM画像分析によって決定されたPANi膜の表面の多孔率(ε)および平均の孔直径(d)を示す。
(c)考察
PANi−NMPポリマー溶液に対する4MPの添加は、鎖環および鎖内のPANi水素結合を崩壊させる点を超えてPANiに影響する。4MPの強い塩基性(pK=11.3)およびサイズ(7.29Å)は、それぞれ、pK=11.2および7.16Åのサイズを有するヘプタメチレンイミン(HPMI)に非常に類似している[28]。HPMIは、PANi EB中のキノイド構造を環置換によってベンゾノイドに還元することが示されているPANiゲル抑制剤である[27]。4MPを用いてキャスティングされた膜の0.87から0.52へのFTIR Q/B比の減少は、一部の環置換が存在し得ることを示すが、しかしながら、Qピークシフトの欠如は、共有結合がないことを示し得る。
PANi−4MP水素結合および環置換は、水と比較的親水性のPANiイミン窒素との間の相互作用を減少させる。図8に示すように、4MP上における比較的疎水性の環およびメチル基の存在は、PANi UF膜の疎水性を増すようになる。
膜の親水性は、100mMのCSAを用いる1時間の後処理によって回復され、50℃での3時間にわたるさらなる100mMのNHOH処理後に維持される。NHOH処理後の1740cm−1でのFTIRピークの減少(図4)は、図5fでδ=1.01ppmおよび0.70ppmでのH NMRピークの減少と共に過剰のCSAが除去されたことを示す。NHOH処理された膜中に残る水に溶解した一部の残渣CSAが存在し得る。膜の親水性は、50℃での100mMのNHOHを用いる1時間の後処理後には回復せず、そのため、このNHOH処理は、過剰のCSAを除去するために用いられるときには、膜の親水性には寄与しない。親水性の機構は不確定であるが、水素結合した4MPと、より親水性の膜を生成するCSAとの間での幾分強い相互作用が存在し得ると我々は考える。CSA処理は、水素結合した4MPを除去し得るが、それは膜表面でのみである。CSAが、物理的および/または質量移動の制限のためにPANi−NMP−4MP膜の露出表面でのみ4MPを除去するならば、H NMRは、4MPの目立つ減少を検出し得ないが、それは、処理されたフィルムは分析のために溶媒に溶解しており、多量の膜がなおも4MPを含み得るからである。FTIRは表面技法であり、膜表面での化学的変化に対してより敏感である。我々は、多分4MPおよびPANiの類似した化学的構造のために、4MPの存在またはPANiからのその除去を検出することが不可能である。PANiを酸で処理することは、PANiのバックボーンに陽子を付加し、4MPが水素結合を形成する際に用いるイミン窒素を飽和させる。同様に、酸は、4MPに陽子を付加し、PANiと水素結合するその能力を消滅させる。いずれかの酸が水素結合した4MPを開放すると期待し得る。CSA以外の酸は、膜の親水性を回復することが不可能である。CSAは、PANi中の拡張されたコイル構造を含んでおり、隣接する鎖環の分離幅を増加させることが周知である[54、55]。しかしながら、PANiは、通常は、コイル化構造であり、我々は、HClおよびHSOは、4MPが外側に拡散するのに必要な自由な容積を作成するのに十分なほどPANi鎖を拡張させるには小さすぎると疑っている。pトルエンスルホン酸の比較的2次元的な幾何学形状は、鎖拡張を促進することはなく、ドデシルベンゼンスルホン酸は、PANi鎖間に適合するにはあまりに大きすぎるようである。
4MPの導入は、より小さい孔を持つより多孔性でない膜を生成する。結果として得られる膜は、はるかに多孔性がないが、はるかに高いタンパク質拒絶反応を有する。CSA後処理された膜で観察されるより高い多孔性およびより大きい孔は、潜在的には、ポリマーの開放などの後処理プロセスによって生じるPANiの構造的再配列のために発生する。結果として得られる膜は、より低いBSA拒絶反応を有する。これらの欠陥は、よりおとなしい後処理プロセスを設計することによって最小化することが可能である。PANi膜の親水性は回復するとはいえ、膜表面の電荷は、いまだ、CSA後処理後にもシフトする。これまた、強く会合した4MPが、CSA後処理後でさえも膜表面上に残ることがあり得ることを示す。
向上したタンパク質拒絶反応を持つ純水なポリアニリン超濾過膜は、ゲル抑制剤である4メチルピペリジンの支援によって形成されている。しかしながら、これらの膜は、NMPのみから作られたPANi膜と比較したときに、減少した水透過性および増加した疎水性を示す。4MPは、PANiエメラルジン塩基のキノイド環構造を環置換によってベンゾノイド形態に還元することが分かった。水素結合され、環置換された4MPは、比較的親水性のイミン部位を占有して、それを比較的疎水性の間およびメチル基と交換することによって、PANiの親水性を増加させた。酸溶液を用いる後処理は、カンファースルホン酸イオンは、水素結合した4MPが膜の外に拡散することを許容するより拡張したコイル構造をPANiに取らせることを示す。4MPのこの断片の除去は、ポリアニリン超濾過膜が、その親水性を回復することを可能とした。単純な後処理ステップで膜特性を調整することは、PANiベースの膜の分離性能の範囲を拡張することを暗示する。
