RU178126U1 - Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки - Google Patents

Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки Download PDF

Info

Publication number
RU178126U1
RU178126U1 RU2017145414U RU2017145414U RU178126U1 RU 178126 U1 RU178126 U1 RU 178126U1 RU 2017145414 U RU2017145414 U RU 2017145414U RU 2017145414 U RU2017145414 U RU 2017145414U RU 178126 U1 RU178126 U1 RU 178126U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bioactive
water treatment
silicon
pore space
silica
Prior art date
Application number
RU2017145414U
Other languages
English (en)
Inventor
Татьяна Анатольевна Цыганова
Ольга Викторовна Рахимова
Дмитрий Сергеевич Шевченко
Татьяна Викторовна Антропова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН)
Priority to RU2017145414U priority Critical patent/RU178126U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU178126U1 publication Critical patent/RU178126U1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14Ultrafiltration; Microfiltration
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M3/00Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
    • C12M3/06Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus with filtration, ultrafiltration, inverse osmosis or dialysis means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к средствам для селективной фильтрации и может быть использована в системах водоподготовки в области биотехнологии и медицинской промышленности, в технологических схемах очистки, стерилизации, концентрирования растворов, содержащих вирусы, бактерии, белки, а также для получения биологических препаратов. В качестве биоактивного соединения использован полиоксомолибдат кремния, получаемый в результате взаимодействия иона, содержащегося в водном обрабатывающем растворе, подкисленным соляной кислотой до значения водородного показателя рН=1,2, со вторичным кремнеземом порового пространства пористого стекла. Внедрение полиоксометаллатакремния в поры высококремнеземной матрицы заявленной нами мембраны препятствует росту колоний бактерий и грибов в поровом пространстве, что является ее основным отличием и преимуществом от существующих мембран для фильтров осмотического действия.

