Süperhidrofobik nanofibröz membranların hazırlanması ve yağ-suayırımında kullanımı
Preparation of superhydrophobic nanofibrous membranes and their usage in oil-water separation applications
Yazar: SAFİYE GÖZDE ÇETİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİĞDEM TAŞDELEN YÜCEDAĞ
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yağlı atık sular, dünya genelinde ekonomik ve ekolojik olarak kritik bir çevresel
sorundur. Membran teknolojisi geleneksel teknolojilerle karşılaştırıldığında, yüksek
verimlilik ve enerji tasarrufu gibi avantajlarıyla yağ-su ayrımı için en çok umut
vadeden yöntem olarak kabul edilmektedir. Özellikle yüksek akı ve seçicilik değerleri
özelliklerinden dolayı polimer bazlı nanolif membranlar yağlı atık su arıtımında
kullanılan temel membran malzemeleridir. Mikro ve nano yapılı fiberlerin üretim
yöntemlerine eriyikten eğirme, eriyikten üfleme, elektro eğirme ve çözelti üfleme
yöntemleri örnek olarak verilebilir. Eriyikten üfleme ve elektro eğirme sistemlerin
birleştirildiği elektro üfleme (EBS) yöntemi lif oluşumu için basınçlı havayı
kullanırken aynı zamanda elektrostatik alandan da faydalanır. Tüm bunlar göz önüne
alındığında EBS yöntemiyle daha küçük çaplı, düzgün gerilmiş ve homojen dağılmış
nanolifler elde edilebilir. Polisülfon (PSU), kimyasal, mekanik ve termal karalılık,
yüksek camsı geçiş sıcaklığına (Tg <170°C) sahip olma, belirli bir sıcaklık ve
konsantrasyon aralığında asit-baz ortamlarına karşılık yüksek direnç gösteren bir
polimer olması gibi özellikleri ile dikkat çekmektedir.
Literatür çalışmaları, oleofobik/hidrofilik ve oleofilik/hidrofobik özelliklere sahip
membran yapılarının tasarımıyla etkin bir yağ-su ayrımının sağlanabileceğini ifade
etmektedir. Bu tez çalışmanın amacı, modifiye edilmiş silika nanoparçacıklar içeren
dayanıklı, süperhidrofobik/oleofilik kompozit membranlar geliştirmek ve bu
membranların yağ-su ayırma performansını değerlendirmektir. Hidrofilik silika
nanoparçacıkları sol-gel yöntemi ile silan ajanı kullanılarak süperhidrofobik silika
nanoparçacıklarına (M-SNP) modifiye edilmiştir. Nanolif membranların üretilmesi
için ağırlıkça %13 PSU/DMF çözeltisi kullanılmıştır. Ağırlıkça yüzde 1, 3, 5, 7 ve 10
M-SNP katkılı eğirme çözeltileri kullanılarak nanolif membranlar EBS yöntemiyle
üretilmiştir. Üretilen nihai membranlar SEM-EDX, temas açısı (WCA), çekme testi ve
porozite ölçümleriyle karakterize edilmiştir.

Abstract:
Oil-contaminated wastewater is a critical environmental issue worldwide, both
economically and ecologically. Compared to traditional technologies, membrane
technology stands out as the most promising method for oil-water separation due to its
advantages such as high efficiency and energy savings. Particularly, polymer-based
nanofiber membranes are fundamental materials in oily wastewater treatment because
of their high flux and selectivity properties. Production methods for micro- and nanostructured fibers include melt spinning, melt blowing, electrospinning, and solution
blowing techniques. The electro-blowing (EBS) method, which combines meltblowing and electrospinning systems, utilizes compressed air for fiber formation while
also benefiting from the electrostatic field. This combination enables the production
of smaller-diameter, uniformly stretched and homogeneously distributed nanofibers.
Polysulfone (PSU), as a polymer, stands out due to its chemical, mechanical, and
thermal stability, high glass transition temperature (Tg <170°C), and excellent
resistance to acidic and basic environments within a certain temperature and
concentration range. Literature studies suggest that the design of membranes with
oleophobic/hydrophilic and oleophilic/hydrophobic properties can enable effective
oil-water separation. The aim of this thesis is to develop durable,
superhydrophobic/oleophilic composite membranes containing modified silica
nanoparticles and to evaluate their oil-water separation performance.
Hydrophilic silica nanoparticles were modified into superhydrophobic silica
nanoparticles (M-SNP) using a silane agent through the sol-gel method. A 13 wt.%
PSU/DMF solution was prepared for the production of nanofiber membranes.
Spinning solutions containing 1, 3, 5, 7, and 10 wt.% M-SNP were used to produce
nanofiber membranes via the electro-blowing (EBS) method. The final membranes
were characterized using SEM-EDX, water contact angle (WCA) measurements,
tensile testing, and porosity analysis to evaluate their structural, mechanical, and
surface properties.