Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Cellulose-based water purification using paper filters modified with polyelectrolyte multilayers to remove bacteria from water through electrostatic interactions
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Träkemi och massateknologi.ORCID-id: 0000-0002-1656-1465
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Träkemi och massateknologi.ORCID-id: 0000-0001-6263-8403
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Träkemi och massateknologi.ORCID-id: 0000-0003-1812-7336
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi.ORCID-id: 0000-0003-3858-8324
2018 (Engelska)Ingår i: Environmental Science: Water Research & Technology, ISSN 2053-1400Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Filtration is a common way to obtain pure drinking water by removing particles and microorganisms based on size exclusion. Cellulose-based filters are affordable and biobased option for the removal of particles but bacteria are usually too small to be removed by size exclusion alone. In this article, the surfaces of cellulose fibres in two types of commercial paper filters have been given a positive net charge to trap bacteria through electrostatic interactions without releasing any biocides. The fibres were modified with the cationic polyelectrolyte polyvinylamine polymer in single layers (1 L) or in multilayers together with the anionic polyelectrolyte polyacrylic acid (3 L or 5 L) using a water-based process at room temperature. Filtration tests show that all filters, using both types of filter papers and a number of layers, can physically remove more than 99.9% of E. coli from water and that the 3 L modified filters can remove more than 97% of cultivatable bacteria from natural water samples. The bacterial reduction increased with increasing number of filter sheets used for the filtration and the majority of the bacteria were trapped in the top sheets of the filter. The results show the potential for creating water purification filters from bio-based everyday consumable products with a simple modification process. The filters could be used in the future for point-of-use water purification that may be able to save lives without releasing bactericides.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2018.
Nyckelord [en]
Cellulose, water treatment, paper filter, membrane, filter, antibacterial, remove bacteria, layer-by-layer
Nyckelord [sv]
Cellulosa, pappersfilter, vattenrening, membran, lager-på-lager, antibakteriell
Nationell ämneskategori
Vattenbehandling
Forskningsämne
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-238838DOI: 10.1039/C8EW00514AISI: 000451072500017Scopus ID: 2-s2.0-85057384523OAI: oai:DiVA.org:kth-238838DiVA, id: diva2:1262642
Forskningsfinansiär
ÅForsk (Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse), 17-391
Anmärkning

QC 20181112

Tillgänglig från: 2018-11-12 Skapad: 2018-11-12 Senast uppdaterad: 2019-08-27Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Antimicrobial materials from cellulose using environmentally friendly techniques
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Antimicrobial materials from cellulose using environmentally friendly techniques
2018 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

The transition to a more biobased society introduces both new opportunities and new challenges as we replace nonrenewable materials with renewable alternatives. One important challenge will be to control microbial growth on materials, both to protect the materials from biological degradation and to prevent the spread of infections and toxins that can cause illness.

In this thesis, both existing and new types of cellulose-based materials were treated with environmentally friendly alternatives to usual biocides to prevent microbial growth and remove bacteria from water. Two types of antimicrobial systems were studied, and the antimicrobial effects were evaluated for bacteria and fungi using both model organisms and wild-type cultures.

The first antimicrobial approach employed was a nonleaching and contact-active layer-by-layer adsorption of polyelectrolytes to provide the cellulose fibers with a cationic surface charge, which attracts and captures bacteria onto the fiber surface. The study showed that paper filters with pores much larger than bacteria could remove more than 99.9 % of E. coli from water when used in filtration mode. The polyelectrolyte-modified materials showed a good antibacterial effect but did not prevent fungal growth.

The second approach was to utilize biobased compounds with antimicrobial properties, which were applied to cellulose fiber foam materials. Chitosan and extractives from birch bark were selected as biobased options for antimicrobial agents. Two types of cellulose fiber foam materials were developed and evaluated for their antimicrobial properties.

