Мембрана для: Мембраны для гидроаккумуляторов – купить по цене от 268 рублей, подбор по отзывам и характеристикам – интернет-магазин ВсеИнструменты.ру

Содержание

Мембраны для гидроаккумуляторов на 8,12, 24, 50, 100, 200 л

Выбрать и купить мембраны для гидроаккумуляторов (они же – груши для гидроаккумуляторов) недорого в Екатеринбурге и Нижнем Тагиле можно в нашем интернет-магазине. Более 20 вариантов мембран, низкие цены, гарантия качества, доставка по Екатеринбургу или в любой город России. Заказать мембраны для гидроаккумуляторов можно на нашем сайте или по телефону.

Мембраны для гидроаккумуляторов являются важной составляющей гидроаккумулятора, они предназначены для разделения конструкции на воздушную и водяную камеры. Мембраны подразделяются на мембраны для отопления и мембраны для водоснабжения.

Необходимость замены груш для гидроаккумуляторов вызвана постоянными механическими воздействиями в виде сжатия и растяжения, а так же значительными перепадами температуры.

Виды мембран для гидроаккумуляторов

Современные производители выпускают мембраны двух видов:

белые мембраны для гидроаккумуляторов из каучука;
черные мембраны для гидроаккумуляторов из резины EPDM.

Белые груши для гидроаккумуляторов применяется при рабочем давлении до 7 бар и перепаде температуры 0ºС-50ºС. Они устанавливают в системах водоснабжения.

Черные груши для гидроаккумуляторов эксплуатируют в отопительных системах, где температура воды варьируется в диапазоне 10ºС-99ºС, рабочее давление жидкости не должно превышать 8 бар.

Кроме этого, в нашем интернет-магазине вы сможете найти мембраны для гидробаков из Италии или от российских производителей, с диаметром горловины от 45 до 150 мм и в том числе – проходные мембраны для гидроаккумуляторов.

Как заменить мембрану гидробака

Замена мембран для гидроаккумуляторов выполняется после отключения оборудования и сброса давления в системе.

Болты откручивают, фланцы снимают, неисправную мембрану меняют на новую. Болты и фланцы устанавливают в обратном порядке. Нагнетают давление в баке до 1,4 бар и подключают его к системе водоснабжения.

Заказ и доставка мембран

Решить вопрос где купить мембрану для гидроаккумулятора недорого в Екатеринбурге поможет наша компания «Сантехмарт». На сайте нашего интернет-магазина вы найдете все доступные варианты мембран, цены на них и технические характеристики. При необходимости, наши консультанты окажут вам необходимую помощь.

Доставка мембран для гидроаккумуляторов осуществляется по Екатеринбургу, а также в города: Кызылорда, Чайковский, Копейск, Минусинск, Кокшетау, Ноябрьск, Лесной, Советский, Чита, Югорск, Краснотурьинск, Уфа, Салават, Нефтекамск, Североуральск, Ханты-Мансийск, Нефтеюганск, Новый Уренгой, Асбест, Серов, Нижний Тагил, Нижневартовск, Реж, Верхняя Пышма, Снежинск, Озёрск, Тюмень, Сургут, Челябинск.

Мембраны для гидроаккумуляторов и расширительных баков

Мембраны являются неотъемлемой частью гидроаккумуляторов. Их основное назначение – разделение гидроаккумулятора на две камеры: водяную и воздушную. По применению мембраны разделяются на мембраны для гидроаккумуляторов водоснабжения и мембраны для гидроаккумуляторов отопления. Мембраны являются сменными частями гидроаккумуляторов. Они подвергаются постоянным растяжениям и сжатиям, а также температурным перепадам. В связи с этим мембраны периодически подлежат замене.

На что обратить внимание при выборе мембраны для гидроаккумулятора или расширительного бака:

Перед выбором мембраны для гидроаккумулятора или расширительного бака обязательно убедитесь в том, что устройство подлежит разбору и мембрану действительно возможно поменять. Некоторые производители гидроаккумуляторов и расширительных баков производят устройства, которые не предполагают замену мембраны. Они значительно дешевле обычных. У таких баков есть как минусы, так и плюсы. С одной стороны, это можно расценивать, как своеобразную гарантию производителя на то, что мембрана останется невредимой при любых обстоятельствах. С другой стороны, на практике, такие баки выходят из строя с такой же периодичнотью, как и баки со съемными мембранами. В случае поломки бака с несъемной мембраной ремонту он не подлежит. Придется покупать новый бак, а не новую мембрану.

Причины выхода из строя мембраны

Мембрана в гидроаккумуляторе или расширительном баке практически всегда выходит из строя только по вине пользователя. Дело в том, что изготовлена она из EPDM резины или каучука, что теоретически гарантирует ей 10-летний срок службы. Однако она может порваться о стенку бака в случае, если давление воздуха в агрегате не контролировалось должным образом, и воздух ушёл.

Какие бывают мембраны:

Белые. Материал, из которого сделана мембрана – каучук. Максимальное рабочее давление – 7 бар. Температурный перепад – от 0 C до 50 C.
Черные. Материал, из которого сделана мембрана – резина EPDM. Максимальное рабочее давление – 8 бар. Температурный перепад – от -10 C до 99 C.

Мембраны для гидроаккумуляторов

Гидроаккумулятор – устройство для поддержания постоянного гидравлического давления при использовании воды и резервирования определённого количества воды в системе водоснабжения. Предполагается, что температура воды в системе водоснабжения не будет превышать 50 градусов Цельсия. Соответственно для гидроаккумуляторов подойдут как белые (каучуковые) мембраны, так и черные мембраны (EPDM).

Мембраны для расширительных баков

Расширительный бак – устройство в системе отопления, которое принимает излишки теплоносителя в тот момент, когда он расширяется, таким образом предотвращая разрывание трубопровода и кранов. Так как в системе отопления циркулирует горячая вода, требования к мембране значительно возрастают. Для расширительного бака подойдет только черная мембрана, изготовленная из резины EPDM.

Как производится замена мембраны в баке

Отключаем питание и сбрасываем давление в системе.
Откручиваем болты и снимаем фланец. Если фланец окислился, необходимо заменить его на новый – фланец из нержавеющей стали или фланец из оцинкованной стали.

Вытаскиваем испорченную мембрану.
Устанавливаем новую мембрану.
Устанавливаем фланец и прикручиваем болты
Накачиваем воздух до 1,4 бар.
Подключаем бак к системе водоснабжения.
Переодически проверяем давление воздуха в баке, чтобы не пришлось опять менять мембрану.

Как купить мембрану

Итак, если вы хотите купить мембрану, можно сделать покупку непосредственно через сайт, или позвонить по телефону в разделе контакты. Наш менеджер примет заказ и договорится о доставки или поможет с самовывозом.

Для покупателей из Москвы и Московской области — доставка мембраны по городу и ближайшему Подмосковью. Для покупателей из других регионов России — доставка любой транспортной компанией по согласованию.

DELTA®-PT мембрана для санации влажных стен

_ga

Период хранения 2 года

Регистрирует уникальный идентификационный код, который используется для генерирования статистических данных о том, как посетитель использует веб-сайт.

_gat

Период хранения 1 сутки

Используется Google Analytics для ограничения частоты запросов

_gid

Период хранения 1 сутки

_gat_UA-143296718-15

Период хранения 1 сутки

Используется Google Analytics для ограничения частоты запросов

_gat_gtag_UA_128360386_1

Период хранения 1 сутки

_gali

Период хранения 30 секунд

Этот файл cookie используется Google Analytics. Он используется для анонимного учета элементов, на которые щелкаю мышью (“кликают”) на той или иной странице сайте.

_dc_gtm_UA-41883568-5

Период хранения 1 минута

Используется Диспетчером тегов Google для управления загрузкой тега скрипта Google Analytics.

_ym_d

Период хранения 1 год

Used by Yandex, saves the date of the user’s first site session.

_ym_isad

Период хранения 2 дня

Used by Yandex, determines whether a user has ad blockers.

_ym_uid

Период хранения 1 год

Used by Yandex for identifying site users.

_ym_visorc_50925203

Период хранения 30 минут

Used by Yandex, allows Session Replay to function correctly.

Период хранения 10 лет

Использование с помощью .yandex.ru

Used for identifying site users.

yabs-sid

Период хранения сеанс

Использование с помощью .yandex.ru

Session ID

yandexuid

Период хранения 1 год

Использование с помощью .yandex.ru

Used for identifying site users.

ymex

Период хранения 1 год

Использование с помощью .yandex.ru

Used to distinguish users.

yuidss

Период хранения 1 год

Использование с помощью .yandex.ru

Collects information on visitor behaviour on multiple websites. This information is used on the website in order to optimise the relevance of the advertisement.

Мембрана для гидроаккумулятора Wester ( Вестер)

Мембрана для гидроаккумулятораWester (Вестер) отинтернет магазина ТеплоГидроИнвест

Мембрана для гидроаккумулятораWester (Вестер) – необходимая комплектующая для адекватной работы такого оборудования. Благодаря удачной конструкции, замена мембраны не составит особого труда. Справиться с этой задачей может даже человек без особых специальных навыков.

Мембраны представляют собой результат работы итальянского производителя, который уделяет особое внимание качеству подобных комплектующих, а также их надежности и универсальности. Вы можете купитьмембрану для гидроаккумулятораWester( Вестер), не переживая о том, для какой именно системы вам понадобится такая деталь. Она подходит как для теплой, так и для холодной воды, для питьевой воды и для технической.

Преимущества покупки мембраны в ТеплоГидроИнвест

Оригинальный товар от производителя, который гарантирует вам безупречное качество и надежность в ходе эксплуатации.
Доступная цена, которая указана непосредственно на сайте.

Возможность оформить покупку в кратчайшие сроки.

Еще один повод обратиться именно к нам – это наличие обратной связи и профессиональной помощи от наших сотрудников. Достаточно написать нам в чат или связаться по контактным номерам телефонов, чтобы вы получили подробные ответы на свои вопросы, а также узнать больше информации о таких деталях.

Мембраны, заказать которые на нашем сайте можно быстро и недорого, изготавливаются из так называемой EPDM– пищевой резины, которая прошла специальную обработку, благодаря чему она может применяться в системах водоснабжения и холодного, и горячего.

Мы предлагаем вам возможность быстро и легко купить в Москве мембраны Wester, выбрав их из нашего удобного и понятного для каждого человека каталога.

Мембрана для гидроаккумулятораWester (Вестер) отинтернет магазина ТеплоГидроИнвест

Преимущества покупки мембраны в ТеплоГидроИнвест

Оригинальный товар от производителя, который гарантирует вам безупречное качество и надежность в ходе эксплуатации.
Доступная цена, которая указана непосредственно на сайте.
Возможность оформить покупку в кратчайшие сроки.

Гидроизоляционная мембрана

Гидроизоляционная мембрана — это материал, который используется для защиты здания от влаги, конденсата и атмосферных осадков.

Гидроизоляционная мембрана защищает кровли крыши, пол, стены и другие части дома от негативного воздействия влаги. Без гидроизоляционной мембраны утеплитель быстро намокнет и потеряет свои теплоизолирующие свойства. Это напрямую отразится на температуре в доме и затратах на отопление.

В статье мы расскажем об особенностях гидроизоляционной мембраны, ее видах, основных правилах выбора и укладки.

Как работает гидроизоляционная мембрана

Часто люди путают гидроизоляционные мембраны и пароизоляционные пленки. Несмотря на их схожесть (материал производства, толщина, плотность), они обладают одним фундаментальным отличием. А именно — принципом действия.