図9は、ゲル抑制剤無しで作られたPANi−NMP膜のSEM画像を示す。この膜は、いくつかの欠陥(クラック)を有する。図10は、ゲル抑制剤(4−MP)で作られたPANi−NMP膜のSEM画像である。この膜は何の欠陥も有しない。
(b)実施例2
(a)ポリマー膜上の極性液体および無極性液体の接触角度の測定
微生物細胞の表面張力は、別のところで説明されるように、0.1μmのワットマン濾過紙上で濾過された微生物芝生上の脱イオン化水、エチレングリコール、グリセロール、およびジイオドメタンの液滴接触角度(VCA−1000、AST Products Inc.、Billerica、MA)から決定された。(G.A.Burks,et al.,Langmuir 2003,19,2366−2371)コロイド粒子(シリカ、アルミナ、およびカルボキシル変性ラテックス)は、前に出版された源からのものであった。(J.A.Brant,et al.,Journal of Membrane Science 2004,241,235−248)ポリアニリンおよび後処理されたポリマー膜の表面張力は、両面テープでガラススライド上に搭載された膜サンプル上の脱イオン化水、エチレングリコール、グリセロール、およびジイオドメタンの液滴接触角度を測定することによって決定された。この研究のために直接的に得られた各々のサンプルに対して少なくとも12の平衡接触角度が、測定され、この平衡角度は、右および左との角度の平均から決定された。最高値および最低値は、平均および標準偏差を取る間に切り捨てられた。他の膜材料の接触角度および対応する表面張力は、前に出版された研究から得られた。(E.R.Cornelissen,et al.,Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects 1998,138,283−289)
PANiおよびCSAの後処理されたPANi(「PANi−CSA」)の測定された接触角度を、セルロースアセテート(CA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリプロピレン(PP)、ポリスルホン(PSf)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、およびフッ化ポリビニリデン(PVDF)を含む最も人気のある市販のポリマー膜と共に表7に示す。測定された接触角度はすべて、液滴法で測定され、したがって、直接に比較可能である。水接触角度の場合、PANi膜は、CA膜およびPAN膜に類似した接触角度を示すが、PANi−CSA膜は、一般に、より親水性であり、かつファウリング抵抗性の膜材料と相関関係がある区別可能により低い接触角度を生成する。
接触角度プローブ液体表面張力構成要素(表8)は、ファウリング物質(表9)および膜材料(表10)の表面張力構成要素を抽出するために用いられる。推論されることは、PP、PVDF、およびPTFEは、実際には無極性であり、明らかに、全ての他の材料よりも低いエネルギーである。PANi材料は、CA材料およびPAN材料と類似した合計表面張力を示すが、明らかにより低い電子アクセプタ機能性とより高い電子ドナー機能性とを示す。一般に、材料が一極性の電子ドナーまたはアクセプタの機能性に近づくに連れて、それらは、より親水性、かつファウリング抵抗性のように見えることが観察されているが、これは、ポリエチレンクリコール(PEG)の機能的にされた表面の場合にはよく受け入れられる。
凝集の自由エネルギーデータ(図11)から明らかなことは、実質的に全てのポリマー膜は、その負の凝集の自由エネルギーに従って「親水性」のように見えるが、1つの例外は、かなり正の凝集自由エネルギーを示すCSA処理されたPANi膜であることである。したがって、PANi−CSA膜は、真に「親水性」であると考えることが可能である。同様に、凝集の自由エネルギーデータ(図12)は、PANi膜が、入手可能な最もファウリング抵抗性の材料の中のPAN膜およびCA膜と同様であるが、PANi−CSA膜は、さらによりファウリング抵抗性であることを示す。
参考文献
[1] S. Virji, R. Kojima, J.D. Fowler, R.B. Kaner, B.H. Weiller, Polyaniline nanofiber−metal salt composite materials for arsine detection, Chem. Mater., 21 (2009) 3056−3061.
[2] L. Al−Mashat, K. Shin, K. Kalantar−zadeh, J.D. Plessis, S.H. Han, R.W. Kojima, R.B. Kaner, D. Li, X. Gou, S.J. Ippolito, W. Wlodarski, Graphene/polyaniline nanocomposite for hydrogen sensing, J. Phys. Chem. B., 114 (2010) 16168−16173.
