前進浸透膜の防汚性を向上させるために、銀をコアにした金属有機フレームワーク（Ag-MOF）の機能化を行い、銀をコアにした金属有機フレームワーク（Ag-MOF）をその場で成長させることを試みた

In-Situ Ag-MOFs Growth on Pre-Grafted Zwitterions Imparts Outstanding Antifouling Properties to Forward Osmosis Membranes.

• Mehdi Pejman
• Mostafa Dadashi Firouzjaei
• Sadegh Aghapour Aktij
• Parnab Das
• Ehsan Zolghadr
• Hesam Jafarian
• Ahmad Arabi Shamsabadi
• Mark A Elliott
• Mohtada Sadrzadeh
• Marco Sangermano
• Ahmad Rahimpour
• Alberto Tiraferri

抄録

本研究では、ポリアミド系順浸透膜の抗菌・防汚性を向上させるために、銀を中心とした金属-有機金属フレームワーク（Ag-MOF）をその場で成長させた後、ツビタイオンで機能化したポリアミド系順浸透膜を作製した。まず、N,N-ジエチルエチレンジアミンで活性化した3-ブロモプロピオン酸を膜表面にグラフトした。次に、硝酸銀溶液と配位子溶液(2-メチルイミダゾール)に順次膜を浸漬し、その下に存在するジツビタイオンを金属の結合部位として利用することで、Ag-MOFをその場で成長させることができた。膜の機能化に成功し、表面の濡れ性が向上したことを、さまざまな特性評価技術を用いて確認した。順浸透試験で評価したところ、修飾膜は原液の膜に比べて高い性能と透過性を示した。共焦点顕微鏡とコロニー形成単位プレート数を用いた静的抗菌実験では、Ag-MOFの活性による細菌抑制率が77%増加する結果となった。大腸菌の顕微鏡写真からは、菌体の劣化が示唆された。機能化された膜の防汚特性は、前方浸透膜のろ過におけるフラックスの低下を有意に減少させることに翻訳された。これらの修飾膜の表面は、30日間の銀イオンの減少は無視できる程度であり、Ag-MOFが表面に強固に固定化されていることが確認された。

In this study, a polyamide forward osmosis membrane was functionalized with zwitterions followed by the in-situ growth of metal-organic frameworks with silver as metal core (Ag-MOFs) to improve its antibacterial and antifouling activity. First, 3-bromopropionic acid was grafted onto the membrane surface after its activation with N, N-diethylethylenediamine. Then, the in-situ growth of Ag-MOFs was achieved by a simple membrane immersion sequentially in a silver nitrate solution and in a ligand solution (2-methylimidazole), exploiting the underlying zwitterions as binding sites for the metal. The successful membrane functionalization and the enhanced surface wettability were verified through an array of characterization techniques. When evaluated in forward osmosis tests, the modified membranes exhibited high performance and improved permeability compared to pristine membranes. Static antibacterial experiments, appraised with confocal microscopy and colony-forming unit plate count, resulted in a 77% increase in the bacterial inhibition rate due to the activity of the Ag-MOFs. Microscopy micrographs of the E. coli bacteria suggested the deterioration of the biological cells. The antifouling properties of the functionalized membranes translated into a significantly lower flux decline in forward osmosis filtrations. These modified surfaces displayed negligible depletion of silver ion over 30 days, confirming the strong immobilization of Ag-MOFs on their surface.