Description

Полезная модель относится к средствам для селективной фильтрации и может быть использована в системах водоподготовки.
Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.
Известен способ получения биоцидного сорбента для доочистки питьевой воды на основе углеродного сырья по патенту РФ №2547509, который включает обработку активного угля или вспененного графита раствором бетулина в органическом растворителе или водной суспензией, содержащей бетулин. Недостатком данного сорбента является то, что носителем бетулина является углерод, прочность которого в виде спрессованной массы затрудняет его использование в фильтрах под давлением.
Из патента РФ №2109689 известно применение цеолитсодержащего туфа в качестве фильтрующего материала для очистки воды от микроорганизмов. Промышленная применимость данного сорбента вызывает сомнения в связи с отсутствием сведений о требуемой частоте замены загрузки цеолита и времени его использования.
Известен керамический фильтр для очистки жидкостей по патенту РФ №2248841, содержащий, по крайней мере, одну пластину прямоугольной формы из пористого оксидного материала, имеющую сквозные каналы в теле пластины, на стенках которых сформирован мембранный слой из исходного оксидного материала, и перемычки между каналами, отличающийся тем, что отношение наибольшего размера поперечного сечения канала d к толщине пластины h выполнено составляющим d/h=0,4-0,95, отношение толщины перемычки q к толщине пластины выполнено составляющим q/h=0,2-1,0, отношение ширины перемычки е к ее толщине q выполнено составляющим e/q=0,15-10,0. В данном решении керамического фильтра не указан срок эксплуатации фильтроэлемента из керамического материала с блоком из пористого оксидного материала и нет сведений о его проверке на биоактивность.
Из патента РФ №2525936 известна сплошная эластичная мембрана из каучуков или резины, которая используется в способе фильтрации растворов или суспензий микроорганизмов или белков, согласно которому фильтрацию осуществляют через такую мембрану, при этом для начала фильтрации образуют систему пор, не превышающих размеры концентрата, при помощи импульсного лазерного излучения мощностью не более 1 Дж/см2, причем материал мембраны обладает способностью к самозатягиванию пор после прекращения импульсного лазерного воздействия. Данное решение сходно с заявленным как по технологии фильтрации водных растворов через пористые мембраны, а также и по конечному назначению фильтрата для использования в области биотехнологии и медицинской промышленности в технологических схемах очистки, стерилизации, концентрирования растворов, содержащих вирусы, бактерии, белки, а также для получения биологических препаратов.
Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа
Недостатком прототипа является низкая длительность использования материала мембраны, который разрушается со временем из-за природы самого материала и требует частой замены, низкая устойчивость к температурным перепадам без нарушения структуры, а также технологическая сложность фильтрации растворов или суспензий микроорганизмов, или белков, заключающаяся в использовании радиоактивного источника тяжелых ионов.
Задачей изобретения является создание биоактивной мембраны длительного использования и устойчивой к температурным перепадам для фильтра осмотического действия для водоподготовки на основе высококремнеземного пористого стекла.
Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки на основе высококремнеземного пористого стекла, включающая биоактивное соединение, характеризуется тем, что в качестве биоактивного соединения использован полиоксомолибдат кремния, получаемый в результате взаимодействия иона
Figure 00000001
, содержащегося в водном обрабатывающем растворе, подкисленным соляной кислотой до значения водородного показателя рН=1,2, со вторичным кремнеземом порового пространства пористого стекла.
В качестве биоактивного соединения нами был выбран полиокомолибдат кремния, фунгицидные свойства которого были доказаны по отношению к грибу рода Candida, вида Candida albicans, штамм 920, а также грамм-положительным и грамм-отрицательным бактериям.
Известно, что полиоксометаллаты (ПОМ) обладают фунгицидными свойствами по отношению к возбудителям гриппа, лихорадки Денге, вирусу атипичной пневмонии, ВИЧ-19 и вирусу герпес-симплекс [1-6], а пористые стекла (ПС), получаемые в процессе выщелачивания двухфазных щелочеборосиликатных (ЩБС) стекол, являются идеальными матрицами для создания биоактивных мембран, поскольку химически и биологически инертны, обладают хорошей продольной упругостью (модуль Юнга =23,9 ГПа) и имеют поверхность, легко поддающуюся модификации [7-9]. В качестве примера композиционных материалов на основе ПС, полученные в [10] данные позволяют сделать вывод о возможности использования композиционных материалов на основе ПС для селективной фильтрации.
Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что образование полиоксомолибдата кремния, представляющего собою насыщенный гетерополианион (ГПА) структуры типа Кеггина в поровом происходит за счет взаимодействия иона
Figure 00000001
, содержащегося в обрабатывающем растворе, со вторичным кремнеземом порового пространства, что способствует увеличению удельного объема пор и выравниванию их по диаметрам и синтезированная таким образом мембрана не деформируется и способна выдержать давление, создаваемое вакуумным насосом. Внедрение полиоксометаллатакремния в поры высококремнеземной матрицы заявленной нами мембраны препятствует росту колоний бактерий и грибов в поровом пространстве, что является ее основным отличием и преимуществом от существующих мембран для фильтров осмотического действия.
