Enhancement and Mitigation Mechanisms of Protein Fouling of Ultrafiltration Membranes under Different Ionic Strengths

膜 牛血清白蛋白 超滤(肾) 化学 聚偏氟乙烯 离子强度 膜污染 结垢 化学工程 吸附 色谱法 离子键合 水溶液 有机化学 生物化学 离子 工程类
作者
Rui Miao,Lei Wang,Na Mi,Zhe Gao,Tingting Liu,Yongtao Lv,Xudong Wang,Xiaorong Meng,Yongzhe Yang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:49 (11): 6574-6580 被引量:113
标识
DOI:10.1021/es505830h
摘要

To determine further the enhancement and mitigation mechanisms of protein fouling, filtration experiments were carried out with polyvinylidene fluoride (PVDF) ultrafiltration (UF) membranes and bovine serum albumin (BSA) over a range of ionic strengths. The interaction forces, the adsorption behavior of BSA on the membrane surface, and the structure of the BSA adsorbed layers at corresponding ionic strengths were investigated. Results indicate that when the ionic strength increased from 0 to 1 mM, there was a decrease in the PVDF-BSA and BSA-BSA electrostatic repulsion forces, resulting in a higher deposition rate of BSA onto the membrane surface, and the formation of a denser BSA layer; consequently, membrane fouling was enhanced. However, at ionic strengths of 10 and 100 mM, membrane fouling and the BSA removal rate decreased significantly. This was mainly due to the increased hydration repulsion forces, which caused a decrease in the PVDF-BSA and BSA-BSA interaction forces accompanied by a decreased hydrodynamic radius and increased diffusion coefficient of BSA. Consequently, BSA passed more easily through the membrane and into permeate. There was less accumulation of BSA on the membrane surface. A more nonrigid and open structure BSA layer was formed on the membrane surface.

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