[3] Y. Liao, C. Zhang, Y. Zhang, V. Strong, J. Tang, X.−G. Li, K. Kalantar−zadeh, E.M.V. Hoek, K.L. Wang, R.B. Kaner, Carbon nanotube/polyaniline composite nanofibers: Facile synthesis and chemosensors, Nano Lett., 11 (2011) 954−959.
[4] J. Desilvestro, W. Scheifele, O. Haas, Insitu determination of gravimetric and volumetric charge−densities of battery electrodes − polyaniline in aqueous and nonaqueous electrolytes, J. Electrochem. Soc., 139 (1992) 2727−2736.
[5] J. Joo, A.J. Epstein, Electromagnetic−radiation shielding by intrinsically conducting polymers, Appl. Phys. Let., 65 (1994) 2278−2280.
[6] D.C. Trivedi, S.K. Dhawan, Shielding of electromagnetic−interference using polyaniline, Synth. Met., 59 (1993) 267−272.
[7] J. Alam, U. Riaz, S. Ahmad, Development of nanostructured polyaniline dispersed smart anticorrosive composite coatings, Polym. Adv. Technol., 19 (2008) 882−888.
[8] W.K. Lu, R.L. Elsenbaumer, B. Wessling, Corrosion protection of mild−steel by coatings containing polyaniline, Synth. Met., 71 (1995) 2163−2166.
[9] B. Yao, G.C. Wang, J.K. Ye, X.W. Li, Corrosion inhibition of carbon steel by polyaniline nanofibers, Mat. Lett., 62 (2008) 1775−1778.
[10] Z.F. Fan, Z. Wang, M.R. Duan, J.X. Wang, S.C. Wang, Preparation and characterization of polyaniline/polysulfone nanocomposite ultrafiltration membrane, J. Membr. Sci., 310 (2008) 402−408.
[11] Z.F. Fan, Z. Wang, N. Sun, J.X. Wang, S.C. Wang, Performance improvement of polysulfone ultrafiltration membrane by blending with polyaniline nanofibers, J. Membr. Sci., 320 (2008) 363−371.
[12] G.R. Guillen, T.P. Farrell, R.B. Kaner, E.M.V. Hoek, Pore−structure, hydrophilicity, and particle filtration characteristics of polyaniline−polysulfone ultrafiltration membranes, J. Mater. Chem., 20 (2010) 4621−4628.
[13] M. Angelopoulos, G.E. Asturias, S.P. Ermer, A. Ray, E.M. Scherr, A.G. MacDiarmid, M. Akhtar, Z. Kiss, A.J. Epstein, Polyaniline − Solutions, films and oxidation−state, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 160 (1988) 151−163.
[14] C.C. Han, R.C. Jeng, Concurrent reduction and modification of polyaniline emeraldine base with pyrrolidine and other nucleophiles, Chem. Commun., 6 (1997) 553−554.
[15] D.L. Yang, B.R. Mattes, Polyaniline emeraldine base in N−methyl−2−pyrrolidinone containing secondary amine additives: A rheological investigation of solutions, J. Polym. Sci. Pol. Phys., 40 (2002) 2702−2713.
[16] J. Stejskal, P. Kratochvil, N. Gospodinova, L. Terlemezyan, P. Mokreva, Polyaniline dispersions − Preparation of spherical−particles and their light−scattering characterization, Polymer, 33 (1992) 4857−4858.
[17] Y.H. Liao, T.K. Kwei, K. Levon, Investigation of the aggregation phenomenon of polyaniline in dilute−solutions, Macromol. Chem. Physic., 196 (1995) 3107−3116.
[18] M. Angelopoulos, Y.H. Liao, B. Furman, T. Graham, LiCl induced morphological changes in polyaniline base and their effect on the electronic properties of the doped form, Macromolecules, 29 (1996) 3046−3049.
[19] O. Oka, S. Morita, K. Yoshino, Gel characteristics of polyaniline and its anomalous doping effect, Jpn. J. Appl. Phys. 2, 29 (1990) L679−L682.
[20] E.J. Oh, Y. Min, J.M. Wiesinger, S.K. Manohar, E.M. Scherr, P.J. Prest, A.G. Macdiarmid, Polyaniline: Dependency of selected properties on molecular weight, Synth. Met., 55−57 (1993) 977−982.
[21] K. Tzou, R.V. Gregory, Mechanically strong, flexible highly conducting polyaniline structures formed from polyaniline gels, Synth. Met., 55 (1993) 983−988.
[22] B.R. Mattes, H.L. Wang, D. Yang, Y.T. Zhu, W.R. Blumenthal, M.F. Hundley, Formation of conductive polyaniline fibers derived from highly concentrated emeraldine base solutions, Synth. Met., 84 (1997) 45−49.
[23] H.L. Wang, B.R. Mattes, Permeable polyaniline articles for gas separation, in, US Patent No. 6,797,325 B2, 2004.