Пароизоляционная пленка защищает утеплитель от внутренней влаги дома. Особенно это актуально в помещениях с повышенной влажностью. Например, в ванной.

Пароизоляционная пленка не пропускает пар и влагу. Совсем другое дело гидроизоляция. Кроме влаго- и ветрозащитных свойств, она обладает паропроницаемостью. Это необходимо для отвода влаги, которая все же просочилась в утеплитель. В мембране есть микроскопические поры, которые пропускают молекулы воды.

Читайте также: Что такое пароизоляционная пленка

Характеристики гидроизоляционных мембран

Гидроизоляционная мембрана относится к большой группе полимерных изоляционных материалов. Мембрана достаточно прочная, не боится перепада температур, эластична и проста в эксплуатации.

Основные свойства гидроизоляционных мембран:

эластичность;
прочность;
хорошая стойкость к атмосферным явлениям;
не боится перепадов температур;
долговечность.

Где применяются гидроизоляционные мембраны

Мембраны применяются в следующих сферах:

Гидроизоляция кровли	— выполняет функцию ветро- и влагозащиты; — отводит избыточную влагу от утеплителя и сохраняет его эксплуатационные свойства; — можно использовать в роли временной крыши (не более 1.5 месяца).
Гидроизоляция бассейна	— высокая прочность обеспечивает надежность гидроизоляции; — выполняет декоративную функцию — пленка бывает разных оттенков и приятная на ощупь.
Гидроизоляция подвалов, подземных туннелей и сооружений	— работы можно выполнять в холодное время года; — применяется в конструкциях, где ожидается их значительная осадка.

Виды гидроизоляционных мембран

Гидроизоляционные мембраны бывают следующих видов:

Диффузионная мембрана

Отличается более сложной структурой, чем обычная пленка. Поры мембраны напоминают микроскопические воронки. Благодаря этому свойству, она не пропускает пар с внешней стороны, но прекрасно отводит влагу с внутренней.

При монтаже такой пленки узкую часть пор выкладывают к кровле, а широкую — к утеплителю. Требует вентиляционного зазора с обеих сторон от мембраны.

Подробнее

Супердиффузионная мембрана

По принципу действия похожа на диффузионную мембрану. Основное отличие заключается в скорости отвода влаги — супердиффузионная пленка делает это намного быстрее. Как результат, не нужны вентиляционные зазоры.

Подробнее

Антиконденсатная мембрана

Некоторые типы кровельных покрытий (к примеру, металлочерепица) очень чувствительны к выпадению конденсата на внутренней стороне. Для решения этой проблемы используют антиконденсатную мембрану. Она не выпускает наружу избыточную влагу. Вместо этого мембрана задерживает воду с тыльной стороны своими мельчайшими ворсинками. Таким образом, влага может уйти по воздушным потокам вентиляционного зазора.

Подробнее

По форме мембраны бывают следующих видов:

Плоские пленочные мембраны	Производятся из ПЭВП (полиэтилен высокой плотности), ПЭНП (полиэтилен низкой плотности), полиолефина (ТПО), ПВХ. Имеют вид обычной плоской пленки. Ее стандартная толщина — 0,2-2 мм. Бывает трехслойной.
Профилированная пленка	Производится только из ПЭВП. Внешне напоминает листы с круглыми или квадратными выступами. Пленки бывают однослойными и двухслойными. Стандартная толщина — 0,5-1 мм. Глубина выступов может быть до 8 мм.

Гидроизоляционная мембрана Ондутис D (RV)

D — серая ткань с защитным слоем и добавкой UV-стабилизатора, который в течение 1,5 месяцев выдерживает прямое солнечное излучение. Может служить в качестве временной кровли.

На основание D Смарт нанесена самоклеющаяся лента. Это значительно упрощает процесс монтажа. Также ее можно использовать в роли гидробарьера в подвальных помещениях.

Как выбрать мембрану

Основная функция гидроизоляции — защита от воды. Поэтому наиболее важный параметр — водоупорность (измеряется в мм водяного столба — чем выше, тем эффективнее мембрана задерживает воду). Еще одна важная характеристика — разрывная нагрузка. Чем она выше, тем прочнее материал.

Также не стоит забывать и о цене. Сравнивая разные виды мембран, лучше всего ориентироваться на стоимость 1 кв. метра пленки. Более детально об особенностях выбора гидроизоляции читайте в статье: Как выбрать гидроизоляционную пленку.

Правильный монтаж гидроизоляционной мембраны

Способ монтажа гидроизоляционных мембран отличается в зависимости от того, куда она укладывается — на кровлю или на стены. Но общие этапы укладки гидроизоляционных мембран следующие:

Гидроизоляционная мембрана всегда укладывается на утеплитель, который предварительно монтируется на кровле и стенах.
Мембрана нарезается на куски необходимой длины и расстилается на поверхности.
Монтаж мембраны осуществляется снизу-вверх горизонтальными полотнищами нужной длины.
Для фиксации на деревянных элементах можно использовать строительный степлер.
Последующие слои мембраны накладываются с обязательным нахлестом примерно в 10 см.
Для надежной защиты стыков используется специальная монтажная лента.
Следующий этап — закрепление мембраны деревянными брусками и монтаж наружной обшивки для стен или кровельных материалов для крыши.

Монтаж гидроизоляционной мембраны — это несложный процесс, который не требует особых навыков. Более подробно читайте в статье «монтаж гидроизоляционной плёнки» и смотрите видео ролики.

Определение мембраны по Merriam-Webster

мем · брана | \ ˈMem-brān \

1 : тонкий мягкий гибкий лист или слой, особенно животного или растительного происхождения.

2 : кусок пергамента, составляющий часть рулона.

Значение мембраны для биофизических измерений

Callaway, E. Революция не будет кристаллизоваться: новый метод пронизывает структурную биологию. Природа 525 , 172–174 (2015).

CAS PubMed Google Scholar

Дэвис, К. М., Ансельми, К., Виттиг, И., Фаральдо-Гомес, Дж. Д. и Кюльбрандт, В. Структура димера дрожжевой F1Fo-АТФ-синтазы и его роль в формировании митохондриальных крист. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109 , 13602–13607 (2012).

CAS PubMed Google Scholar

Бейкер, Л. А., Ватт, И. Н., Рансвик, М. Дж., Уокер, Дж. Э. и Рубинштейн, Дж. Л. Расположение субъединиц в интактной митохондриальной АТФ-синтазе млекопитающих, определяемое крио-ЭМ. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109 , 11675–11680 (2012).

CAS PubMed Google Scholar

Мерфи, Б.J. et al. Вращающиеся подсостояния митохондриальной АТФ-синтазы раскрывают основу гибкого связывания F ₁ -F _o. Наука 364 , eaaw9128 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gu, J. et al. Крио-ЭМ структура тетрамера АТФ-синтазы млекопитающих, связанного с ингибирующим белком IF1. Наука 364 , 1068–1075 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

Спайкс, Т. Е., Монтгомери, М. Г. и Уокер, Дж. Э. Структура димерной АТФ-синтазы из митохондрий крупного рогатого скота. Proc. Natl Acad. Sci. США 117 , 23519–23526 (2020).

CAS PubMed Google Scholar

Пинке, Г., Чжоу, Л. и Сазанов, Л. А. Крио-ЭМ-структура всей АТФ-синтазы F-типа млекопитающих. Nat. Struct. Мол. Биол. https://doi.org/10.1038/s41594-020-0503-8 (2020).

Седдон А. М., Курноу П. и Бут П. Дж. Мембранные белки, липиды и детергенты: не только мыльная опера. Biochim. Биофиз. Acta 1666 , 105–117 (2004).

CAS PubMed Google Scholar

Берджесс, Н. К., Стэнли, А. М. и Флеминг, К. Г. Определение молекулярных масс мембранных белков и констант равновесия ассоциации с использованием равновесия седиментации и скорости седиментации. Methods Cell Biol. 84 , 181–211 (2008).

CAS PubMed Google Scholar

10.

Вукоти, К., Кимура, Т., Маке, Л., Гавриш, К. и Елисеев, А. Стабилизация функционального рекомбинантного каннабиноидного рецептора CB (2) в мицеллах детергентов и липидных бислоях. PLoS One 7 , e46290 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

11.

Баррера, Н. П., Ди Бартоло, Н., Бут, П. Дж. И Робинсон, К. В. Мицеллы защищают мембранные комплексы от раствора до вакуума. Наука 321 , 243–246 (2008). Это отчет о мембранном белковом комплексе, выброшенном из мицеллы детергента в газовую фазу масс-спектрометра с интактными цитоплазматическими и мембранными доменами .

CAS PubMed Google Scholar

12.

Рединг, Э.и другие. Роль мицеллы детергента в сохранении структуры мембранных белков в газовой фазе. Angew. Chem. Int. Edn Engl. 54 , 4577–4581 (2015).

CAS Google Scholar

13.

Liko, I. et al. На димерный интерфейс бычьей цитохром с оксидазы влияют местные посттрансляционные модификации и связывание липидов. Proc. Natl. Акад. Sci. США 113 , 8230–8235 (2016).

CAS PubMed Google Scholar

14.

Zhou, M. et al. Масс-спектрометрия интактных АТФаз V-типа выявляет связанные липиды и эффекты связывания нуклеотидов. Наука 334 , 380–385 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

15.

Sušac, L., Eddy, M. T., Didenko, T., Stevens, R.C. & Wüthrich, K.Функциональные состояния аденозинового рецептора _2A, охарактеризованные с помощью ¹⁹ F-ЯМР. Proc. Natl. Акад. Sci. США 115 , 12733–12738 (2018).

PubMed Google Scholar

16.

Palczewski, K. et al. Кристаллическая структура родопсина: рецептор, связанный с G-белком. Наука 289 , 739–745 (2000). Это исследование сообщает о структуре немодифицированного GPCR дикого типа, позволяя понять распространение сигналов в зрении .

CAS PubMed Google Scholar

17.

Черезов В.В. и др. Кристаллическая структура с высоким разрешением сконструированного человеческого рецептора, связанного с бета2-адренергическим G-белком. Наука 318 , 1258–1265 (2007).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

18.

Rosenbaum, D. M. et al. Инженерия GPCR позволяет с высоким разрешением получить структурную информацию о функции бета2-адренорецепторов. Наука 318 , 1266–1273 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

19.

Rasmussen, S.G. et al. Кристаллическая структура комплекса β2-адренорецептор-Gs-белок. Природа 477 , 549–555 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

20.

Chae, P. S. et al. Амфифилы мальтозо-неопентилгликоля (MNG) для солюбилизации, стабилизации и кристаллизации мембранных белков. Nat. Методы 7 , 1003–1008 (2010).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

21.

Кэффри, М. Всесторонний обзор липидной кубической фазы или мезо-метода кристаллизации мембран и растворимых белков и комплексов. Acta Crystallogr. F Struct. Биол. Commun. 71 , 3–18 (2015).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

22.

Йен, H. Y. et al. PtdIns (4,5) P ₂ стабилизирует активные состояния GPCR и повышает селективность связывания G-белка. Природа 559 , 423–427 (2018). В этом исследовании сообщается об использовании масс-спектрометрии для раскрытия роли PIP ₂ в стабилизации последующего связывания GPCR класса A .

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

23.

Huang, W. et al. Структура рецептора нейротензина 1 в комплексе с β-аррестином 1. Nature 579 , 303–308 (2020). В этой статье описывается крио-ЭМ структура рецептора, связанного с аррестином, а также обнаружена молекула PIP ₂ , образующая мост между мембранной стороной рецептора и аррестином .

