Pvdf-metaloksit kompozit membranların filtrasyon özelliklerinin ve benzil alkol yükseltgenme reaksiyonlarında katalitik performanslarının incelenmesi
Investigation of catalytic performance in benzyl alcohol oxidation reactions and filtration properties of pvdf-metal oxide composite membranes
Yazar: HÜSEYİN GÜMÜŞ
Danışman: PROF. DR. ERDAL EREN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Benzil alkol = Benzyl alcohol ; Filtrasyon =   ; Filtreleme = Filtration ; Katalizörler = Catalysts ; Kompozit polimerler = Composite polymers ; Membranlar = Membranes ; Metal oksit katalizörü = Metal oxide catalyst ; Oksidasyon = Oxidation ; Yükseltgenme =

Özet:
Bu çalışmada metaloksit-PVDF kompozit membranların hazırlanması ve karakterizasyonu yapılmıştır. Örneklerin kataliz ve filtrasyon işlemlerinde kullanılabilirlikleri araştırılmıştır. TiO2, Fe3O4 ve MnO2'nin (Birnesit) %14'lük PVDF'ye (DMF çözeltisinde, k/k) eklenmesiyle elde edilen karışım, 300 μm kalınlığında dağıtılmış ve faz dönüşümü yöntemiyle %0,5, 1, 2, 4, 6, 8, 10 oranında katkılı kompozit membranlar elde edilmiştir. Örneklerin karakterizasyonları XRD, FT-IR, TG-DTA, SEM ve temas açısı teknikleri kullanılarak yapılmıştır. IR sonuçlarından artan katı oranıyla PVDF'nin α-fazının kaybolduğu görülmüştür. %6, 8, 10 oranında katı içeren örneklerin SEM görüntülerinden parmaksı yapıların daraldığı anlaşılmıştır. Katının katalitik etkisinden dolayı sıcaklık artışıyla birlikte polimerin bozunması hızlanmıştır. Ham PVDF'nin, TiO2-P, Fe3O4-P ve MnO2-P'nin bozunma sıcaklıkları sırasıyla 470, 333, 412 ve 460 ºC'dir. Ham PVDF ve kompozitlerin temas açıları sırasıyla 74,0º, 52,0º, 41,5º ve 62,0º ölçülmüştür. Benzil alkol oksidasyonunda örneklerin katalitik aktiviteleri mikrodalga ortamında (8 dk, 500 W) 1/1 alkol/peroksit oranında incelenmiştir. TiO2-P, Fe3O4-P ve MnO2-P ile en yüksek dönüşüm %93,8, 99,2 ve 90,7; benzaldehit seçiciliği ise %45,4, 66,4 ve 67,8'dir. MnO2-P ile metanol çözücüsünde 2-fenilbenzimidazol verimi %80'dir. Ham PVDF, %4 TiO2-P, %2 Fe3O4-P ve %4 MnO2-P'nin 2 bar basınçta saf su akış değerleri (SA) sırasıyla 62, 99, 94 ve 80 L/m2.sa'dır. En iyi BSA dışlama verimi pH=3 ve 7,4'de elde edilmiştir. Akrilik asit aşılanmış PVDF örneklerinin SA değerleri azalırken, BSA dışlama oranları artmıştır.

Abstract:
In this study, preparation and characterization of metal oxide-PVDF composite membranes were conducted. Usability of samples in catalysis and filtration were investigated. The mixture of TiO2, Fe3O4 and MnO2 (Birnessite) with 14% PVDF (in DMF, w/w) was casted in 300 μm ticknes and composite membranes with 0.5%, 1, 2, 4, 6, 8, 10 additives were obtained by phase inversion method. Characterisation of samples were performed by XRD, FT-IR, TG-DTA, SEM and contact angle measurements. From IR results it was observed that α-phases of PVDF disappeared with increasing amount of additives. From SEM images of samples contain 6%, 8, 10 solid, it was concluded that finger-like structures narrowed. Due to catalytic effect of solid, decomposition of polymer fastened with increasing temperature. Decomposition temperatures of raw PVDF, TiO2-P, Fe3O4-P and MnO2-P were 470, 333, 412 and 460 ºC, respectively. Contact angles of raw PVDF and composites were measured as 74.0º, 52.0º, 41.5º and 62.0º respectively.
Catalytic activity of samples on benzyl alcohol oxidation was investigated at microwave oven (8 min, 500W) with 1/1 alcohol/peroxide ratio. The highest conversion and benzaldehyde selectivity with TiO2-P, Fe3O4-P and MnO2-P were 93.8%, 99.2, 90.7 and 45.4%, 66.4, 67.8 respectively. Yield of 2-phenylbenzimidazol with MnO2-P was 80% in methanol. Pure water flux (PWF) of raw PVDF, 4% TiO2-P, 2% Fe3O4-P and 4% MnO2-P were 62, 99, 94 and 80 L/m2.h at 2 bar. The best BSA rejection was recorded at 3 and 7.4 pH values. PWF for acrylic acid grafted PVDF membranes decreased while BSA rejection increased.