[24] B.R. Mattes, H.L. Wang, D. Yang, Electrically conductive polyaniline fibers prepared by wet−dry spinning techniques, ANTEC, (1997) 1463−1467.
[25] H.L. Wang, R.J. Romero, B.R. Mattes, Y.T. Zhu, M.J. Winokur, Effect of processing conditions on the properties of high molecular weight conductive polyaniline fiber, J. Polym. Sci. Pol. Phys., 38 (2000) 194−204.
[26] D. Yang, B.R. Mattes, Investigation of gel inhibitor assisted dissolution of polyaniline: A case study for emeraldine base, 2−methyl−aziridine, and N−methyl−pyrrolidone, Synth. Met., 101 (1999) 746−749.
[27] D.L. Yang, B.R. Mattes, Polyaniline emeraldine base in N−methyl−2−pyrrolidinone containing secondary amine additives B − characterization of solutions and thin films, Synth. Met., 129 (2002) 249−260.
[28] D.L. Yang, G. Zuccarello, B.R. Mattes, Physical stabilization or chemical degradation of concentrated solutions of polyaniline emeraldine base containing secondary amine additives, Macromolecules, 35 (2002) 5304−5313.
[29] L.W. Shacklette, R.H. Baughman, Defect generation and charge transport in polyaniline, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 189 (1990) 193−212.
[30] D. Yang, The dissolution of high molecular weight polyaniline emeraldine base in N−methyl−2−pyrrolidinone containing secondary amines: Thermodynamics and characterization, in, University of California, Los Angeles, 1999.
[31] T.L. Young, M.P. Espe, D. Yang, B.R. Mattes, Application of solid−state NMR to characterize the interaction of gel inhibitors with emeraldine base polyaniline, Macromolecules, 35 (2002) 5565−5569.
[32] M. Ulbricht, G. Belfort, Surface modification of ultrafiltration membranes by low temperature plasma. 2. Graft polymerization onto polyacrylonitrile and polysulfone, J. Membr. Sci., 111 (1996) 193−215.
[33] A. Nabe, E. Staude, G. Belfort, Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions, J. Membr. Sci., 133 (1997) 57−72.
[34] S.S. Madaeni, A.G. Fane, D.E. Wiley, Factors influencing critical flux in membrane filtration of activated sludge, J. Chem. Technol. Biot., 74 (1999) 539−543.
[35] J. Pieracci, J.V. Crivello, G. Belfort, Photochemical modification of 10 kDa polyethersulfone ultrafiltration membranes for reduction of biofouling, J. Membr. Sci., 156 (1999) 223−240.
[36] J.A. Koehler, M. Ulbricht, G. Belfort, Intermolecular forces between a protein and a hydrophilic modified polysulfone film with relevance to filtration, Langmuir, 16 (2000) 10419−10427.
[37] M. Taniguchi, G. Belfort, Low protein fouling synthetic membranes by UV−assisted surface grafting modification: Varying monomer type, J. Membr. Sci., 231 (2004) 147−157.
[38] S. Kang, E.M.V. Hoek, H. Choi, H. Shin, Effect of membrane surface properties during the fast evaluation of cell attachment, Separ. Sci. Technol., 41 (2006) 1475−1487.
[39] S. Kim, E.M.V. Hoek, Interactions controlling biopolymer fouling of reverse osmosis membranes, Desalination, 202 (2007) 333−342.
[40] S. Lee, S. Kim, J. Cho, E.M.V. Hoek, Natural organic matter fouling due to foulant−membrane physicochemical interactions, Desalination, 202 (2007) 377−384.
[41] E.K. Lee, V. Chen, A.G. Fane, Natural organic matter (NOM) fouling in low pressure membrane filtration − effect of membranes and operation modes, Desalination, 218 (2008) 257−270.
[42] X. Jin, X. Huang, E.M.V. Hoek, Role of specific ion interactions in seawater RO membrane fouling by alginic acid, Environ. Sci. Technol., 43 (2009) 3580−3587.
[43] A. Rahimpour, S.S. Madaeni, S. Zereshki, Y. Mansourpanah, Preparation and characterization of modified nano−porous PVDF membrane with high antifouling property using UV photo−grafting, Appl. Surf. Sci., 255 (2009) 7455−7461.
[44] S.S. Madaeni, N. Ghaemi, A. Alizadeh, M. Joshaghani, Influence of photo−induced superhydrophilicity of titanium dioxide nanoparticles on the anti−fouling performance of ultrafiltration membranes, Appl. Surf. Sci., 257 (2011) 6175−6180.
[45] G.R. Guillen, Y. Pan, M. Li, E.M.V. Hoek, Preparation and characterization of membranes formed by nonsolvent induced phase separation: A review, Ind. Eng. Chem. Res., 50 (2011) 3798−3817.
[46] M. Mulder, Basic principles of membrane technology, second ed., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 2003.