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

24.

Шен, Х., Лю, Д., Ву, К., Лей, Дж. И Ян, Н. Структуры человеческого Na _v 1,7 канала в комплексе с вспомогательными субъединицами и токсинами животных. Наука 363 , 1303–1308 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

25.

Urner, L.H. et al. Модульные детергенты предназначены для очистки и структурного анализа мембранных белков, включая рецепторы, связанные с G-белками. Nat. Commun. 11 , 564 (2020).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

26.

Dorwart, M. R., Wray, R., Brautigam, C. A., Jiang, Y. & Blount, P. S. aureus MscL представляет собой пентамер in vivo, но с переменной стехиометрией in vitro: последствия для солюбилизированных детергентом мембранных белков. PLoS Biol. 8 , e1000555 (2010).

PubMed PubMed Central Google Scholar

27.

Reading, E. et al. Влияние детергента, температуры и липидов на олигомерное состояние конструкций MscL: выводы из масс-спектрометрии. Chem. Биол. 22 , 593–603 (2015).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

28.

Chipot, C. et al. Нарушения структуры нативных мембранных белков в детергентах на основе алкилфосфохолина: критическая оценка ЯМР и биофизических исследований. Chem. Ред. 118 , 3559–3607 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

29.

Lemieux, M. J., Reithmeier, R. A. & Wang, D. N. Важность детергента и фосфолипида в кристаллизации домена мембраны анионообменника эритроцитов человека. J. Struct. Биол. 137 , 322–332 (2002).

PubMed Google Scholar

30.

Drachmann, N.D. et al. Сравнение кристаллических структур Са (2+) -АТФазы в присутствии различных липидов. FEBS J. 281 , 4249–4262 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

31.

Laganowsky, A. et al. Мембранные белки избирательно связывают липиды, чтобы модулировать их структуру и функцию. Природа 510 , 172–175 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

32.

Gupta, K. et al. Роль межфазных липидов в стабилизации олигомеров мембранных белков. Природа 541 , 421–424 (2017).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

33.

Сандерс, М. Р., Финдли, Х. Э. и Бут, П. Дж. Липидный двухслойный состав модулирует свободную энергию разворачивания узелкового α-спирального мембранного белка. Proc. Natl. Акад. Sci. США 115 , E1799 – E1808 (2018).

CAS PubMed Google Scholar

34.

Карабаджак А.Г. и др. Толщина и кривизна бислоя влияют на связывание и вставку пептида pHLIP. Biophys. J. 114 , 2107–2115 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

35.

Ландре, М., Костейра-Пауло, Дж., Голт, Дж., Марклунд, Э. Г. и Робинсон, К.V. Влияние мицелл детергента на связывание липидов с белками в масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением. Анал. Chem. 89 , 7425–7430 (2017).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

36.

Zoonens, M., Catoire, L.J., Giusti, F. & Popot, J. L. ЯМР-исследование мембранного белка в не содержащем детергента водном растворе. Proc. Natl. Акад. Sci. США 102 , 8893–8898 (2005).

CAS PubMed Google Scholar

37.

Калабрез, А. Н., Уоткинсон, Т. Г., Хендерсон, П. Дж., Рэдфорд, С. Э. и Эшкрофт, А. Е. Амфиполы превосходят мицеллы додецилмальтоида в стабилизации структуры мембранного белка в газовой фазе. Анал. Chem. 87 , 1118–1126 (2015).

CAS PubMed Google Scholar

38.

Chien, C.H. et al. Адаптируемая фосфолипидная мембранно-миметическая система для ЯМР-исследований мембранных белков в растворе. J. Am. Chem. Soc. 139 , 14829–14832 (2017).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

39.

Elter, S. et al. Использование амфиполов для ЯМР-структурной характеристики белков 7-TM. J. Membr. Биол. 247 , 957–964 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

40.

Дайвер М. М., Ченг Ю. и Джулиус Д. Структурные представления о ингибировании и десенсибилизации TRPM8. Наука 365 , 1434–1440 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

41.

Маклин М.А., Грегори М.С. и Слигар С.Г. Нанодиски: контролируемая двухслойная поверхность для изучения мембранных белков. Annu. Rev. Biophys. 47 , 107–124 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

42.

Отцен, Х. Э., Джулиус, Д. и Ченг, Ю. Мембранные миметические системы в CryoEM: сохранение мембранных белков в их естественной среде. Curr. Opin. Struct. Биол. 58 , 259–268 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

43.

Иокогава, М., Фукуда, М.И Осава, М. Нанодиски по структурной биологии в мембранной среде. Chem. Pharm. Бык. (Токио) 67 , 321–326 (2019).

CAS Google Scholar

44.

Gao, Y., Cao, E., Julius, D. & Cheng, Y. Структуры TRPV1 на нанодисках раскрывают механизмы действия лигандов и липидов. Природа 534 , 347–351 (2016).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

45.

Qiu, W. et al. Структура и активность липидного бислоя в мембранном переносчике белка. Proc. Natl. Акад. Sci. США 115 , 12985–12990 (2018).

CAS PubMed Google Scholar

46.

Postis, V. et al. Использование SMALP в качестве нового каркаса мембранного белка для исследования структуры с помощью электронной микроскопии с отрицательным окрашиванием. Biochim. Биофиз. Acta 1848 , 496–501 (2015).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

47.

Sun, C. et al. Структура альтернативного комплекса III в суперкомплексе с цитохромоксидазой. Природа 557 , 123–126 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

48.

Брэди, Н. Г., Ли, М., Ма, Й., Гамбарт, Дж. К. и Брюс, Б. Д. Неметергентная изоляция цианобактериальной фотосистемы I с использованием чередующихся сополимеров стирола и малеиновой кислоты. RSC Advances 9 , 31781–31796 (2019).

CAS Google Scholar

49.

Hall, S. C. L. et al. Совместимый с кислотой сополимер для солюбилизации мембран и белков в наночастицы, содержащие липидный бислой. Наноразмер 10 , 10609–10619 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

50.

Ruan, J., Xia, S., Liu, X., Lieberman, J. & Wu, H. Крио-ЭМ структура поры мембраны gasdermin A3. Природа 557 , 62–67 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

51.

Peng, W., de Souza Santos, M., Li, Y., Tomchick, D. R. & Orth, K. Крио-ЭМ-структуры с высоким разрешением олигомеров ClyA гемолизина E. coli . PLoS One 14 , e0213423 (2019).

PubMed PubMed Central Google Scholar

52.

Ван, Л. и Сигворт, Ф. Дж. Структура калиевого канала ВК в липидной мембране по данным электронной криомикроскопии. Природа 461 , 292–295 (2009).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

53.

Цзян, К. X., Честер, Д. В. и Сигворт, Ф. Дж. Сферическая реконструкция: метод определения структуры мембранных белков по крио-ЭМ изображениям. J. Struct. Биол. 133 , 119–131 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

54.

Markones, M. et al. Путь к асимметрии: пять шагов к липидно-асимметричным протеолипосомам. Biophys. J. 118 , 294–302 (2020).

CAS PubMed Google Scholar

55.

Carlson, M. L. et al. Пептидиск, простой метод стабилизации мембранных белков в растворе без детергентов. eLife 7 , e34085 (2018).

PubMed PubMed Central Google Scholar

56.

Frauenfeld, J. et al. Система наночастиц сапозин-липопротеин для мембранных белков. Nat. Методы 13 , 345–351 (2016).

PubMed PubMed Central Google Scholar

57.

Carlson, M. L. et al. Профилирование интерактома мембранного белка Escherichia coli , захваченного в библиотеках Peptidisc. eLife 8 , e46615 (2019).

PubMed PubMed Central Google Scholar

58.

Зеев-Бен-Мордехай, Т., Васиштан, Д., Зиберт, К.А., Уиттл, К. и Грюневальд, К. Внеклеточные везикулы: платформа для определения структуры мембранных белков с помощью Cryo-EM. Структура 22 , 1687–1692 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

59.

Зеев-Бен-Мордехай, Т., Васиштан, Д., Зиберт, К. А. и Грюневальд, К. Полноразмерный фузоген клетка-клетка EFF-1 является мономерным и расположен на мембране вертикально. Nat. Commun. 5 , 3912 (2014). Это исследование сообщает о крио-ЭМ структуре клеточно-клеточного фузогена, отображаемого в мембранной среде .

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

60.

Chorev, D. S. et al. Сборки белков, выброшенные непосредственно из нативных мембран, дают комплексы для масс-спектрометрии. Наука 362 , 829–834 (2018). В этой статье сообщается о масс-спектрометрическом исследовании мембранных белковых комплексов, выбрасываемых непосредственно из их мембранной среды, включая бактериальные и митохнодриальные мембраны .

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

61.

Данев Р., Янагисава Х. и Киккава М. Методология криоэлектронной микроскопии: текущие аспекты и будущие направления. Trends Biochem. Sci. 44 , 837–848 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

62.

Лаверти, Д. и др. Крио-ЭМ структура человеческого α1β3γ2 ГАМК _{Рецептор} в липидном бислое. Природа 565 , 516–520 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

63.

Zhu, S. et al. Структура человеческого синаптического рецептора GABA _A. Природа 559 , 67–72 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

64.

Phulera, S. et al. Крио-ЭМ структура бензодиазепин-чувствительного α1β1γ2S тригетеромерного рецептора GABA _A в комплексе с GABA. eLife 7 , e39383 (2018).

PubMed PubMed Central Google Scholar

65.

Роуз, Р. Дж., Дамок, Э., Денисов, Э., Макаров, А. и Хек, А. Дж. Массовый анализ интактных макромолекулярных сборок с помощью орбитальной ловушки с высокой чувствительностью. Nat. Методы 9 , 1084–1086 (2012). Это исследование демонстрирует орбитальную ловушку высокого разрешения для нативного МС растворимых белковых комплексов .

CAS PubMed Google Scholar

66.

Gault, J. et al. Масс-спектрометрия высокого разрешения малых молекул, связанных с мембранными белками. Nat. Методы 13 , 333–336 (2016). Это исследование охватывает разработку платформы Orbitrap для мембранных белков и демонстрирует, что длину цепи липидов можно различать, пока они связаны с мембранным белком .

PubMed PubMed Central Google Scholar

67.

Fort, K. L. et al. Расширение возможностей структурного анализа масс-спектрометра на основе Orbitrap для больших макромолекулярных комплексов. Аналитик 143 , 100–105 (2017).

PubMed Google Scholar

68.

Liu, Y. et al. Селективное связывание токсина и фосфатидилинозитидов с калиевым каналом млекопитающих. Nat. Commun. 10 , 1352 (2019).

PubMed PubMed Central Google Scholar

69.

Лико, И., Эллисон, Т.М., Хоппер, Дж. Т. и Робинсон, К.V. Структурная биология под контролем масс-спектрометрии. Curr. Opin. Struct. Биол. 40 , 136–144 (2016).

CAS PubMed Google Scholar

70.

Аббас, Ю. М., Ву, Д., Бюлер, С. А., Робинсон, К. В., Рубинштейн, Дж. Л. Структура V-АТФазы из мозга млекопитающих. Наука 367 , 1240–1246 (2020). Это исследование сообщает о крио-ЭМ структуре АТФазы V-типа, выделенной из синаптических пузырьков головного мозга крысы.МС использовали для определения стехиометрии изоформы и субъединицы и состава интактного комплекса V ₁ .

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

71.

Hellwig, N. et al. Нативная масс-спектрометрия становится более естественной: исследование мембранных белковых комплексов непосредственно из SMALP. Chem. Commun. (Камб.) 54 , 13702–13705 (2018).

