SusChEM: Collaborative Research: Identification of the critical length scales and chemistries responsible for the anti-fouling properties of heterogeneous surfaces

SusChEM:合作研究:确定负责异质表面防污性能的临界长度尺度和化学成分

基本信息

  • 批准号:
    2023847
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13.26万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2020-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this project funded by the Environmental Chemical Sciences Program in the Chemistry Division at the National Science Foundation, Professors Meagan S. Mauter of Carnegie Mellon University and Ayse Asatekin of Tufts University characterize the fundamental mechanisms of foulant adhesion to surfaces with self-assembled chemical heterogeneity. This research leads to a novel class of fouling resistant surfaces that enable energy savings and the use of membrane desalination in highly fouling environments, such as wastewater reclamation. The fundamental insights also inform approaches to fouling prevention in biomedical and marine applications. This work involves polymer synthesis, colloidal force and deposition experiments, and modeling to evaluate the relative importance of domain size, domain hydrophobicity/hydrophilicity contrast, and domain chemistry in determining foulant adsorption. A library of copolymer films with surface heterogeneity on the length scale of 1 to 10 nm are synthesized and characterized. The material properties are used to model the attachment efficiency of colloids to these heterogeneous surfaces using three models of increasing complexity. These models are validated using colloidal force microscopy and mass-based deposition measurements using a quartz crystal microbalance with dissipation monitoring. Finally, this project explores the role of nanopatterning on colloidal release as a function of shear velocity. Two graduate and several undergraduate students involved in this research gain interdisciplinary knowledge and skills, and disseminate their work through publications and presentations. Both Professors Meagan S. Mauter and Ayse Asatekin are active advocates of broadening the participation of women in STEM fields, and incorporate this research into their teaching, which covers classes on environmental policy, polymer science, and separations.
在国家科学基金会化学部的环境化学科学计划资助的该项目中,卡内基·梅隆大学的Meagan S. Mauter教授和塔夫茨大学的塔夫茨大学的Ayse Asatekin表征了肮脏粘附的基本机制,以表达具有自组装化学物质异质性的表面。 这项研究导致了一类新型的结垢抗性表面,可在高度结垢的环境(例如废水再生环境)中节省节能和使用膜海水淡化。基本见解还为生物医学和海洋应用中预防预防的方法提供了信息。这项工作涉及聚合物合成,胶体力和沉积实验以及建模,以评估域大小,域疏水性/亲水性对比以及域化学在确定污垢吸附时的相对重要性。 合成和表征具有1至10 nm长度尺度的表面异质性的共聚膜库。 该材料特性用于使用三种增加复杂性的模型对胶体在这些异质表面的附着效率进行建模。 这些模型使用胶体力显微镜和基于质量的沉积测量进行了验证,并使用石英晶体微平衡和耗散监测来验证。最后,该项目探讨了纳米图案在胶体释放中的作用,这是剪切速度的函数。 两名毕业生和几位参与这项研究的本科生获得了跨学科的知识和技能,并通过出版物和演讲来传播他们的工作。 Meagan S. Mauter教授和Ayse Asatekin都是积极的拥护者,是扩大妇女在STEM领域的参与,并将这项研究纳入其教学中,其中涵盖了环境政策,聚合物科学和分离的课程。

项目成果

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