[47] N.O. Becht, D.J. Malik, E.S. Tarleton, Evaluation and comparison of protein ultrafiltration test results: Dead−end stirred cell compared with a cross−flow system, Sep. Purif. Technol., 62 (2008) 228−239.
[48] S.T. Kang, A. Subramani, E.M.V. Hoek, M.A. Deshusses, M.R. Matsumoto, Direct observation of biofouling in cross−flow microfiltration: Mechanisms of deposition and release, J. Membr. Sci., 244 (2004) 151−165.
[49] R.D. Shannon, Revised effective ionic−radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides, Acta Crystallogr. A., 32 (1976) 751−767.
[50] R.M. Silverstein, G.C. Bassler, T.C. Merrill, Chpt. 3 − Infrared Spectroscopy, in: Spectrometric identification of organic compounds, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1991, pp. 91−164.
[51] J.S. Tang, X.B. Jing, B.C. Wang, F.S. Wang, Infrared−spectra of soluble polyaniline, Synth. Met., 24 (1988) 231−238.
[52] I. Harada, Y. Furukawa, F. Ueda, Vibrational−spectra and structure of polyaniline and related−compounds, Synth. Met., 29 (1989) E303−E312.
[53] S. Quillard, G. Louarn, S. Lefrant, A.G. MacDiarmid, Vibrational analysis of polyaniline − A comparative−study of leucoemeraldine, emeraldine, and pernigraniline bases, Phys. Rev. B., 50 (1994) 12496−12508.
[54] Y. Wang, H.D. Tran, L. Liao, X. Duan, R.B. Kaner, Nanoscale morphology, dimensional control, and electrical properties of oligoanilines, J. Am. Chem. Soc., 132 (2010) 10365−10373.
[55] A.G. MacDiarmid, A.J. Epstein, Secondary doping in polyaniline, Synth. Met., 69 (1995) 85−92.
[56] B. Massoumi, H. Aghili, A. Entezami, Investigation of electrochemical copolymerization of 1−naphthylamineaniline in the presence of various organic sulfonic acids, J. Chin. Chem. Soc.−Taip., 56 (2009) 741−747.

Claims (20)

  1. 膜の親水性を増す方法であって、
    a)ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、またはそのコポリマー、ならびに1つ以上のゲル抑制剤を含む膜を提供するステップと、
    b)前記膜を1つ以上の親水性回復剤で処理し、それにより、前記膜の親水性を増すステップと、を含む、方法。
  2. 前記処理が、前記膜を少なくとも60分にわたって前記親水性回復剤と接触させることを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記処理が、前記膜を1つ以上の親水性回復剤を用いて濾過することを含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記濾過が、前記1つ以上の親水性回復剤を少なくとも60分にわたって濾過することを含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記1つ以上のゲル抑制剤が、第一級アミン、第二級アミン、もしくは第三級アミン、またはこれらの組み合わせを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記1つ以上のゲル抑制剤が、4−メチルピペリジン、n−ブチルアミン、2,5−ジメチル−3−ピロリン、3,3−ジメチルピペリジン、ヘプタメチレンイミン、ジイソプロピルアミン、ヘキサメチレンイミン、N−エチルベンジルアミン、ピペラジン、2,6−ジメチルモルホリン、ピペリジン、ジブチルアミン、N−メチルピペリジン、N,N’−ジメチルピペラジン、トリエチルアミン、もしくはジエチルニペコチンアミド(diethylnipecotinamide)、またはこれらの組み合わせを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記1つ以上の親水性回復剤が、(+/−)樟脳−10−スルホン酸、硫酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ペルフルオロプロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ペルフルオロヘキサンスルホン酸、ペルフルオロオクタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼン、スルホン酸、タウリン(2−アミノエタンスルホン酸)、ホモタウリン(3−アミノプロパンスルホン酸)、ナフタレンスルホン酸、2,5−ナフタレンジスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸、ジノニルナフタレンジスルホン酸、ポリビニルスルホン酸塩、もしくはポリスチレンスルホン酸塩、またはこれらの組み合わせを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記1つ以上の親水性回復剤が、(+/−)樟脳−10−スルホン酸を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記膜が、処理後に、少なくとも5、10、15、20、25、30、50、75、または100mJ/mの増加した
    の値を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記膜が、処理後に、正の
    の値を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記膜が、処理後に、少なくとも5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
    の値を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記膜が、処理後に、少なくとも5、10、15、20、25、30、50、75、または100mJ/mの増加した
    の値を有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記膜が、処理後に、正の
    の値を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記膜が、処理後に、シリカ、ポリエチレングリコール(PEG)、ヒト血清アルブミン(HSA)、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに正の
    の値を有する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
  15. ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、またはそのコポリマーを含む膜であって、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法を受けた、膜。
  16. 正の
    の値を有する、請求項15に記載の膜。
