Fouling of a heterogeneous anion-exchange membrane and single anion-exchange resin particle by ssDNA manifests differently

Abstract

Elektrostatické interakce mezi nábojem fixovaným v iontoměničových membránách a nábojem neseným velkými ionty přítomnými v odsoleném elektrolytu mohou významně podpořit znečištění ionexových membrán v případě, že jsou oba náboje opačné. Zde studujeme interakce mezi aniontově výměnnými systémy představovanými heterogenní aniontově výměnnou membránou a homogenní aniontově výměnnou částicí, které mají pozitivní fixovaný náboj a krátké fragmenty jednořetězcové DNA jako velkou molekulu s negativním nábojem. Zkoumáme vliv DNA na oba systémy měřením proudonapěťových křivek v roztocích, které mají různé koncentrace mobilní DNA. Naše experimentální data ukazují, že zatímco existuje výrazný vliv DNA v limitní a nadlimitní oblasti proudo-napěťových křivek pro heterogenní aniontově výměnnou membránu, existuje velmi omezený vliv na proudo-napěťové křivky aniontově výměnné částice. Přímé pozorování vyčerpané strany nedotčené heterogenní aniontově výměnné membrány ukázalo, že polarizace membrány vede k tvorbě intenzivního chaotického víru lokalizovaného na povrchu membrány, na kterém dva velké protisměrné víry překrývají pozdější polarizaci. Přidání DNA neovlivňuje tvorbu dvou velkých vírů, ale naše data silně naznačují, že existuje účinek na lokální vír, který je zodpovědný za velké změny proudo-napěťových křivek. Pozorování aniontově výměnné částice překvapivě odhalilo, že DNA silně ovlivňuje elektrokinetiku kolem částice, i když se to neprojevuje v naměřených křivkách proudu a napětí. V tomto systému DNA mění elektrokinetický obraz úplně a velmi pravděpodobně vytváří bipolární spojení schopné štěpení vody.