Surface Zwitterionization via Grafting of Epoxylated Sulfobetaine Copolymers onto PVDF Membranes for Improved Permeability and Biofouling Mitigation

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作者
Yu‐Hsuan Chiao,Hao‐Tung Lin,Micah Belle Marie Yap Ang,Yeit Hann Teow,S. Ranil Wickramasinghe,Yung Chang
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:62 (6): 2913-2923 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.2c04382
摘要

Grafting of zwitterionic moieties has been shown to overcome the decrease in permeability after membrane modification. Herein, we report the grafting of epoxylated sulfobetaine (poly(glycidyl methacrylate-co-sulfobetaine methacrylate or poly(GMA-co-SBMA)) zwitterionic copolymers onto polyvinylidene fluoride (PVDF) surfaces to obtain superhydrophilic and superoleophobic membranes. The three-dimensionally modified membranes simultaneously exhibit excellent fouling resistance and hemocompatibility with improved water permeability during protein filtration. The zwitterionic moiety in the bulk membrane promotes the formation of a hydration layer, resulting in a dramatic reduction in hydrophobic interactions between the membrane and proteins or bacteria. Zwitterionic polymers establish a relatively electrically neutral surface through the presence of positive and negative charge groups on their pendant, leading to a reduction of adhesion between charged protein molecules and membranes. The modified PVDF surface exhibits very high hemocompatibility for human erythrocytes, platelets, and leukocytes. In the static fouling test, this biofouling hardly adhered to the membrane surface. The developed membrane has 3 times higher water permeability than the unmodified commercial membrane. It also showed a significant improvement in antifouling performance during dynamic fouling testing. Furthermore, flux regeneration of the modified membranes is easier to achieve by simple water recirculation compared to pristine PVDF membranes. Therefore, this study provides a promising way to develop antifouling membrane surface modification, which can be potentially used for bioseparation applications.
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