  17. 少なくとも5、10、15、20、25、30、または50mJ/mの正の
    の値を有する、請求項15または16に記載の膜。
  18. シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、およびプチダ菌に対して測定したときに正の
    の値を有する、請求項15〜17のいずれか一項に記載の膜。
  19. シリカ、PEG、HSA、ヘキサデカン、大腸菌、出芽酵母、もしくはプチダ菌、またはそれらの組み合わせに対して測定したときに正の
    の値を有する、請求項15〜18のいずれか一項に記載の膜。
  20. 請求項15〜19のいずれか一項に記載の膜を含む、製造物品。

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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102226776B1 (ko) 2012-10-12 2021-03-10 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 폴리아닐린 막, 이의 용도 및 방법
EP2996799B1 (en) 2013-05-15 2021-07-28 The Regents of the University of California Polyaniline membranes formed by phase inversion for forward osmosis applications
WO2015042971A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Tongji University Lead ion sensors, methods of making and uses thereof
CN104548945A (zh) * 2013-10-23 2015-04-29 中国石油化工股份有限公司 一种提高超滤膜通量的后处理方法
RU2717512C2 (ru) 2014-04-08 2020-03-23 Дзе Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Калифорния Устойчивые к хлору гидрофильные фильтрационные мембраны на основе полианилина
CN105032220B (zh) * 2015-09-08 2017-05-10 南京工业大学 一种永久亲水型聚砜超滤膜的制备方法
KR101805085B1 (ko) * 2016-01-04 2018-01-10 포항공과대학교 산학협력단 극친수성 표면체, 이의 제조 방법, 및 유수 분리용 필터
US9737859B2 (en) * 2016-01-11 2017-08-22 Lg Nanoh2O, Inc. Process for improved water flux through a TFC membrane
US20190092943A1 (en) * 2016-03-18 2019-03-28 Basf Se Solution of polysulfone in n-acyl-pyrrolidine and use thereof for uf membranes
CN106519666B (zh) * 2016-10-10 2019-01-18 湖北大学 一种牛磺酸二次掺杂聚苯胺及其制备方法
AU2019200242A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-30 Massachusetts Institute Of Technology A process of forming an acid-doped polyaniline solution
CN114197114B (zh) * 2021-12-01 2023-05-12 同济大学 一种超亲水导电纳米纤维膜及其处理乳化液的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001503449A (ja) * 1996-05-31 2001-03-13 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 高分子量ポリアニリンの安定濃厚溶液とそれからなる物品
US20100091275A1 (en) * 2007-01-11 2010-04-15 Los Alamos National Security, Llc Metal-polymer composites comprising nanostructures and applications thereof
US20110240556A1 (en) * 2008-12-11 2011-10-06 The Regents Of The University Of California Membrane compositions and methods for making and using them

Family Cites Families (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK153337C (da) 1979-04-11 1988-11-14 Platonec Aps Fremgangsmaade til toer sensibilisering af en isolerende overflade
CA1148834A (en) 1980-11-17 1983-06-28 J. Redmond Farnand Breaking oil-in-water emulsions
ES2052648T3 (es) 1987-08-04 1994-07-16 Kao Corp Una membrana compuesta intercambiadora de cationes de polimeros conjugado y su proceso de preparacion.
JP2766987B2 (ja) 1989-02-21 1998-06-18 日東電工株式会社 電 池
US5156780A (en) 1989-07-24 1992-10-20 Gelman Sciences Inc. process for treating a porous substrate to achieve improved water and oil repellency
US5234453A (en) 1990-05-10 1993-08-10 Symblosis Corporation Cobalt base alloy end effectors for laparoscopic surgical scissors
JPH04104869A (ja) 1990-08-22 1992-04-07 Maeda Corp 骨材プラントの原石選別装置
US5096586A (en) 1990-08-28 1992-03-17 Regents Of The University Of California Membranes having selective permeability
JPH04341333A (ja) 1991-01-18 1992-11-27 Nitto Denko Corp 複合逆浸透膜の製造方法
DE4141416A1 (de) 1991-12-11 1993-06-17 Schering Ag Verfahren zur beschichtung von oberflaechen mit feinteiligen feststoff-partikeln
JPH06169079A (ja) 1992-11-27 1994-06-14 Sony Corp 固体撮像装置の製造方法
US6187196B1 (en) 1996-05-17 2001-02-13 Colorado School Of Mines Membrane separation of components in a fluid mixture
US6797325B2 (en) 1996-05-31 2004-09-28 The Regents Of The University Of California Permeable polyaniline articles for gas separation
US6429282B1 (en) 1996-05-31 2002-08-06 The Regents Of The University Of California Stable, concentrated solutions of polyaniline using amines as gel inhibitors
ES2190532T3 (es) 1996-05-31 2003-08-01 Harold E Haney Sistema de tratamiento de agua mejorado.
KR20000000662A (ko) 1998-06-02 2000-01-15 정선종 높은 전도성을 갖는 전도성 고분자 도핑 방법
DE19916802A1 (de) 1999-04-14 2001-10-25 Gerhard Illing Verbundmembran auf Polyanilinbasis
DE19919881A1 (de) 1999-04-30 2000-11-02 Univ Stuttgart Organisch-Anorganische Komposites und Kompositmembranen aus Ionomeren oder Ionomerblends und aus Schicht- oder Gerätsilicaten
US20030136727A1 (en) 1999-05-27 2003-07-24 Hideki Yamada Composite semipermeable membrane
JP2001081220A (ja) 1999-09-20 2001-03-27 Honda Motor Co Ltd 高分子複合膜、その製造方法、ならびに高分子固体電解質膜
KR101005674B1 (ko) 2001-05-11 2011-01-05 리마 헤링 연신 필름의 변형
US7033639B2 (en) 2001-05-16 2006-04-25 Rohm And Haas Company Polyaniline coating composition
JP4134607B2 (ja) * 2001-11-05 2008-08-20 株式会社デンソー ポリアニリンを含む皮膜を表面に備える基材および基材の表面に形成された皮膜の成膜方法
US6878419B2 (en) * 2001-12-14 2005-04-12 3M Innovative Properties Co. Plasma treatment of porous materials
WO2003051961A1 (en) 2001-12-19 2003-06-26 Nitto Denko Corporation Conductive polyaniline composition, film thereof, and processes for producing these
KR20040083489A (ko) 2002-01-29 2004-10-02 시바 스페셜티 케미칼스 홀딩 인크. 강한 접착성 피복물의 제조방법
US7736693B2 (en) 2002-06-13 2010-06-15 Cima Nanotech Israel Ltd. Nano-powder-based coating and ink compositions
US7081205B2 (en) 2002-10-08 2006-07-25 Water Standard Company, Llc Mobile desalination plants and systems, and methods for producing desalinated water
US7160575B1 (en) 2003-02-04 2007-01-09 University Of Puerto Rico Conducting polymer
US7535019B1 (en) 2003-02-18 2009-05-19 Nanosolar, Inc. Optoelectronic fiber
WO2005023700A2 (en) 2003-09-03 2005-03-17 The Regents Of The University Of California Nanoelectonic devices based on nanowire networks
KR101143664B1 (ko) 2003-11-28 2012-05-09 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 폴리아닐린 조성물, 그의 제조방법 및 그로부터 이루어지는 성형체
US7144949B2 (en) 2003-12-11 2006-12-05 The Aerospace Corporation Synthetic method for conducting polymer nanofibers
JP2005233637A (ja) 2004-02-17 2005-09-02 Japan Science & Technology Agency 金ナノロッド薄膜によるラマン分光分析
KR20050093018A (ko) 2004-03-18 2005-09-23 한국과학기술연구원 고효율 3차원 나노 구조 분리막
US7250189B2 (en) * 2004-08-05 2007-07-31 General Motors Corporation Increasing the hydrophilicity of carbon fiber paper by electropolymerization
JP4689222B2 (ja) 2004-09-22 2011-05-25 信越ポリマー株式会社 導電性塗布膜およびその製造方法
WO2006135430A2 (en) 2004-10-21 2006-12-21 The Regents Of The University Of California Flash welding of conducting polymer nanofibers
PT1836239E (pt) 2005-01-13 2009-02-02 Cinv Ag Materiais compósitos contendo nanopartículas de carbono
JP4623440B2 (ja) 2005-01-17 2011-02-02 康郎 新留 ナノ粒子配向薄膜の製造方法
DE102005031703B3 (de) 2005-07-05 2007-01-11 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Kompositmembran
JP2007019014A (ja) 2005-07-06 2007-01-25 Samsung Sdi Co Ltd 平板表示装置及びその製造方法
US20070194286A1 (en) 2006-02-17 2007-08-23 The Regents Of The University Of California Fabrication of polyaniline nanofiber dispersions and films
US20080048996A1 (en) 2006-08-11 2008-02-28 Unidym, Inc. Touch screen devices employing nanostructure networks
US20100059375A1 (en) 2006-11-08 2010-03-11 Weiller Bruce H Metal salt hydrogen sulfide sensor
US20080185294A1 (en) 2007-02-01 2008-08-07 General Electric Company Liquid management method and system
JP5320564B2 (ja) 2007-02-21 2013-10-23 国立大学法人北海道大学 微小カーボン単分子膜の形成方法及び表面コーティング方法並びにコーティング体
US20080203012A1 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 General Electric Company Membrane, apparatus, and associated method
US8101709B1 (en) 2007-05-31 2012-01-24 The Regents Of The University Of California Synthesis of conducting polymer nanofibers using an oligomer of a monomer as an initiator
AU2008302086A1 (en) 2007-09-21 2009-03-26 The Regents Of The University Of California Nanocomposite membranes and methods of making and using same
DE102007056423A1 (de) 2007-11-23 2009-06-04 Süd-Chemie AG Herstellung und Verwendung neuer Polyaniline zur Wasserbehandlung
JP5245112B2 (ja) 2007-12-11 2013-07-24 コニカミノルタ株式会社 透明導電膜、透明導電性フィルム及びフレキシブル透明面電極
CN100560191C (zh) 2007-12-24 2009-11-18 天津大学 原位聚合制备聚苯胺复合超滤膜的方法
