Nanovlákenné materiály pro antibakteriální filtrační media: Technologie, struktura, vlastnosti

Mgr. Petr RYŠÁNEK

Doctoral thesis

Nanofibrous materials for antibacterial filtration media, Technology, structure, properties

Abstract:

Nanofiltrace s přidaným antibakteriálním účinkem je stále jednou z velkých výzev v nanotechnologii. Díky biologickému znečištění mají čisté nanofiltry nižší trvanlivost a účinnost při filtraci. Řešením tohoto problému jsou antibakteriální filtrační membrány, které jsou navrženy pro vysokou a dlouhodobou antimikrobiální účinnost. Cílem této práce je výzkum nejlepší kombinace polymeru a modifikačního činidla, stanovení vztahu technologie-struktura-vlastnosti pro všechny použité polymery a také prokázání stability připravených antibakteriálních membrán. Antibakteriální membrány byly připraveny jednostupňovou syntézou za použití laboratorní technologie Nanospider. Dva polymery PA6 a PVDF spolu se třemi modifikujícími činidly: CHX, DTAB a BTAB byly vybrány jako nejlepší kandidáti pro přípravu antimikrobiálních membrán. Pro charakterizaci připravených membrán byly použity následující techniky: XPS pro monitorování povrchové chemie a přítomnosti modifikujícího činidla na povrchu vláken, SEM pro stanovení morfologie vláken a XRD pro strukturu a fázové složení vláken. Experimentální práce byla rovněž podpořena molekulárním modelováním. U všech modifikovaných membrány byla také testována jejich antibakteriální aktivita. Nejlepší kombinace polymeru a antibakteriálního činidla byla testována na speciálním profukovacím zařízení, aby se potvrdila stabilita chemické modifikace a stabilita antibakteriální aktivity. Testy trvaly tři týdny a výsledky potvrdily velmi dobrou stabilitu komplexu polymer/modifikující činidlo a také velmi dobrou antibakteriální aktivitu po provedení profuku. Tato skutečnost je významná pro budoucí praktické aplikace, například pro klimatizační zařízení. Poslední část práce je věnována studiu struktury a morfologie polyakrylonitrilu. Tento polymer byl vybrán jako další vhodný kandidát pro chemickou modifikaci. Tato studie ukázala tvorbu dutých vláken s vyšším povrchem, které by mohly být použity jako velmi dobrý filtrační materiál.

Abstract:

Nanofiltration with additional antibacterial effect is still one of the big challenges in applied nanotechnology. Due to the bio-fouling pure nanofilters have lower durability and efficiency for filtration. The solution of this problem, are antibacterial filtration membranes, which are designed for high and long lasting antimicrobial efficiency. The aim of this work is to investigate the best combination of polymer and modifying agent, to determine technology-structure-properties relationship for all of the polymers used, and also to prove the stability of the prepared antibacterial membranes. Antibacterial membranes were prepared by one-step synthesis using laboratory Nanospider technology. Two polymers PA6 and PVDF together with three modifying agents: CHX, DTAB and BTAB have been chosen as best candidates for design of antimicrobial membranes. For the characterization of prepared membranes we used following techniques: XPS for the monitoring of surface chemistry and the presence of modifying agent on the fibers surface, SEM for the determination of fiber morphology and XRD for the structure and phase composition of fibers. Experimental work was also supported by molecular modeling. All the modified membranes were also tested on their antibacterial effect. The best combination of polymer and antibacterial agent was tested on special air-blowing device, to confirm the stability of the chemical modification and the stability of antibacterial activity. The tests lasted for three weeks and the results validated very good stability of the complex polymer/modifying agent, and also very good antibacterial activity after air-blowing testing. This fact is significant for future practical applications for example in air conditioning devices. The last part of this work is devoted to the structure and morphology study of polyacrylonitrile. This polymer has been found as a suitable candidate for chemical modification. This study showed the formation of hollow fiber with higher surface which could be used as a very good filtration material.

Keywords

polymerní nanovlákna, antibakteriální modifikace, technologie Nanospider, strukturní analýza

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 6. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Pavla Čapková, DrSc.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Nanotechnology / Applied Nanotechnology