CAS Google Scholar

72.

Keener, J. E. et al. Химические добавки позволяют проводить масс-спектрометрическое измерение олигомерного состояния мембранных белков на интактных нанодисках. J. Am. Chem. Soc. 141 , 1054–1061 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

73.

Суза, Дж. С., Миллс, Д. Дж., Вонк, Дж. И Кюльбрандт, У. Функциональная асимметрия и поток электронов в респирасоме крупного рогатого скота. eLife 5 , e21290 (2016).

PubMed PubMed Central Google Scholar

74.

Юссупов А., Ди Лука А. и Кайла В. Р. I. Как кардиолипин модулирует динамику дыхательного комплекса I. Sci. Adv. 5 , eaav1850 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

75.

Lu, F. et al. Строение и механизм транспортера урацила UraA. Природа 472 , 243–246 (2011).

CAS PubMed Google Scholar

76.

Yu, X. et al. Димерная структура урацил: симпортер протонов UraA обеспечивает понимание механизмов транспортеров SLC4 / 23/26. Cell Res. 27 , 1020–1033 (2017).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

77.

Гонг, X.и другие. Структурная основа распознавания Sonic Hedgehog человеком Patched1. Наука 361 , eaas8935 (2018).

PubMed Google Scholar

78.

Zhang, Y. et al. Структурная основа холестериновой активности рецептора hedgehog исправлена. Ячейка 175 , 1352–1364.e14 (2018).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

79.

Qian, H. et al. Ингибирование тетрамерного Patched1 с помощью Sonic Hedgehog посредством асимметричной парадигмы. Nat. Commun. 10 , 2320 (2019).

PubMed PubMed Central Google Scholar

80.

Бакелар, Дж., Бьюкенен, С. К. и Нойнай, Н. Структура комплекса оборудования для сборки β-цилиндров. Наука 351 , 180–186 (2016).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

81.

Han, L. et al. Структура комплекса БАМ и его значение для биогенеза белков внешней мембраны. Nat. Struct. Мол. Биол. 23 , 192–196 (2016).

CAS PubMed Google Scholar

82.

Iadanza, M. G. et al. Боковое отверстие в оборудовании для сборки неповрежденных β-цилиндров, захваченное крио-ЭМ. Nat. Commun. 7 , 12865 (2016).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

83.

Celia, H. et al. Структурное понимание роли комплекса Ton в преобразовании энергии. Природа 538 , 60–65 (2016).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

84.

Maki-Yonekura, S. et al. Гексамерные и пентамерные комплексы активатора ExbBD в системе Ton. eLife 7 , e35419 (2018).

PubMed PubMed Central Google Scholar

85.

Celia, H. et al. Крио-ЭМ структура бактериального моторного субкомплекса Ton ExbB-ExbD предоставляет информацию о структуре и стехиометрии. Коммуна Биол 2 , 358 (2019).

PubMed PubMed Central Google Scholar

86.

Данев Р. и Баумейстер В. Расширение границ крио-ЭМ с помощью фазовых пластин. Curr. Opin. Struct. Биол. 46 , 87–94 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

87.

Schwartz, O. et al. Лазерная фазовая пластинка для просвечивающей электронной микроскопии. Nat. Методы 16 , 1016–1020 (2019).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

88.

Zhou, A. et al. Структура и конформационные состояния бычьей митохондриальной АТФ-синтазы с помощью крио-ЭМ. eLife 4 , e10180 (2015).

PubMed PubMed Central Google Scholar

89.

Рашл Т., Хиллер С., Эцкорн М. и Вагнер Г. Немицеллярные системы для спектроскопии ЯМР в растворе мембранных белков. Curr. Opin. Struct. Биол. 20 , 471–479 (2010).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Гидрофобная наноструктурированная деревянная мембрана для термически эффективной дистилляции

Реферат

Текущая мембранная дистилляция (MD) оспаривается из-за неэффективности термического отделения воды от растворенных веществ, контролируемого пористостью и теплопроводностью мембраны.Существующие полимерные мембраны, полученные из нефти, сталкиваются с серьезными препятствиями при разработке. Здесь мы демонстрируем первую прочную мембрану MD, изготовленную непосредственно из экологически чистого древесного материала. Гидрофобная мембрана из нанодревесины имела высокую пористость (89 ± 3%) и иерархическую структуру пор с широким распределением пор по размерам нанофибрилл кристаллической целлюлозы и ксилемных сосудов и просветов (каналов), которые способствуют транспортировке водяного пара. Теплопроводность была чрезвычайно низкой в поперечном направлении, что снижает кондуктивный перенос тепла.Однако высокая теплопроводность вдоль волокна обеспечивает эффективное рассеивание тепла в осевом направлении. В результате мембрана продемонстрировала превосходную собственную паропроницаемость (1,44 ± 0,09 кг · м ^-1 K ^-1 с ^-1 Па ^-1) и термический КПД (~ 70% при 60 ° C). Такие свойства, как термический КПД, водный поток, масштабируемость и устойчивость, делают нанодревесину очень желательной для применения в МД.

ВВЕДЕНИЕ

Нехватка воды – серьезная проблема во всем мире.В этом году Организация Объединенных Наций сообщила, что почти половина населения мира (~ 3,6 миллиарда) в настоящее время проживает в регионах с потенциальным дефицитом воды не менее одного месяца в году. К 2050 году это число может вырасти до 4,8-5,7 миллиарда ( 1 ). Эта проблема усугубляется изменением климата и быстрой урбанизацией, о чем свидетельствуют длительные периоды засухи и учащение лесных пожаров в Калифорнии и других регионах ( 2 – 4 ). Опреснение может помочь облегчить водный стресс за счет извлечения пресной воды из ряда соленых или загрязненных источников, включая морскую воду, солоноватоводные грунтовые воды или сточные воды ( 5 , 6 ), а развитие опреснения значительно стимулировалось нанотехнологиями и передовым производством. ( 7 , 8 ).Однако, несмотря на достижение предела энергоэффективности (~ 50%), современные процессы опреснения воды, такие как обратный осмос, по-прежнему являются энергоемкими [от 2 до 4 киловатт-часов м ⁻³] ( 9 , 10 ). Однако во многих регионах, которые могут извлечь выгоду из этой технологии, увеличивающееся предложение возобновляемой, но непостоянной солнечной энергии в виде тепла или электричества создает большие возможности для солнечного опреснения, что также снижает проблемы в области хранения энергии. Используя преимущества этого недорогого, а иногда и избыточного предложения тепла или электроэнергии, опреснение воды может стать более рентабельным ( 11 – 13 ).

Мембранная дистилляция (MD) – это развивающийся процесс термической сепарации с большим потенциалом для опреснения воды высокой солености с использованием солнечных, тепловых или других возобновляемых источников ( 10 ). За счет разницы в температуре и давлении пара. Вода испаряется на стороне горячего питания ячеек MD и диффундирует через пористую гидрофобную мембрану перед конденсацией на стороне холодного пермеата ( 14 – 16 ). MD может работать с использованием низкопотенциального тепла, такого как охлаждающая вода конденсатора от тепловых электростанций или, все чаще, от возобновляемых источников, таких как солнечные тепловые или геотермальные станции ( 17 – 19 ).Во время MD перенос водяного пара приводит к конвективной теплопередаче, при которой тепло частично проходит через материалы мембраны, тем самым уменьшая градиент температуры и снижая движущую силу для массопереноса через мембрану ( 20 , 21 ). Тепловой КПД является важным параметром в MD и определяется как конвективный тепловой поток через мембрану, деленный на общий тепловой поток ( 22 ). Соответственно, идеальная MD-мембрана должна иметь желаемую комбинацию характеристик, таких как большой размер пор, низкая извилистость пор, низкая теплопроводность, высокая пористость, оптимизированная толщина, хорошая механическая прочность, конкурентоспособность по стоимости и низкое воздействие на окружающую среду ( 10 , 22 – 24 ).

Современные коммерческие мембраны MD изготавливаются из синтетических полимеров, таких как политетрафторэтилен (PTFE), поливинилиденфторид (PVDF) и полипропилен (PP) ( 16 , 25 – 27 ). Как правило, эти мембраны имеют пористость менее 0,80, теплопроводность более 0,050 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ и тепловой КПД до 60% ( 10 , 15 , 16 , 22 , 25 , 28 ).Например, микропористые мембраны из ПТФЭ широко используются в модулях MD из-за их высокой гидрофобности и стабильности ( 26 ), но многие из этих мембран обычно изотропны (рис. S4) и не идеальны для высокоэффективной теплоизоляции ( 29 – 31 ). Кроме того, эти полимерные материалы получают из нефтепродуктов, и их использование и утилизация вызывают проблемы с окружающей средой из-за низкой способности к биологическому разложению ( 32 ). Таким образом, МД-мембраны, изготовленные из натуральных и недорогих материалов с высокой термостойкостью и гидрофобностью, весьма желательны, но пока недоступны.Недавно Leitch et al. ( 24 ) представила новую бактериальную мембрану MD из аэрогеля из наноцеллюлозы с высокой пористостью (> 98%) и низкой теплопроводностью (<0,03 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹), демонстрируя, как можно изготавливать мембраны с использованием натуральных материалов. материалы.

В этом исследовании мы разработали первую прочную мембрану MD непосредственно из экологически чистого древесного материала. Наноцеллюлоза является богатым землей и часто является источником отходов биомассы, которая использовалась в продуктах с минимальным воздействием на окружающую среду и здоровье, таких как строительные материалы, бронежилеты, биотопливо или фильтры для воды ( 33 – 39 ).Большинство продуктов на основе наноцеллюлозы, таких как бумага (рис. S4), производятся из древесной массы, где разрушенные целлюлозные волокна случайным образом смешиваются вместе, образуя изотропную структуру с высокой плотностью (1,20 г · см ⁻³) и более низкой механической прочностью ( От 0,25 до 0,30 МПа) ( 40 , 41 ). Напротив, эта новая деревянная мембрана была изготовлена путем прямого удаления лигнина и полуцеллюлозы с помощью химической обработки и сушки вымораживанием, что позволило сохранить анизотропную микроструктуру и иерархическое выравнивание древесных волокон.В результате из древесины можно получить анизотропный теплоизоляционный объемный материал с чрезвычайно высокой пористостью (~ 90%), низкой теплопроводностью (~ 0,04 Вт · м ^-1 K ^-1) и хорошей механической прочностью. (18 МПа), что делает его идеальной подложкой для мембраны MD. В этом исследовании мы сообщаем о наноструктурированной древесине (то есть нанодревесе) из натуральной американской липы с последующим покрытием силаном, которое привело к получению гидрофобной мембраны из нанодревесины с высокой пористостью, но очень низкой теплопроводностью.Высокопористая структура с естественным образом сформированными порами либо среди нанофибрилл, либо растущими на деревянных сосудах и фибриллярными просветами трахеид (ямками) снижает сопротивление переносу водяного пара и обеспечивает хороший поток воды (20,8 ± 0,8 кг · м ⁻² час ⁻¹ при 60 ° C) в тестах с прямым контактом MD (DCMD) (рис.1). Анизотропное свойство может позволить теплу распространяться вдоль направления нанофибрилл и уменьшать теплопередачу, в то время как высокая собственная проницаемость улучшает передачу водяного пара и, таким образом, конвективную теплопередачу.Вместе они обеспечивают мембрану превосходный термический КПД (71 ± 2% при 60 ° C) с одним из самых высоких значений среди всех описанных в литературе MD мембран ( 22 ). Гидрофобные деревянные мембраны также сравнивали с коммерческими мембранами с точки зрения мембранных структур [например, распределения пор по размеру (PSD) и теплопроводности] и характеристик MD (то есть потока, паропроницаемости и термической эффективности). На рисунке 1B показан большой кусок мембраны из нанодревесины длиной 18 см, который демонстрирует масштабируемость процесса изготовления деревянной мембраны.Насколько нам известно, это первый отчет о гидрофобной мембране MD, изготовленной из экологически чистого древесного материала.