JP5266889B2 (ja) 2008-06-04 2013-08-21 ソニー株式会社 光透過性導電体の製造方法
KR101310054B1 (ko) 2008-07-10 2013-09-24 보드 오브 리전츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 내오염성이 개선된 정수 멤브레인
US20110212027A1 (en) 2008-07-24 2011-09-01 Children's Medical Center Corporation Radiative heating for drug delivery and other applications
US7922959B2 (en) 2008-08-01 2011-04-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method of manufacturing a composite filter media
GB0814519D0 (en) 2008-08-08 2008-09-17 Imp Innovations Ltd Process
US20100092809A1 (en) 2008-10-10 2010-04-15 Board Of Trustees Of Michigan State University Electrically conductive, optically transparent films of exfoliated graphite nanoparticles and methods of making the same
JP2010275440A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Murakami Corp 親水性回復剤および親水性回復方法
MX2012002393A (es) 2009-08-24 2012-04-11 Oasys Water Inc Membranas de osmosis directa.
JP2013517123A (ja) 2010-01-14 2013-05-16 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 電気伝導性ナノ構造体の薄膜を成長させる汎用溶液
NO346294B1 (no) 2010-04-30 2022-05-30 Toray Advanced Mat Korea Inc Foroverrettet osmosemembran for sjøvannavsalting, og fremgangsmåte for produksjon av denne
GB201007905D0 (en) 2010-05-12 2010-06-23 Univ Cranfield Functional conjugated polymers
KR100990168B1 (ko) 2010-07-16 2010-10-29 한국과학기술연구원 정삼투막 및 그 제조방법
US20120111791A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 Board Of Regents, The University Of Texas System Surface Deposition of Small Molecules to Increase Water Purification Membrane Fouling Resistance
WO2012079229A1 (en) 2010-12-14 2012-06-21 Nanjing University Composite membranes
WO2012102678A1 (en) 2011-01-24 2012-08-02 Nano-Mem Pte. Ltd. A forward osmosis membrane
SG10201605328WA (en) 2011-04-01 2016-08-30 Emd Millipore Corp Nanofiber containing composite structures
WO2012149141A1 (en) 2011-04-26 2012-11-01 The Regents Of The University Of California Forward osmosis membrane with blended polymeric support
CN102258950A (zh) 2011-06-20 2011-11-30 上海理工大学 一种聚砜-聚吡咯纳米颗粒复合非对称超滤膜及其制备方法
JP6018790B2 (ja) 2011-07-22 2016-11-02 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. 分離膜、この製造方法および分離膜を含む水処理装置
US20140311347A1 (en) * 2011-12-01 2014-10-23 The Regents Of The University Of California Polaniline based membranes for separation of carbon dioxide and methane
WO2013155453A1 (en) 2012-04-12 2013-10-17 The Regents Of The University Of California Carbon nanotube membrane with tunable properties
KR102226776B1 (ko) 2012-10-12 2021-03-10 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 폴리아닐린 막, 이의 용도 및 방법
EP2996799B1 (en) 2013-05-15 2021-07-28 The Regents of the University of California Polyaniline membranes formed by phase inversion for forward osmosis applications
WO2015012869A1 (en) 2013-07-26 2015-01-29 The Regents Of The University Of California Composite filtration membranes from conducting polymer nanoparticles and conventional polymers
US20160136585A1 (en) 2013-07-26 2016-05-19 The Regents Of The University Of California Composite Filtration Membranes from Conducting Polymer Nanoparticles and Conventional Polymers
RU2717512C2 (ru) 2014-04-08 2020-03-23 Дзе Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Калифорния Устойчивые к хлору гидрофильные фильтрационные мембраны на основе полианилина

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001503449A (ja) * 1996-05-31 2001-03-13 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 高分子量ポリアニリンの安定濃厚溶液とそれからなる物品
US20100091275A1 (en) * 2007-01-11 2010-04-15 Los Alamos National Security, Llc Metal-polymer composites comprising nanostructures and applications thereof
US20110240556A1 (en) * 2008-12-11 2011-10-06 The Regents Of The University Of California Membrane compositions and methods for making and using them

Also Published As

Publication number Publication date
IN2015DN03307A (ja) 2015-10-09
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US20190217254A1 (en) 2019-07-18
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