This thesis shows the importance of understanding both the application and the targeted microorganism when selecting an environmentally friendly antimicrobial system for treating biobased materials. It highlights that a good understanding of both material science and microbiology is important when designing new antimicrobial materials.

Abstract [sv]

Satsningen på ett mer biobaserat samhälle, där vi ersätter icke-förnybara material med förnyelsebara alternativ, är en pusselbit för en mer hållbar framtid samtidigt som den medför nya utmaningar. En viktig uppgift är att minska och kontrollera mikrobiell tillväxt, både för att skydda material från biologisk nedbrytning men också för att förhindra spridning av infektioner och toxiner.

Cellulosabaserade material har behandlats med miljövänliga alternativ till traditionella biocider för att förhindra mikrobiell tillväxt och för ta bort bakterier från vatten. Två typer av antimikrobiella system har använts varefter den antimikrobiella effekten mot både mögel och bakterier utvärderats, med hjälp av både modellorganismer och mikrobiella odlingar från naturen.

Den första typen av antimikrobiell metod som använts baseras på en kontakt-aktivt teknik. Cellulosafibrer har modifierats genom lager-på-lager polyelektrolytadsorption för att skapa en positiv ytladdning som kan attrahera och binda bakterier till fiberytan. Studien visar att modifierade pappersfilter, med porer som är mycket större än bakterier, kan filtrera bort mer än 99,9 % av E. coli från kontaminerat vatten. De polyelektrolyt-modifierade cellulosamaterialen påvisade goda antibakteriella egenskaper men förhindrade inte tillväxt av mögel.

Den andra metoden som undersökts var att tillsätta biobaserade ämnen med antimikrobiella egenskaper till cellulosabaserade fiberskum. Kitosan och extraktivämnen från björkbark valdes ut som miljövänliga alternativ till vanliga biocider. Två typer av cellulosabaserade fiberskum har tagits fram och utvärderats för deras antimikrobiella egenskaper.

Avhandlingen visar hur viktigt det är att veta hur materialet är tänkt att användas och vilken typ av mikroorganism som skall undvikas när man väljer antimikrobiell behandling av biobaserade material. God förståelse för både materialvetenskap och mikrobiologi är nödvändig när nya biobaserade material med antimikrobiella egenskaper skall designas.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
KTH Royal Institute of Technology, 2018. s. 68
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2018:57
Nyckelord
Antibacterial, antifungal, cellulosic, mold, bacteria, biobased, bio-based, renewable, insulation, packaging, water treatment, water purification, paper filter, paper, membrane, Antibakteriell, fungicid, mögel, antimögel, pappersfilter, vattenrening, membran, papper, bakterier, cellulosa, förpackning, isolering, förnyelsebar, biobaserade, nya material
Nationell ämneskategori
Pappers-, massa- och fiberteknik Vattenbehandling Mikrobiologi
Forskningsämne
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-238843 (URN)978-91-7873-031-5 (ISBN)
Disputation
2018-12-07, F3, Lindstedtsvägen 26, KTH Campus, Stockholm, 14:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
ÅForsk (Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse), 17-391Forskningsrådet Formas, 2014-00959
Anmärkning

QC 20181114

Tillgänglig från: 2018-11-14 Skapad: 2018-11-12 Senast uppdaterad: 2018-11-14Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(1914 kB)160 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 1914 kBChecksumma SHA-512
2937a8ec339cac6cbc381f4820d10ff12ebaba00940a17c2ee80eed125c1d66c38016c7fb5e00574b5ee12156ae6885efcf9bd4c10211bb8f69a278fbec6c9fb
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopusPublisher

Personposter BETA

Ottenhall, AnnaHenschen, JonatanIllergård, JosefinEk, Monica

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Ottenhall, AnnaHenschen, JonatanIllergård, JosefinEk, Monica
Av organisationen
Träkemi och massateknologiFiber- och polymerteknologi
Vattenbehandling

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 160 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 1325 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf