Çinko oksit ile modifiye edilmiş polisülfon (PSf) esaslı nanokompozit membranların mikro yapı tasarımı ve optimizasyonu
Microstructural design and opti̇mi̇zati̇on of polysulfone (PSf) based nanocomposite membranes modified with zinc oxide
Yazar: SAKHAVAT DADASHOV
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF DEMİREL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, membran matrisine hidrofilik ZnO nanotanecikleri ile dekore edilmiş güçlü bağlarla bir araya getirilerek tasarlanmış MicNo® plakalarının ilave edilmesiyle polisülfon (PSf) esaslı ultrafiltrasyon membranlar, faz dönüşüm tekniği ile tek katmanlı ve çift katmanlı olmak üzere iki farklı yöntem kullanılarak geliştirilmiştir. Farklı oran (%0,01-1, a/a) ve tanecik boyutuna sahip MicNo® tozlarının polimerik membran matrisine ilavesiyle üretilen yeni kompozit membranların filtrasyon performansı, yapısal ve yığın özellikleri saf ve farklı oranlarda (%0,1-2,0, a/a) ticari ZnO ile hazırlanan membranların özellikleriyle karşılaştırılmıştır. 
PSf esaslı MicNo® katkılı tek katmanlı membranların su akısı saf PSf (324 L/m2sa) ve PSf/0,50 ZnO (426 L/m2sa) membranlarına kıyasla sırasıyla %74 ve %35 oranında, çift katmanlı membranların su akısı ise %116 ve %67 oranında iyileşme göstermiştir. Yüksek hidrofobikliğe sahip saf PSf membranın akı geri kazanım oranı (%50,2) ticari ZnO varlığında kayda değer bir miktarda artış göstermezken, hidrofilik yüzey alanı yüksek olan MicNo® katkısı ile %61'lik bir iyileşme ile %80,7'ye ulaşmıştır. Çift katmanlı membranların mikro yapı tasarımında MicNo® oranı ve MicNo® tozlarının ultrasonik su banyosunda boyutlarının küçültülme süresinin su akısı ve akı giderim oranına etkisi yanıt yüzeyi tasarım yöntemi ile araştırılmıştır. Optimum membranın su akısı ve akı geri kazanım oranı değerlerinin ticari ZnO katkılı membranlara göre sırasıyla %26ʼlık ve %50ʼlik bir iyileşme ile 536 L/m2sa ve %90'a iyileştirildiği tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, polysulfone (PSf) based ultrafiltration membranes incorporated with designed MicNo® platelets decorated with hydrophilic ZnO nanoparticles were developed as single and double layer membranes through phase inversion technique. Filtration performance, structural and bulk properties of the novel composite membranes impregnated with MicNo® powders of varying amounts (0.01-1%, wt.) and particle sizes were investigated in comparison to those of pristine polymeric membranes and commercial ZnO membranes prepared using different ratios (0.1-2.0%, wt.).
Water flux of PSf based single layer MicNo® membrane was enhanced by 74% and 35% and that of double layer membrane could be increased by 116% and 67% compared to those of pristine PSf (324 L/m2sa) and PSf/0.50 ZnO membrane (426 L/m2sa). While no significant improvement was observed in the flux recovery ratio of pristine PSf membrane (50.2%) in the presence of commercial ZnO, 61% of enhancement with an FRR value of 80.7% was achieved with MicNo® addition. In microstructural design of double layer membrabnes, effect of MicNo® loading and the ultrasonic bath time in the treatment of MicNo® powders on water flux and flux recovery ratio was investigated using response surface method. The water flux and flux recovery ratio of the optimum membrane were enhanced by 26% and 50%, respectively in comparison to those of commercial ZnO membrane, which were found as 536 L/m2h and 90%, respectively.