Рис. 1 Технологическая схема нанодревесных мембран для МД.

( A ) Схема MD с использованием деревянной мембраны. ( B ) Цифровая фотография нанодревесины и соответствующих полезных свойств для применения в МД. ( C ) Схема передачи воды (пара) и тепла в деревянной мембране во время MD. Фотография: Т.Ли, Мэрилендский университет.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Уникальная пористая структура гидрофобной наноструктуры древесины как высокоэффективная мембрана

Гидрофобные древесные мембраны (Рис. 2, A, B и C и Рис. 3, A и B) были непосредственно получены из натуральная американская липа, в которой аморфный лигнин и гемицеллюлоза переплетаются с нанофибриллами целлюлозы ( 42 ). После химической обработки и очистки, как описано в разделе «Материалы и методы», мы сохранили микроструктуру древесины и иерархическое расположение.Для мембраны из нанодревесины лигнин и гемицеллюлоза были удалены, в то время как естественно выровненные нанофибриллы целлюлозы, изолированные друг от друга вдоль направления роста, можно непосредственно наблюдать с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (рис. 2, D – H). Удаление смешанного лигнина и гемицеллюлозы для мембраны из нанодревесины значительно уменьшило связь и взаимодействие между фибриллами целлюлозы и агрегатами фибрилл внутри стенки фибрилл, что значительно увеличило гибкость и пористость ( 39 ).Полученные выровненные кристаллические нанофибриллы целлюлозы удерживались вместе за счет межмолекулярных водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса ( 43 ). Предположительно, эта выровненная структура с ослабленными взаимодействиями уменьшит теплопроводность в поперечном направлении, тем самым уменьшая потери тепла через кондуктивный перенос тепла во время MD.

Рис. 2 Структурная характеристика мембраны из нанодревесины.

( A ) Фотография гидрофобной мембраны из нанодревесины.( B ) Фотография, демонстрирующая гидрофобность после обработки силаном. ( C ) Угол контакта с водой мембраны из нанодревесины. ( D ) СЭМ-изображения поверхности нанодревесины, которые демонстрируют выровненную текстуру, сосуды ксилемы и просветы (каналы). ( E ) СЭМ-изображения, на которых видны мезопоры [( G ) поперечное сечение и ( H ) ямки], растущие на стенках сосудов ксилемы и просвета. ( F ) СЭМ-изображения, на которых видны микроскопические поры между целлюлозными волокнами.( I ) PSD гидрофобных мембран из натуральной древесины и нанодревесины. Фото: Д. Хоу, Университет Колорадо.

Рис. 3 Характеристика теплопроводности деревянных мембран.

( A ) Фотография гидрофобной мембраны из нанодревесины. ( B ) Фотография гидрофобной мембраны из натурального дерева. ( C ) Схематическое изображение измерения контактного источника тепла. ИК-термографы ( D ) древесных мембран. ( E ) Измеренная теплопроводность деревянных мембран от 40 ° до 60 ° C.( F ) Сравнение теплопроводности древесины при 60 ° C до и после обработки гидрофобным силаном. Планки погрешностей представляют собой SD, основанные на трех независимых экспериментах. Фото: Д. Хоу, Университет Колорадо.

В отличие от коммерческих мембран с вертикальными порами (например, пальцеобразная структура; рис. S7) ( 26 ), деревянные мембраны имели уникальную пористую структуру с естественно сформированными сосудами ксилемы и просветами (каналами), параллельными мембране. поверхность (рис.2D). Диаметр каналов составлял от 10 до 100 мкм, а поры каналов придали гидрофобной мембране из натурального дерева пористую структуру с пористостью 21 ± 3%. Впечатляет то, что удаление смешанного лигнина и гемицеллюлозы привело к потере массы в структуре древесины на ~ 70% и, таким образом, дополнительно улучшило пористость более чем в четыре раза с 21 ± 3 до 89 ± 3% для гидрофобной мембраны из нанодревесины. Обратите внимание, что пористость гидрофобной мембраны из нанодревесины также была больше, чем у коммерческих мембран, пористость которых составляла от 41 до 85% (Таблица 1) ( 10 , 15 , 22 , 25 , 28 ).Помимо увеличения пористости, удаление лигнина и гемицеллюлозы значительно сдвинуло PSD вправо (рис. 2I) и увеличило средний размер пор на ~ 56% с 0,18 ± 0,02 до 0,28 ± 0,03 мкм (таблица 1). Мы наблюдали полученную пористую структуру гидрофобной нанодревесной мембраны с помощью SEM (рис. 2, D – H). Вдоль направления поперечного сечения мы также обнаружили микропоры среди нанофибрилл кристаллической целлюлозы (<100 нм; рис. 2F). Помимо пор между нанофибриллами, мы также наблюдали большое количество мезопор (ямок), растущих на сосудах ксилемы и просвете (от 5 до 10 мкм; рис.2, E, G и H), которые использовались для доставки воды и питательных веществ во время роста деревьев. В этом исследовании используется свойство газотранспорта этих пор, расположенных либо между нанофибриллами, либо на стенках каналов для транспортировки водяного пара. Уникальная пористая структура гидрофобной мембраны из нанодревесины привела к неоднородному PSD с несколькими пиками, которые полностью отличались от коммерческих мембран из ПП и ПТФЭ с очень однородными PSD (рис. S6). Благодаря большой пористости теоретическая теплопроводность гидрофобной мембраны из нанодревесины была уменьшена с 0.От 210 до 0,040 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ при 25 ° C (секция S12), что способствовало бы снижению кондуктивных потерь тепла. Более того, в отличие от коммерческих мембран с изотропной структурой и переплетенными волокнами (рис. S7), выровненные каналы нанофибрилл с высоким аспектным соотношением приводили к анизотропному тепловому потоку в направлении выравнивания, а не в направлении поперечного сечения, что может дополнительно предотвратить передача тепла через древесную мембрану ( 39 ). Кроме того, предполагалось, что увеличенный размер пор и пористость улучшат паропроницаемость и увеличат поток воды (раздел 12), тем самым увеличивая конвективную теплопередачу ( 10 ).

Таблица 1 Сравнение характеристик новых деревянных мембран и коммерческих полимерных мембран.

LEP, давление жидкости на входе; ECTFE, этилен хлортрифторэтилен.

Как показано на рис. 2С и рис. S8, как гидрофобная мембрана из нанодревесины, так и мембрана из натурального дерева имели краевые углы контакта с водой более 140 °, что указывает на то, что изначально высокогидрофильная деревянная подложка (то есть без измеримого краевого угла смачивания воды) была успешно модифицирована, чтобы стать гидрофобной после фторирования поверхности.Гидрофобность мембран из обработанной древесины была лучше, чем у коммерческих мембран с подложкой из ПТФЭ или ПП, где углы смачивания были ниже 130 ° (таблица 1) ( 22 , 26 ). Превосходная гидрофобность деревянных мембран была приписана обработке фторалкилсиланом (FAS), которая имеет сверхнизкую поверхностную энергию (13,1 мН м ^-1) по сравнению с ПТФЭ (20 мН м ^-1) и ПП (30 мН м ^{). −1}) ( 26 , 44 ). Отметим, что морфология поверхности и структура пор не изменились до и после фторирования поверхности методом ФАС (рис.S2). Благодаря хорошей гидрофобности и относительно небольшому размеру пор мембрана из нанодревесины продемонстрировала приличное давление на входе жидкости (LEP; ~ 74,7 ± 0,5 кПа), что свидетельствует о лучшей устойчивости к смачиванию мембраны по сравнению с промышленными мембранами из полипропилена. Однако было отмечено, что мембрана из нанодревесины показала меньшую LEP, чем мембрана из ПТФЭ (~ 130 кПа). Это связано с широкой PSD мембраны из нанодревесины, поскольку более крупные поры (> 0,4 мкм) могут оказывать негативное влияние ( 45 ).

Характеристика теплопроводности нанодревесной мембраны

Чтобы продемонстрировать теплоизоляционные свойства изготовленной гидрофобной нанодревесной мембраны, мы протестировали образцы под токопроводящим источником тепла для моделирования DCMD.Мы измеряли температуру с помощью камеры инфракрасного излучения (ИК) (рис. 3). Было применено пять различных температур, и результаты показывают, что гидрофобная мембрана из нанодревесины дает более низкую температуру задней стороны, чем гидрофобная мембрана из натурального дерева, что объясняется ее низкой теплопроводностью и анизотропными свойствами ( 39 ).

Теплопроводность нанодревесины и натурального дерева постепенно увеличивалась с 0,210 до 0,270 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ и от 0.От 040 до 0,049 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹, соответственно, при повышении температуры источника тепла от 40 ° до 60 ° C (рис. 3E). Это предполагается из-за увеличения проводимости веществ клеточной стенки, а не увеличения проводимости газовой фазы или радиационной проводимости ( 46 ). Эта тенденция была более заметной для натуральной древесины (29%), чем для нанодревесины (23%) из-за присутствия гемицеллюлозы и лигнина, которые обладают меньшей термической стабильностью ( 47 ).Измеренная теплопроводность была сопоставима с теоретическими значениями (раздел S12), которые составляют 0,184 и 0,037 Вт · м ^-1 K ^-1 при 25 ° C для мембран из натурального дерева и нанодревесины, соответственно. Мембрана из нанодревесины показала более низкую теплопроводность, чем большинство коммерческих мембран, теплопроводность которых обычно выше 0,045 Вт · м ^-1 K ^-1. Считалось, что эта более низкая теплопроводность снижает кондуктивные потери тепла во время MD и поддерживает эффективный температурный градиент на мембране.При нагревании токопроводящим источником тепла до 60 ° C было показано, что стабилизированная температура задней стороны гидрофобной натуральной древесины составляла 47 ° C, тогда как температура гидрофобных нанодревесин составляла 43 ° C, менее 200 мВт · см ⁻² ( Рис. 3D). Это прямо указывало на то, что нанодревесина демонстрирует лучшие теплоизоляционные свойства или меньшие теплопроводные потери, чем натуральное дерево. Соответственно, теплопроводность нанодревесной мембраны составила 0,049 ± 0,002 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ при 60 ° C (рис.3E), что составляло только 18% теплопроводности натуральной древесной мембраны (0,270 ± 0,005 Вт · м ^-1 K ^-1 при 60 ° C). Столь значительно более низкая теплопроводность нанодревесной мембраны объясняется не только более высокой пористостью (89 ± 3% против 21 ± 3%), но и большим размером пор (0,28 ± 0,03 мкм против 0,18 ± 0,02 мкм). Предыдущее исследование показало, что большее расстояние между волокнами (размер пор), чем длина свободного пробега воздуха, может уменьшить теплопроводность через воздух.Уменьшение микропор и наноразмеров заметно для дальнейшего снижения теплопроводности ( 39 ). Кроме того, гемицеллюлоза (0,34 Вт м ^-1 K ^-1) и лигнин (0,39 Вт м ^-1 K ^-1) обладают более высокой теплопроводностью, чем нанокристаллическая целлюлоза (0,26 Вт м ^-1 K ^-1). Следовательно, удаление смешанных лигнина и гемицеллюлозы значительно снижает объемную теплопроводность нанодревесины. Отметим, что гидрофобная обработка FAS не привела к значительному изменению теплопроводности древесины (рис.3F).

Термически эффективное опреснение мембраны из нанодревесины

На рисунке 4 показан поток воды (пара) через гидрофобные деревянные мембраны. Сопровождаемый повышением температуры сырья с 40 ° до 60 ° C, поток воды через гидрофобные мембраны из натуральной древесины и нанодревесины увеличился с 1,4 ± 0,2 до 3,4 ± 0,5 кг м ⁻² час ⁻¹ и с 5,1 ± 0,1 до 20,8 ± 0,8 кг м ⁻² час ⁻¹ соответственно. Хотя гидрофобная мембрана из нанодревесины была сопоставима по толщине с гидрофобной мембраной из натурального дерева, она показывала до ~ 6.Увеличение потока воды в 1 раз за счет увеличения пористости (в 4,2 раза) и размера пор (в 1,6 раза), что существенно снизило сопротивление парообмену. При температурах исходного материала и дистиллята 60 ° и 20 ° C, соответственно, поток воды через гидрофобную мембрану из нанодревесины (20,8 ± 0,8 кг · м ⁻² час ⁻¹) был близок к потоку воды в промышленных мембранах из полипропилена (~ 22,5 кг · м ⁻² час ⁻¹) (рис. 4A и рис. S10). Сопоставимый поток объясняется гораздо большей пористостью (89 ± 3%) по сравнению с мембраной из полипропилена (~ 72%), что компенсирует недостаток большей толщины (502 ± 35 мкм против ~ 180 мкм).Не было ничего необычного в том, что все мембраны из ПТФЭ показали гораздо лучший поток воды (до 54,2 ± 3,1 кг м ^-2 час ^-1 для 0,45 ПТФЭ при 60 ° C), чем деревянные мембраны. Лучший поток воды следует отнести за счет гораздо меньшей толщины (~ 130 мкм по сравнению с ~ 500 мкм мембраны из нанодревесины), что значительно снизило сопротивление паропереносу. Однако при нормировании по толщине мембрана из нанодревесины продемонстрировала очень высокую внутреннюю проницаемость (1,44 ± 0,09 кг м ^-1 K ^-1 с ^-1 Па ^-1), которая составляла ~ 2 раза и ~ 1.В 2 раза лучше, чем у ПП (~ 0,65 кг м ^-1 K ^-1 с ^-1 Па ^-1) и ПТФЭ (~ 1,2 кг м ^-1 K ^-1 с ⁻¹ Pa ⁻¹) соответственно (рис. 4C). Более высокая проницаемость объясняется гораздо большей пористостью (89 ± 3%) по сравнению с мембранами из ПП (~ 72%) и ПТФЭ (~ 75%). Экспериментальная проницаемость была подтверждена теоретическими значениями, основанными на модели запыленного газа, которая показала, что проницаемость пара через древесину и мембраны из ПТФЭ с меньшими размерами пор (<1.4 мкм; 100-кратная длина свободного пробега водяного пара при 50 ° C) преобладала диффузия Кнудсена и обычная молекулярная диффузия ( 48 , 49 ). Это отличалось от полипропиленовой мембраны (размер пор> 1,7 мкм) с вязкой диффузией в качестве основного механизма переноса. В соответствии с результатами других исследований, внутренняя проницаемость как нанодревесины, так и промышленных мембран в целом была выше теоретической проницаемости (рис. S13), которая предполагала цилиндрические несвязанные поры с одинаковым размером (раздел S15) ( 23 , 24 ).Была выдвинута гипотеза, что усиленная обычная молекулярная диффузия через большие поры между целлюлозными волокнами и вязкая диффузия в соединенных между собой каналах нанодревесины объясняется более высокой на 26% собственной проницаемостью по сравнению с мембранами из ПТФЭ ( 23 , 24 ). Другим фактором, способствующим этому, могло быть анизотропное тепловое свойство мембраны из нанодревесины (секция S5), которая, как полагали, облегчает передачу тепла вдоль мембраны, тем самым помогая поддерживать температурный градиент и способствуя потоку.Хотя нанодревесина продемонстрировала на ~ 20% более высокую пористость и внутреннюю проницаемость, преимущества были компенсированы недостатками, заключающимися в более высокой толщине и меньшем размере пор (0,28 ± 0,03 мкм по сравнению с ~ 0,34 мкм мембран из ПТФЭ) ( 10 ). Следовательно, в будущих исследованиях следует изготавливать более тонкие деревянные мембраны для лучшего потока ( 10 ). На рисунке S16 показан поток воды через деревянную мембрану (отторжение соли> 99,8%), который сохранялся стабильным в течение как минимум 6 часов, прежде чем снизился из-за намокания.Однако производительность восстановилась после промывки деионизированной (ДИ) водой и этанолом с последующей сушкой. Улучшенная обработка силаном, такая как добавление наночастиц диоксида кремния, может помочь продлить срок службы мембраны без изменения структуры древесины ( 44 , 50 ).

Рис. 4 MD характеристики древесины и товарных мембран.

( A ) Водный поток и ( B ) экспериментальная теплопроводность для гидрофобных деревянных мембран с температурой подачи, непрерывно изменяющейся от 40 ° до 60 ° C, и температурой дистиллята 20 ° C.( C ) Собственная проницаемость мембран. ( D ) Температурный КПД в зависимости от потока воды деревянных мембран и промышленных мембран. Планки погрешностей представляют собой SD, основанные на трех независимых экспериментах.

Тепловой КПД – это рабочий параметр при определении энергоэффективности ( 10 , 22 ). Термический КПД может указывать на то, насколько эффективно мембрана использует тепловой градиент для переноса пара по сравнению с кондуктивными потерями тепла ( 22 ).Более высокий тепловой КПД является результатом более высокой конвективной теплопередачи и / или менее теплопроводной теплопередачи через материал мембраны ( 10 ). Для мембран в исследовании, термический КПД имеет существенную зависимость от потока воды (температура подачи; рис. 4D). Тепловой КПД мембран из нанодревесины и натуральной древесины увеличивался вместе с увеличением температуры источника тепла с 40 ° до 60 ° C. Считается, что это связано с более быстрым развитием конвективной теплопередачи, чем кондуктивной теплопередачи.Более того, гидрофобная мембрана из нанодревесины продемонстрировала хороший термический КПД до 71 ± 2% при 60 ° C, что представляет собой одно из самых высоких значений, достигнутых на сегодняшний день в MD ( 22 ). Напротив, гидрофобная мембрана из натурального дерева имела очень ограниченную термическую эффективность – 12 ± 2%. В результате этой мембране для работы потребуется в шесть раз больше энергии по сравнению с гидрофобной мембраной из нанодревесины. Хорошая термическая эффективность гидрофобной мембраны из нанодревесины была приписана не только ее сверхнизкой теплопроводности (0.080 против 0,30 ± 0,02 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ для мембраны из натуральной древесины при 60 ° C), но также и ее высокой пористостью (89 ± 3% против 21 ± 3%) и большим размером пор (0,28 ± 0,03 мкм против 0,18 ± 0,02 мкм). Низкая теплопроводность мембраны снижает кондуктивную теплопередачу через материал мембраны, в то время как высокая пористость и больший размер пор снижают сопротивление передаче воды, тем самым увеличивая поток воды и конвективную теплопередачу ( 10 , 21 , 22 ).Превосходные теплоизоляционные свойства предотвращают кондуктивные потери тепла и компенсируют ограничение на низкий поток воды и конвективную теплопередачу. Благодаря малой толщине и более высокой пористости коммерческая мембрана из ПТФЭ 0,45 продемонстрировала самый высокий поток воды среди всех протестированных мембран. Однако обратите внимание, что мембрана из ПТФЭ 0,45 продемонстрировала более низкую внутреннюю проницаемость (1,15 ± 0,16 × 10 ⁻¹⁰ кг · м ⁻¹ с ⁻¹ Па ⁻¹), чем мембрана из нанодревесины (1.44 ± 0,09 × 10 ⁻¹⁰ кг м ⁻¹ с ⁻¹ Па ⁻¹) при 60 ° C, что указывает на сравнительно ограниченную конвективную теплопередачу ( 24 ). Кроме того, страдая от более высокой теплопроводности и, следовательно, более высокой теплопроводности, ее тепловой КПД (59 ± 2%) был ниже, чем у мембраны из нанодревесины, что означает, что мембрана из нанодревесины производила в 1,2 раза больше пресноводного пермеата, чем коммерческий ПТФЭ. мембран на килоджоуль тепловой энергии при 60 ° C.Хотя коммерческие полипропиленовые мембраны демонстрируют меньшую теплопроводность, чем мембраны из ПТФЭ, ограниченная внутренняя проницаемость (~ 0,65 × 10 ⁻¹⁰ кг · м ⁻¹ с ⁻¹ Па ⁻¹) ограничивает конвективный тепловой поток и , таким образом, привело к низкому тепловому КПД (до 44 ± 1% для 0,22ПП; таблица 1) при 60 ° C. Собственная проницаемость нанодревесины в этом исследовании была сопоставима с проницаемостью волокнистой целлюлозной аэрогелевой мембраны (~ 1,4 × 10 ⁻¹⁰ кг · м ⁻¹ с ⁻¹ Па ⁻¹) с высокой пористостью 98 % ( 24 ).Это говорит о том, что благодаря уникальной структуре с большим размером пор и более широкой PSD мембрана из нанодревесины компенсирует недостаток более низкой пористости ( 23 ). Однако отметим, что влияние уникальной анизотропной структуры с большой PSD на тепломассоперенос до сих пор неясно и требует дальнейшего изучения.

ПОСЛЕДСТВИЯ И БУДУЩАЯ РАБОТА

Полностью полученная из обильной и экологически чистой натуральной древесины, недавно разработанная гидрофобная мембрана из нанодревесины продемонстрировала превосходные свойства и потенциал для опреснения воды в MD.Мембрана продемонстрировала хороший поток воды (перенос водяного пара) и превосходный термический КПД (до 70%), сравнимый или даже выше, чем у коммерческих полимерных мембран, изготовленных из нефтепродуктов. Исключительный термический КПД объясняется его высокой внутренней проницаемостью (1,44 ± 0,09 кг · м ⁻¹ K ⁻¹ с ⁻¹ Па ⁻¹) и сверхнизкой теплопроводностью (0,040 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹), которые способствовали конвективной и кондуктивной теплопередаче соответственно.Кроме того, считается, что анизотропные тепловые свойства мембраны из нанодревесины способствуют передаче тепла вдоль мембраны, тем самым помогая поддерживать температурный градиент и способствуя потоку. Однако для количественной оценки этих преимуществ необходимо будет измерить и сравнить локальные разницы температур. Вместо использования сложных производственных процессов, таких как производство ПП и ПТФЭ, мембрану из нанодревесины можно изготавливать с помощью масштабируемого подхода «сверху вниз» с помощью простой химической обработки.В качестве доказательства концепции масштабируемости мы построили куски мембраны из нанодревесины длиной более 15 см и толщиной менее 500 мкм. Недавно разработанная мембрана из нанодревесины в качестве термоэффективной мембраны обладает большим потенциалом для использования низкопотенциального тепла из различных источников для опреснения воды. Оптимизация размера и толщины пор может быть достигнута путем выбора других пород древесины и использования микротомов. Будущие древесные мембраны на биологической основе с такой уникальной структурой пор также могут быть созданы с использованием наноцеллюлозных волокон посредством электроспиннинга.Из-за гидрофильной природы наноцеллюлозных материалов необходимы дальнейшие улучшения для повышения эффективности гидрофобной обработки и долговечности мембран в условиях высоких температур и химических условий. Кроме того, необходимо усовершенствовать методы изготовления для получения более тонких и крупных мембранных материалов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалы и химические вещества

Все рабочие растворы были приготовлены с использованием химикатов класса American Chemical Society (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA) и воды Milli-Q (18.2 МОм ∙ см) на протяжении всего исследования, если не указано иное. Раствор для удаления лигнина содержал 2,5 M NaOH и 0,4 M Na ₂ SO ₃, а отбеливающий раствор был 2,5 M H ₂ O ₂. Смесь 95 мас.% (Мас.%) Этанола, 2 мас.% FAS (перфтордецилтриэтоксисилан, C ₁₆ H ₁₉ F ₁₇ O ₃ Si; Sigma-Aldrich) и 3 мас.% Воды Milli-Q (pH, доведенный до pH 5,0 с помощью уксусной кислоты) готовили и использовали в качестве раствора силана для гидрофобной обработки.Смесь перемешивали на магнитной мешалке в течение 24 часов для гидролиза силана. Механизм обработки силаном можно найти в разделе S1 ( 50 ). Коммерческие гидрофобные мембраны (таблица 1 и рис. S5) для сравнительных испытаний были приобретены у Tisch Scientific, North Bend, OH.

Подготовка мембраны Nanowood и ее характеристика

В качестве базовой древесины, использованной в этом исследовании, использовалась американская липа, закупленная у Walnut Hollow Company. Для изготовления мембран были подготовлены два вида древесины.Один тип мембраны был изготовлен из натурального дерева без обработки лигнином, а другой был построен с использованием обработанного нанодревесины, которое подверглось процессу удаления лигнина для увеличения гибкости и пористости. Нанодревесину получали из кусочков натуральной древесины (толщиной 2 мм) путем кипячения древесины в направлении волокон целлюлозы в течение 12 часов с последующей трехкратной промывкой горячей дистиллированной водой для удаления остатков ( 51 , 52 ). Затем изделие погружали в кипящий отбеливающий раствор до тех пор, пока древесина не побелела (рис.3, А и Б). Наконец, каждый образец древесины промывали холодной водой и сушили вымораживанием для сохранения нанопористой структуры делигнифицированной древесины ( 39 ).

Аналогичные процедуры использовались для изготовления мембран из нанодревесины и натурального дерева. После вышеуказанной обработки средняя толщина нанодревесины составила 502 ± 35 мкм, а средняя толщина натурального дерева составила 540 ± 15 мкм (рис. S3). Древесина состоит из естественно выровненных целлюлозных волокон с большим количеством гидроксильных функциональных групп, которые позволяют модифицировать поверхность с помощью химии силана (рис.S1). Нанодревесину погружали в раствор FAS при осторожном перемешивании на 10 часов, чтобы обеспечить полную инфильтрацию перед тщательной промывкой этанолом. Затем обработанная FAS древесина была подвергнута термообработке при 120 ° C в течение 4 часов в вакуумной печи (-80 кПа). После этой обработки гидрофильные древесные мембраны стали гидрофобными при загрузке древесины FAS (71,3 ± 5,4 мг FAS g ^-1). Образцы мембран были охарактеризованы с помощью SEM, измерения краевого угла, PSD, пористости и теплопроводности ( 24 , 39 , 53 – 55 ), а производительность при опреснении сравнивалась с коммерческими MD мембранами.

Измерения краевого угла смачивания и измерения LEP.

Измерения краевого угла смачивания проводили с использованием гониометра краевого угла смачивания (модель 250, ramé-hart, Netcong, NJ) с использованием метода лежащей капли ( 54 ). Измерения проводились путем помещения образца на измерительную платформу вместе с объективом камеры для захвата изображения. Каплю деионизированной воды объемом 3 мкл наносили с помощью шприца, помещенного над поверхностью. Краевой угол смачивания измеряли и анализировали с помощью встроенного программного обеспечения. По крайней мере, три измерения были проведены в каждом из трех разных мест для одного образца мембраны, и данные были усреднены.

LEP измеряли с использованием ячейки с нержавеющей мембраной (Sartorius), где деионизированная вода помещалась на мембрану, а давление в держателе образца увеличивалось путем пропускания газообразного азота. Давление, при котором поток газа регистрировался расходомером, сообщалось как LEP.

PSD и измерения пористости

PSD подготовленных мембран определяли с помощью капиллярного порометра (CFP; Porolux 1000, IB-FT GmbH, Германия). Мембрана была полностью смочена Porefil, после чего были проведены измерения, описанные Nakao ( 53 ) и Khayet и Matsuura ( 56 ).PSD был получен с помощью сопряженного программного обеспечения CFP.

Пористость мембраны определяли гравиметрическим методом ( 24 , 55 ). В частности, кусок мембраны сушили при 40 ° C в течение 5 часов в печи и затем взвешивали с использованием аналитических весов (Denver PI-214A). Затем образец полностью погружали в 2-пропанол на 1 день для полной инфильтрации спирта. После смачивания образец очищали от остатков с поверхности и взвешивали.Пористость (ε) оценивалась с использованием уравнения ε = VporeVtotal = mIPAρIPAVtotal (1), где V , м и ρ – объем, масса и плотность, соответственно, а IPA означает 2-пропанол. На каждом образце было проведено три независимых измерения.

Измерения тепловых свойств

Тепловые свойства мембран были охарактеризованы с использованием теплопроводного источника тепла с площадью контакта 4 мм на 4 мм через проводящую термопасту. ИК-термограммы были сняты с помощью ИК-камеры (T630sc от FLIR).Устойчивое состояние было достигнуто до того, как данные были записаны при комнатной температуре (21 ° C). Теплопроводность древесины измерялась с помощью устройства лазерной вспышки (LFA), во время которого мгновенный лазерный импульс использовался для нагрева одной стороны образца, а реакция температуры на другой стороне регистрировалась детектором. Теплопроводность κ образца рассчитывалась согласно Li et al. ( 39 ). Вкратце, мгновенный лазерный импульс облучали с одной стороны образца, а температурный отклик с другой стороны регистрировали детектором LFA 457 (NETZSCH, Берлингтон, Массачусетс) для измерения температуропроводности.Для определения теплоемкости использовался метод дифференциальной сканирующей калориметрии с сапфировым эталоном. Затем теплопроводность k может быть вычислена путем умножения коэффициента температуропроводности и теплоемкости на объемную плотность материала (0,13 ± 0,03 г см ^-3). Перед измерением образцы хранили при 25 ° C и 20% влажности как минимум 24 часа.

Реактор MD и работа

Характеристики мембраны оценивались с использованием лабораторного прибора DCMD (рис.S9). Мембраны вставляли в изготовленную по индивидуальному заказу акриловую ячейку с эффективной площадью мембраны 8 см ² (длина 4 см на ширину 2 см). Потоки горячего сырья [NaCl (1 г литр ^-1)] и холодного дистиллята (DI) циркулировали с помощью двух шестеренчатых насосов с регулируемой передачей (Cole-Parmer, Vernon Hills, IL), а температуру контролировали с помощью двух рециркуляционных водяных бань (Polystat Стандарт, Коул-Пармер, Вернон-Хиллз, Иллинойс). Ромбовидные полиэфирные прокладки были вставлены в каналы подачи и дистиллята для поддержки и сохранения геометрии мембраны в ячейке.Во время работы был принят параллельный поток, параллельный направлению роста волокон деревянной мембраны, со скоростью 220 мл мин ^-1 (эквивалентно скорости поперечного потока 8,0 см с ^-1) для как сырье, так и дистиллят. Поток водяного пара, J _w, через мембрану измеряли путем отслеживания увеличения массы дистиллята с помощью цифровых весов (NVT6200, OHAUS, Parsippany, NJ). Прирост массы дистиллята регистрировали на портативном компьютере с интервалом в 1 минуту.Прохождение соли контролировали путем измерения концентрации соли в дистилляте с помощью калиброванного измерителя проводимости (OAKTON Instruments, Vernon Hills, IL) с 1-минутными интервалами. Характеристики мембраны для каждого образца были измерены для трех различных наборов температур подачи (40 °, 50 ° и 60 ° C), в то время как температура дистиллята была фиксированной на уровне 20 ° C. Каждый температурный режим работал в течение 30 мин. Экспериментальная теплопроводность и собственная проницаемость были рассчитаны согласно модифицированному методу Шофилда (раздел S14) ( 22 ).Механизм переноса и теоретическая проницаемость водяного пара через мембрану (раздел S15) моделировались с использованием широко принятой «модели запыленного газа», которая учитывала вязкую диффузию, обычную молекулярную диффузию и диффузию Кнудсена ( 23 , 24 , 57 , 58 ).

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Дополнительные материалы к этой статье доступны по адресу http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/5/8/eaaw3203/DC1

Раздел S1.Механизм обработки гидрофобного силана

Раздел S2. Мембрана из нанодревесины до и после гидрофобной обработки

Раздел S3. Мембраны из натурального дерева

Секция S4. Сравнение деревянных мембран и обычных бумаг

Раздел S5. Анизотропная теплоизоляция мембраны из нанодревесины и потенциальные преимущества

Раздел S6. Коммерческие гидрофобные мембраны

Раздел S7. Распределение пор коммерческих мембран по размерам

Раздел S8.Морфология и структура пор промышленных мембран

Раздел S9. Гидрофобность / гидрофильность поверхности

Раздел S10. Реакторы DCMD и их конфигурации

Раздел S11. Водяной поток товарных мембран

Раздел S12. Теоретическая оценка теплопроводности

Раздел S13. Теплоизоляция товарных мембран

Раздел S14. Экспериментальная теплопроводность и проницаемость мембраны

Участок S15. Теоретический коэффициент проницаемости и собственная проницаемость

Участок S16.Прочность деревянной мембраны

Раздел S17. Нанесение древесной мембраны и обрастание

Рис. S1. Схема гидрофобной обработки деревянных мембран с использованием силанового связующего агента ( 50 ).

Рис. S2. Морфология поверхности и распределение пор по размерам нанодревесной мембраны до и после гидрофобной обработки.

Рис. S3. Визуальные изображения гидрофобной мембраны из натурального дерева после обработки силаном.

Рис. S4. Температурные зависимости изотропного и анизотропного теплоизоляционных материалов от точечного источника тепла.

Рис. S5. Визуальные изображения коммерческих гидрофобных мембран, приобретенных у Tisch Scientific (North Bend, Ohio).

Рис. S6. PSD товарных мембран.

Рис. S7. СЭМ-изображения поверхности и поперечного сечения промышленных мембран.

Рис. S8. Водные углы смачивания промышленных и гидрофобных мембран из натурального дерева.

Рис. S9. Схема, изображения и интерфейс управления аппарата для прямой контактной мембранной дистилляции (DCMD).

Рис. S10. Водный поток промышленных полимерных мембран в DCMD с температурой исходного материала [NaCl (1 г литр ^-1)], непрерывно изменяющейся от 40 ° до 60 ° C, и температурой дистиллята (деионизированной воды) 20 ° C.

Рис. S11. ИК-термографы товарных мембран с температурой источника тепла 60 ° C.

Рис. S12. Температурные графики анизотропных нанодревесин и изотропных промышленных мембран от точечного источника тепла.

Рис. S13. Сравнение экспериментально измеренной внутренней (нормированной по толщине) мембранной проницаемости древесины и промышленных мембран.

Рис. S14. Водный поток гидрофобных древесных мембран в DCMD с исходным [NaCl (1 г литр ^-1)] и температурами дистиллята (деионизированная вода) регулируются на уровне 60 ° и 20 ° C, соответственно.

Рис. S15. Водный поток гидрофобной мембраны из нанодревесины в DCMD с температурами [NaCl (35 г литр ^-1) и синтетических сточных вод] и дистиллята (деионизированная вода), контролируемых на уровне 60 ° и 20 ° C, соответственно.

Таблица S1. Сравнение нанодревесины и обычной бумаги.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что конечное использование будет , а не для коммерческих целей и при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

↵
Программа ООН по оценке водных ресурсов мира, «Доклад ООН о мировом развитии водных ресурсов 2018: природные решения для водных ресурсов» (Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры, 2018).
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
P. Denholm, M. O’Connell, G. Brinkman, J. Jorgenson, Overgeneration от солнечной энергии в Калифорнии.Полевое руководство к диаграмме утки (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 2015).
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
↵
г.Юань, Т. Р. Ли, Угол смачивания и смачивающие свойства, в Surface Science Techniques , G. Bracco, B. Holst, Eds. (Springer, 2013), стр. 3–34.
↵
↵
↵
Э. А. Мейсон, А. П. Малинаускас, Транспортировка газа в пористых средах: модель Dusty-Gas , т. 17 из Химическая инженерия Монографии , А. П. Малинаускас, Под ред. (Эльзевир, 1983).
↵
М. Г. Каганер, Теплоизоляция в криогенной технике (Израильская программа научных переводов, 1969).

Благодарности: Мы благодарим Х. Чжао (Университет Колорадо в Боулдере), В. Гана, Р. Ми (Мэрилендский университет, Колледж-Парк) и З. Ванга (Йельский университет) за большую помощь в определении характеристик мембран. . Финансирование: Мы ценим финансовую поддержку Министерства сельского хозяйства США (2017-67022-26135) и Управления военно-морских исследований (N000141612210). Работа в Университете Мэриленда поддерживается Фондом А. Джеймса и Элис Б. Кларк и Фондом А.Джеймс Инженерная школа Университета Мэриленда. Вклад авторов: D.X. Хоу, Т.Л., Л.Х. и З.Дж.Р. написал рукопись. D.X. Хоу, Т.Л., Л.Х. и З.Дж.Р. задумал эксперименты. X.C. проведена часть МД эксперимента и определение характеристик флюса. S.H. и J.D. выполнили измерения на сканирующем электронном микроскопе. С.А.М., Д.Ю. Хоу и Р. выполнил часть термоизмерений. А.И. и Д.Дж. выполнил часть мембранных характеристик. Конкурирующие интересы: L.H., T.L. и S.H. являются изобретателями по международной патентной заявке, связанной с этой работой, поданной Университетом Мэриленда, Колледж-Парк (№PCT / US2018 / 051091, подана 14 сентября 2018 г.). Все остальные авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Белые древесные материалы были изготовлены в Университете Мэриленда. Запросы на эти материалы следует направлять в Управление коммерциализации технологий Университета Мэриленда. Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах. Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

Copyright © 2019 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY-NC).

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Использование новой поперечно-сшитой коллагеновой мембраны для лечения дефектов расхождения имплантатов: рандомизированное контролируемое двойное слепое клиническое исследование

Цель: Целью этого рандомизированного контролируемого двойного слепого клинического исследования было определение эффективности новой поперечно-сшитой мембраны (VN) в управляемой регенерации кости (GBR) вокруг обнаженных дентальных имплантатов по сравнению с нативной коллагеновой мембраной (BG).

Материал и методы: В этом исследовании с разделением рта были запланированы в общей сложности 16 пациентов, нуждающихся в имплантации на двух разных участках с костными дефектами. После установки дентальных имплантатов периимплантные дефекты лечили согласно методике GBR с использованием мембраны VN с увеличенным временем резорбции в рандомизированном тестовом участке и мембраны BG в контрольном участке.После 6 месяцев заживления слизисто-надкостничные лоскуты были увеличены для оценки первичных (вертикальное заполнение кости [ΔDL] и качество вновь сформированной ткани [QT]) и вторичных переменных результата (высота инфрабонного дефекта [DH], ширина дефекта [ DW], глубина дефекта [DD] и глубина увеличения [AD]) и взятие биоптатов апикально к плечу имплантата.

Результаты: В общей сложности 16 пациентов соответствовали первоначальным нехирургическим критериям включения и исключения.Однако исследование было прекращено сразу после того, как 9 пациентов, подвергшихся хирургическому лечению, были прерваны, потому что возникли неприемлемые проблемы безопасности и тяжелая инфекция, связанная с мембранами ВН. Мембрана VN выявила статистически значимо большее расхождение мягких тканей, чем мембрана BG (56% и 11% соответственно, P = 0,0455). У 3 из этих 9 пациентов мембрану ВН пришлось удалить из-за инфекции сразу после первого контрольного визита. Для статистического анализа эти участки были обозначены как значения базового уровня.Средние значения ΔDL составили 1,8 ± 1,6 мм на участке VN и 4,7 ± 3,3 мм на участке BG. Значения ΔDD составляли 0,6 ± 1,0 мм и 1,1 ± 1,2 мм, соответственно, и достигли статистической значимости (P = 0,0208, CI 95% = -2,9 [-5,2; -0,6]). Соответствующие значения заполнения линейных дефектов (DF) составили 44% и 78% соответственно. Клиническая оценка QT показала сопоставимые медианные значения в сайтах, получавших VN (3, межквартильный размах: 0; 3,5) и BG (3, межквартильный размах: 3; 4), без статистической значимости.Гистоморфометрический анализ показал среднюю плотность площади 24,4% (стандартное отклонение 10,3, диапазон 8-35%) вновь сформированной кости на тестовых участках и 35,0% (стандартное отклонение 20,6, диапазон 8-60%) на контрольных участках. Гистологические данные показали лишь некоторые тенденции и не достигли статистической значимости.

Вывод: В настоящем исследовании мембраны VN с увеличенным временем рассасывания продемонстрировали значительно больше нежелательных явлений и недостаточную регенерацию кости по сравнению с нативными мембранами BG, и не было обнаружено никаких преимуществ в пользу мембран VN.

Выберите подходящую мембрану для вестерн-блоттинга для вашего эксперимента

Выбор подходящей мембраны для эксперимента зависит от цели и поэтому чрезвычайно важен. Существует два разных типа мембран, которые можно использовать для переноса белка: нитроцеллюлоза и поливинилиденфторид (ПВДФ). Обе мембраны лучше всего работают в определенных экспериментальных условиях. Прежде чем продолжить исследование, убедитесь, что вы понимаете их преимущества и недостатки.

Нитроцеллюлозная мембрана

Нитроцеллюлозная мембрана обычно имеет более низкую способность связывания с белками (80–100 мкг белка / см ²), чем мембраны из ПВДФ. Размер пор может составлять 0,2 мкм или 0,45 мкм. Пористая мембрана 0,45 мкм используется для большинства мишеней; поскольку мембрана 0,2 более эффективна в связывании более мелких белков, однако вы можете переключиться на нее при поиске белков с молекулярной массой менее 15 кДа. Кроме того, буфер для переноса должен содержать метанол, и важно отметить, что нитроцеллюлозные мембраны могут быть хрупкими.Нитроцеллюлоза хорошо подходит как для хемилюминесцентных, так и для флуоресцентных методов обнаружения.

Поливинилиденфторид (ПВДФ)

По сравнению с нитроцеллюлозными мембранами ПВДФ имеет более высокую способность связывания с белками (150-200 мкг белка / см ²). Однако обе мембраны сопоставимы по размеру пор (0,2 мкм или 0,45 мкм). PVDF не обязательно требует буфера для переноса с метанолом, но он должен быть предварительно смочен им. Мембрана из ПВДФ менее хрупкая и поэтому рекомендуется для экспериментов, в которых используется снятие и повторное зондирование мембраны.

Обнаружение

Рис. 1. Обнаружение трансферрина вестерн-блоттингом с использованием PVDF-мембраны различных производителей и торговых марок. Мембраны PVDF сканировали на системе инфракрасной визуализации Odyssey Classic в каналах 700 и 800 нм. LI-COR предлагает предварительно обработанные PVDF-мембраны Immobilon-FL в удобных и доступных наборах.

Хотя он хорошо работает для методов обнаружения хемилюминесценции и флуоресценции, при выполнении флуоресцентного вестерн-блоттинга следует выбирать мембраны из ПВДФ с низкой флуоресценцией.Это поможет избежать высокого фона из-за автофлуоресценции стандартных мембран из ПВДФ. Чтобы проверить автофлуоресценцию и фон, вырежьте небольшой образец мембраны и изобразите его влажным и сухим.

Каким образом ваш выбор мембраны и другие параметры могут повлиять на эффективность вестерн-блоттинга? Узнайте в руководстве по применению «Хорошие вестерны испортились: советы, как сделать успешные вестерн-блоттинги в ближнем инфракрасном диапазоне».

Мембрана для: Мембраны для гидроаккумуляторов – купить по цене от 268 рублей, подбор по отзывам и характеристикам – интернет-магазин ВсеИнструменты.ру

Мембраны для гидроаккумуляторов на 8,12, 24, 50, 100, 200 л

Виды мембран для гидроаккумуляторов

Как заменить мембрану гидробака

Заказ и доставка мембран

Мембраны для гидроаккумуляторов и расширительных баков

На что обратить внимание при выборе мембраны для гидроаккумулятора или расширительного бака:

Причины выхода из строя мембраны

Какие бывают мембраны:

Как производится замена мембраны в баке

Как купить мембрану

DELTA®-PT мембрана для санации влажных стен

Мембрана для гидроаккумулятора Wester ( Вестер)

Мембрана для гидроаккумулятораWester (Вестер) отинтернет магазина ТеплоГидроИнвест

Преимущества покупки мембраны в ТеплоГидроИнвест

Мембрана для гидроаккумулятораWester (Вестер) отинтернет магазина ТеплоГидроИнвест

Преимущества покупки мембраны в ТеплоГидроИнвест

Гидроизоляционная мембрана

Как работает гидроизоляционная мембрана

Характеристики гидроизоляционных мембран

Где применяются гидроизоляционные мембраны

Виды гидроизоляционных мембран

Диффузионная мембрана

Супердиффузионная мембрана

Антиконденсатная мембрана

Гидроизоляционная мембрана Ондутис D (RV)

Как выбрать мембрану

Правильный монтаж гидроизоляционной мембраны

Определение мембраны по Merriam-Webster

Значение мембраны для биофизических измерений

Гидрофобная наноструктурированная деревянная мембрана для термически эффективной дистилляции

Реферат

ВВЕДЕНИЕ

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Уникальная пористая структура гидрофобной наноструктуры древесины как высокоэффективная мембрана

Характеристика теплопроводности нанодревесной мембраны

Термически эффективное опреснение мембраны из нанодревесины

ПОСЛЕДСТВИЯ И БУДУЩАЯ РАБОТА

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалы и химические вещества

Подготовка мембраны Nanowood и ее характеристика

Измерения краевого угла смачивания и измерения LEP.

PSD и измерения пористости

Измерения тепловых свойств

Реактор MD и работа

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Выберите подходящую мембрану для вестерн-блоттинга для вашего эксперимента

Нитроцеллюлозная мембрана

Поливинилиденфторид (ПВДФ)

Обнаружение

Добавить комментарий Отменить ответ