Sudan doğal organik madde hümik asidin gideriminde PVDF temelli membranlar ile filtrasyon uygulaması
Application of filtration with PVDF-based membranes for the removal of natural organic material humic acid from water
Yazar: HANDE BEK
Danışman: DOÇ. DR. DERYA ÜNLÜ
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Filtreleme = Filtration ; Florürler = Fluorides ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Hümik asit = Humic acid ; Membranlar = Membranes ; Organik maddeler = Organic matters

Özet:
Su kaynaklarında doğal organik maddelerin istenmeyen sorunlara neden olduğu görülmektedir. Bu sorunlar arasında en önemlisi suların dezenfekte işlemlerinde klorla hümik asitlerin veya diğer bileşiklerin reaksiyona girmesiyle insan sağlığına ve çevreye zararlı yan ürünlerin oluşmudur. Bu sebeple su kaynaklarından içme suyu elde edilmesinde çeşitli yöntemler kullanılmaya ve geliştirmeye devam edilmektedir. Ekonomik ve çevre dostu olarak bilinen membran teknolojisi prosesleriyle yapılan çalışmalar hızla artmaktadır. 
Gözenekli ve homojen membran sentezinin amaçlandığı bu çalışmada, sentezlenen membranların SEM ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir. Membran sentezinde parametre değişiminin morfolojisi yapısına etkisi incelenmiştir. FTIR analizlerinde ise membranın içerisindeki bağların analizleri yapılmıştır. Bu analiz hem temiz hem de kirli membranlara uygulanmıştır. Membran yüzeyine tutunan hümik asidin temiz bir membran arasındaki farkta incelenmiştir. Membran filtrasyon prosesi sonucunca süzüntü akısının 254 nm dalga boyunda UV analizleri ile gerçekleştirilmiştir. 
Bu tez çalışmasında, ana polimer olarak poliviniliden florür (PVDF) kullanılarak faz dönüşümü prosesiyle gözenekli membranlar sentezlendi. PVDF polimerine polivinilpirolidon (PVP) ve grafen oksit (GO) eklenerek blend ve hibrit membranlar da sentezlenerek membran çözeltisindeki parametre değişimlerinin etkisi incelendi. Sentezlenen membranlar arasında ağırlıkça %10 oranında membran çözeltisiyle sentezlenen membranlarda giderim performansı daha başarılı olduğu görülmüştür. Çalışma sonucunda %68,3 olarak en iyi giderim performansına ait membran ağırlıkça %10 PVDF çözeltisinden sentezlenmiştir. 
Farklı destek tabakaları üzerinde membran sentezi yapılarak filtrasyon performansı incelenmiştir. Destek tabakanın içeriği %100 PP olan farklı gramajlarda ve yapıda çalışılmıştır. Destek tabakanın membranın giderim performansına etkisi her bir nonwoven kumaşta farklılık göstermiştir. 1 numaralı destek tabakada en iyi giderim sonucu %52 olup %10PVDF çözeltisinden sentezlenen membrana aittir. 2 numaralı destek tabakada en iyi giderim sonucu %68,3 olup %10PVDF çözeltisinden sentezlenen membrana aittir. 3 numaralı destek tabakada ise en iyi giderim sonucu %51 olup %10PVDF+%1 PVP çözeltisinden sentezlenen membrana aittir.
Membranın sentez koşullarındaki parametrelerde değişiklik gerçekleştiğinde membran kalınlığı ve por büyüklüklüklerinde de değişiklikler olmuştur. Membran kalınlıkları polimerler arasında yoğun olan PVDF çözeltisinin ağırlıkça fazla olduğu çözeltilerle sentezlenen membranlarda daha fazladır. Por büyüklükleri ise gözenek oluşturucu PVP polimerinin membran çözeltisine katılmasıyla por büyüklükleri de buna paralel olarak artmıştır. GO katkı maddesi de por büyüklüğünü arttırmıştır fakat PVP polimeri kadar etkili değildir. Sentezlenen tüm membranların gözenekli ve homojen yapıda olduğu gözlemlenmiştir.
Membran filtrasyon prosesi sonucunda hesaplanan akı değerleri her bir membran çözeltisinde farklılık göstermiş, membran çözeltisinde PVDF/PVP oranı 90/10 olarak çalışılan polimer çözeltilerindeki giderim performansı da karşılaştırıldığında bu membranların akı değerleri kendi grupları arasında orta düzeyde olduğu gözükmektedir. Membran çözeltisinde PVP oranı arttıkça akı değeri de artmıştır. PVP'nin gözenek oluşturucu etkisi ağırlıkça çözeltideki varlığından gözeneklerin büyük ve fazla oluşturulmasından kaynaklı hümik asitin de geçişine izin vermektedir.

Abstract:
It seen that natural organic substances in water resources cause undesirable problems. The most important among these problems is the formation of by-products harmful to human health and the environment, by the reaction of chlorine with humic acids or other compounds in the disinfection processes of water. For this reason, various methods continue to be used and developed in obtaining drinking water from water sources. Studies with membrane technology processes, which  are economical and enviromentally, are increasing rapidly.
In this study, where  porous and homogeneous membrane synthesis was aimed. SEM and FTIR  analyzes of the synthesized membranes were performed.  The effect of parameter variation on the morphology structure in membrane synthesis  was investigated. In FTIR analysis, the bonds inside the membrane were analyzed. This analysis was applied  to both clean and dirty membranes. The difference between  the humic acid adhered to the membrane surface and a clean membrane was investigated. As a result of the membrane  filtration  process, UV analyzes of the permeate flux  at a wavelength of  254 nm were  performed. 
In this thesis, porous membranes were synthesized  by phase  transformation process using polyvinylidene  fluoride (PVDF)  as the  main polymer. Blend and hybrid membranes were also synthesized  by adding polyvinylpyrrolidone (PVP) and graphene oxide (GO) to the PVDF polymer, and the effect of parameter changes in the membrane solution was investigated. Among the  synthesized  membranes, it was observed that the removal performance was more successful in membranes synthesized with 10% by weight membrane solution. As a result of the study, the membrane with  the  best removal  performance  as 68.3% was synthesized from %10  PVDF solution by weight.
The filtration performance was investigated by making membrane synthesis on different support layers. The content of the support layer was 100% PP, and different weights and structures were studied. The effect of the backing layer on the removal performance of the membrane differed for each nonwoven fabric. The best removal result in the number 1 support layer is 52%, and it belongs to the membrane synthesized from 10% PVDF solution. The best removal result in the 2nd support layer is 68.3% and belongs to the membranes synthesized from 10% PVDF solution. In the support layer number 3, the best removal results is 51% and belongs to the membrane synthesized from 10%PVDF+%1PVP solution.
When the parameters in the synthesis conditions of the membrane changed, there were also changes in the membrane thickness and pore sizes. Membrane thickness are higher in membranes synthesized with solutions where the PVDF solution, which is dense among polymers, is higher by weight. The pore sizes, on the other hand, increased with the addition of the pore-forming PVDF polymer to the membrane solution. The GO additive also increased the pore size, but it was not as effective as the PVP polymer. It was observed that all synthesized membranes were porous and homogeneous.
The flux value calculated as a result of the membrane filtration process differed in each membrane solution. The pore-forming effect of PVP also allows the passage of humic acid due to the presence of large and excess pores in the solution by weight.