Заявленную мембрану получают следующим образом. В начале осуществляют выщелачивание исходного щелочеборосиликатного стекла в растворе 3 М HCl при кипении с целью получения пористой высококремнеземной матрицы с диаметром пор до 10 нм. После промывания в дистиллированной воде для удаления остатков обрабатывающего раствора и продуктов реакции из порового пространства, полученная пористая стеклянная матрица высушивается. Затем внутри пористого стекла получают биоактивный компонент путем обработки полученного ПС 10% раствором молибдата аммония ((NH4)2MoO4) при значении водородного показателя рН=1,2 в течение месяца со сменой обрабатывающего раствора один раз в пять дней. Таким образом, матрица приобретает не только противобактериальные, но и самозащитные свойства.
Заявленная мембрана обладает рядом полезных свойств:
1. Состав пористой матрицы: 96.6 SiO2⋅3.20 В2О3⋅0.2 Na2O (мол. %) + кремнемолибденовыйполианион β-Si[Mo12O40]2-.
2. Параметры пористой структуры мембраны: удельный объем пор 0,232 см3/г; общая пористость образца 34,4%; средний диаметр пор 7,9 нм, что гораздо меньше размеров бактерий.
3. Наличие внутри порового пространства биоактивного вещества препятствует росту колоний клеточных культур, что повышает качество фильтрации и препятствует биологическому заражению фильтра.
4. Мембрана прошла тест на биоактивность по отношению к низшим грибам Candida albicans, который продемонстрировал полное ингибирование колоний.
5. Жесткий каркас из высококремнеземного стекла позволяет использовать данную мембрану при фильтрации под давлением (модуль Юнга =23,9 ГПа).
6. Высокая удельная поверхность 156 м2/г повышает каталитические свойства ГПС за счет увеличения количества активных центров (анионные участки ГПС). Кроме того, химическая адсорбция ГПС на разветвленной, химически и биологически устойчивой наноструктурной стеклянной матрице обеспечивает устойчивость ГПС к разрушению в водных и органических растворителях
Основными преимуществами заявленной мембраны заключаются в следующем:
- наличие биоактивного компонента в матрице фильтра позволяет не допустить роста колоний бактерий или грибов внутри пористого пространства фильтра, что намного продлевает срок службы данного фильтра, а так же улучшает качество фильтрата;
- жесткий каркас из высококремнеземного стекла позволяет использовать данную мембрану при фильтрации под давлением;
- Возможность повторного использования матрицы фильтра после ее переработки и использование ее в качестве новой матрицы. Повторное использование матрицы фильтра возможно после удаления отработанного биоактивного компонента проработкой в 3 М соляной кислоте и внедрения нового согласно второму этапу синтеза;
- возможность введения в пористую матрицу практически любого компонента, например, серебросодержащего или молибденсодержащего и пр., для улучшения характеристик фильтра в зависимости от практических задач;
- мембрана применима в фильтрах, работающих как в стационарных условиях для медицинского назначения, так и в полевых условиях.
Заявленное техническое решение применимо в области биотехнологии и медицинской промышленности и может быть использовано в технологических схемах очистки, стерилизации, концентрирования растворов, содержащих вирусы, бактерии, белки, а также для получения биологических препаратов.
Литература
1. Polyoxometallates fonctionnalises: de l'assemblage supramoleculaire vers les nanobiotechnologies. Habilitation a diriger des recherches / B. Hasenknopf. - Paris: Universite Pierre et Marie Curie, 2005. - 160 p.
2. Boudinot, F.D. Cellular localization of antiviral polyoxometalates in J774 macrophages / L. Ni.; P. Greenspan; R. Gutman; C. Kelloes; M.A. Farmer; F.D. Boudinot // Antiviral Res. - 1995. - 32 (3). - P. 141-148
3. Berry, J.P.; Galle, P. Subcellular localization of HPA-23 in different rat organs: electron microprobe study / J.P. Berry, P. Galle // Exp. Mol. Pathol. - 1990. - 53 (3). - P. 255-264.
4. Пат. US 5041576 A; USA, C07F 9/92, C07F 9/90. Antiviral activity on HIV / Sadio H. Wasfi; №07/615,492; заявл. 19 ноя 1990; опубл. 20 авг 1991.
5. Sarafianos, Stefanos G. Mechanism of polyoxometalate-mediated inactivation of DNA polymerases: an analysis with HIV-1 reverse transcriptase indicates specificity for the DNA-binding cleft / Stefanos G. Sarafianos, Ulrich Kortz, Michael T. Pope, Mukund J. Modak // Biochem. J. - 1996. - vol. 319. - P. 619-626.
6. Inouye, Y. Structure-activity correlationship and strain specificity of polyoxometalates in anti-human immunodeficiency virus activity / Y. Inouye, Y. Fujimoto, M. Sugiyama, T. Yoshida, T. Yamase // Biol. Pharm. Bull. - 1995. - Vol. 18(7). - P. 996-1000.
7. Rodrigo
Figure 00000002
, Jon West, Guy LaTorre, Larry Hench, and Anthony Brennan. Effect of Long-Term In Vitro Testing on the Properties of Bioactive Glass-Polysulfone Composites // Biomacromolecules. 2010. №11. P. 657-665.
8. Mehdi Shirazi, Theo G.M. van de Ven, and Gil Gamier. Adsorption of Modified Starches on Porous Glass // Langmuir. 2003. Vol. 19. No. 26. P. 10829-10834.
9. Пак B.H., Гавронская Ю.Ю., Буркат T.M. Пористые стекла и наноструктурированные материалы на их основе: Монография. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2013. - 129 с.
10. Yong Song Park, Yoshihiro Ito, Yukio Imanishi / Photocontrolled Gating by Polymer Brushes Grafted on Porous Glass Filter // Macromolecules 1998, №31, Pp 2606-2610.
11. T.A. Цыганова, В. А. Баянов, Д.С. Шевченко, О.В. Рахимова. Особенности взаимодействия «вторичного» кремнезема в поровом пространстве высококремнеземного стекла с молибдатом аммония в кислой среде // Журнал обшей химии. 2016. Т. 86. Вып. 7. С. 1229-1230.

Claims (1)

  1. Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки на основе высококремнеземного пористого стекла, включающая биоактивное соединение, характеризуется тем, что в качестве биоактивного соединения использован полиоксомолибдат кремния, получаемый в результате взаимодействия иона
    Figure 00000003
    , содержащегося в водном обрабатывающем растворе, подкисленным соляной кислотой до значения водородного показателя рН=1,2, со вторичным кремнеземом порового пространства пористого стекла.
RU2017145414U 2017-12-22 2017-12-22 Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки RU178126U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145414U RU178126U1 (ru) 2017-12-22 2017-12-22 Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145414U RU178126U1 (ru) 2017-12-22 2017-12-22 Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU178126U1 true RU178126U1 (ru) 2018-03-23

Family

ID=61703801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017145414U RU178126U1 (ru) 2017-12-22 2017-12-22 Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU178126U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756552C1 (ru) * 2020-08-10 2021-10-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) Способ получения биоактивной мембраны фильтра осмотического действия для водоподготовки

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3794174A (en) * 1972-01-11 1974-02-26 Atomic Energy Commission Porous metal insulator sandwich membrane
RU2179062C1 (ru) * 2000-08-31 2002-02-10 Трусов Лев Ильич Мембранный аппарат для разделения жидких смесей
RU2525936C1 (ru) * 2013-07-09 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" Способ фильтрации растворов и суспензий

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3794174A (en) * 1972-01-11 1974-02-26 Atomic Energy Commission Porous metal insulator sandwich membrane
RU2179062C1 (ru) * 2000-08-31 2002-02-10 Трусов Лев Ильич Мембранный аппарат для разделения жидких смесей
RU2525936C1 (ru) * 2013-07-09 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" Способ фильтрации растворов и суспензий

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Цыганова Т. А. и др. Особенности взаимодействия "вторичного" кремнезема в поровом пространстве высококремнеземного стекла с молибдатом аммония в кислой среде Журнал общей химии. 2016. т. 86. N. 7.с. 1229-1230. *
Цыганова Т.А., Баянов В.А., Шевченко Д.С., Рахимова О.В./ Взаимодействие пористых стекол с раствором молибдата аммония в кислой среде Физика и Химия стекла. Т. 42 N4. 2016. С. 581-584. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756552C1 (ru) * 2020-08-10 2021-10-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) Способ получения биоактивной мембраны фильтра осмотического действия для водоподготовки

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheng et al. Removal of antibiotic-resistant bacteria and antibiotic resistance genes affected by varying degrees of fouling on anaerobic microfiltration membranes
Yu et al. Antibacterial thin-film nanocomposite membranes incorporated with graphene oxide quantum dot-mediated silver nanoparticles for reverse osmosis application
CN101821381A (zh) 处理用于生物反应器的细胞培养基的方法
DE69517466T2 (de) Material zur Entfernung von HIV und verwandten Substanzen
EP1851313A1 (de) Verfahren zur isolierung von nukleins[uren, wobei die nukleins[uren bei erh\hter temperatur an einer matrix immobilisiert werden
RU178126U1 (ru) Биоактивная мембрана фильтра осмотического действия для водоподготовки
DE102016125818A1 (de) Verfahren zur Separation von geladenen biologisch aktiven Substanzen aus Flüssigkeiten und deren Wiedergewinnung
EP3348634B1 (en) Method for separating nucleic acid from sample comprising nucleic acid, and device therefor
Wiedmer et al. Antibacterial surface coating for bone scaffolds based on the dark catalytic effect of titanium dioxide
Bland et al. Electropositive nanodiamond-coated quartz microfiber membranes for virus and dye filtration
Xu et al. Antifouling fibrous membrane enables high efficiency and high-flux microfiltration for water treatment
Zainol Abidin et al. Fouling prevention in polymeric membranes by radiation induced graft copolymerization
DE102014211221A1 (de) Verfahren zur Anreicherung und/oder Aufreinigung von Nukleinsäuren
JP3885099B2 (ja) 有機高分子殺菌材料
RU2756552C1 (ru) Способ получения биоактивной мембраны фильтра осмотического действия для водоподготовки
EP1390126B1 (de) Verfahren zur verringerung einer adsorptionsneigung von molekülen oder biologischen zellen an einer materialoberfläche
DE102011080853A1 (de) Verfahren zur Isolierung von RNA aus Volblutproben
EP2198284A1 (de) Sensor mit langzeitstabilität für bio-prozesse
DE102005047301B4 (de) Verfahren zum Nachweis der Virenabreicherung für die Validierung von Filtern und Filtrationsprozessen
KR101246117B1 (ko) 생물막 형성 억제 효소가 고정화된 분리막, 그 제조방법 및 이를 이용한 수처리 공정
JP2003128502A (ja) 有害物質の処理材およびその製造方法
DE10033991A1 (de) Verfahren zur Isolierung von Nukleinsäuren
WO2018030437A1 (ja) ブタサーコウイルスが夾雑する溶液の処理方法
Mah et al. Piercing of the human parainfluenza virus by nanostructured surfaces
Carey et al. Protoplast formation by mass adsorption of inactive bacteriophage