Poli(Vinil Alkol) esaslı metal oksit nanokompozit membranlar hazırlanarak aseton/su karışımlarının ayrılması
Separation of acetone/water mixtures by preparing poly(Vinyl Alcohol) based metal oxide nanocomposite membranes
Yazar: MERVE OLUKMAN
Danışman: PROF. DR. OYA ŞANLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Evapomasyon = Evapomeation ; Pervaporasyon = Pervaporation

Özet:
Bu çalışmada; aseton/su karışımlarının poli(vinil alkol) (PVA) esaslı membranlar kullanılarak pervaporasyon (PV), evapomasyon (EV) ve sıcaklık farklı evapomasyon (TDEV) teknikleri ile ayrılması araştırıldı. Deneysel çalışma üç bölüm halinde gerçekleştirildi. Birinci bölümde; aseton/su karışımları yerinde sentezlenen Fe3O4 nanopartiküller içeren PVA-Fe3O4 nanokompozit membranlar kullanılarak ayrıldı. Optimum membran kalınlığı (35 µm), Fe3O4 miktarı (%20 (w/w)), çalışma sıcaklığı (40oC) ve membran bölgesi sıcaklığı (10oC) belirlendi. İkinci bölümde; PVA üzerine akrilonitril (AN) ve 2-hidroksietil metakrilat (HEMA), UV ışınları ile ışınlanarak aşılandı. Aşı kopolimer (PVA-g-AN/HEMA) elementel analiz, Fourier transform infrared spektroskopi (FTIR), taramalı elektron mikroskopi (SEM), proton-nükleer manyetik rezonans spektroskopi (1H-NMR), karbon-nükleer manyetik rezonans spektroskopi (13C-NMR), diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edildi. AN ve HEMA'nın PVA üzerine aşılanmasının PVA-Fe3O4 membranlara kıyasla akı değerlerini artırdığı bununla beraber seçicilik değerlerini düşürdüğü belirlendi. Üçüncü bölümde; ZnO nanopartikülleri PVA-g-AN/HEMA membranlar içerisinde sentezlendi ve her üç yöntemle aseton/su karışımlarının ayrılmasında kullanıldı. Akı ve seçicilik değerleri üç membran için de yönteme bağlı olarak değişti. Akı değerlerinin EV ve TDEV yöntemlerinde, PV yönteminden daha düşük olduğu gözlendi bununla beraber en yüksek seçicilik TDEV yönteminde elde edildi. PVA-Fe3O4, PVA-g-AN/HEMA-Fe3O4 ve PVA-g-AN/HEMA-ZnO membranların karşılaştırılması; en yüksek seçicilik değerinin PVA-Fe3O4 nanokompozit membranlarda görüldüğü bununla beraber en yüksek akı değerinin PVA-g-AN/HEMA-Fe3O4 nanokompozit membranlar durumunda elde edildiğini gösterdi.

Abstract:
In this study; separation of acetone/water mixtures was investigated by pervaporation (PV), evapomeation (EV) and temperature difference evapomeation (TDEV) techniques by using poly(vinyl alcohol) (PVA) based membranes. Experimental study was carried out in three parts. In the first part; acetone/water mixtures were separated by using in situ synthesized nanoparticles containing PVA-Fe3O4 nanocomposite membranes. Optimum membrane thickness (35 µm), amount of Fe3O4 (20 wt%), operating temperature (40oC) and membrane surrounding temperature (10oC) were determined. In the second part; acrylonitrile (AN) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was grafted on to PVA by irradiating with UV light. Graft copolymer was characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), proton-nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR), carbon- nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C-NMR), differential scanning calorimetry (DSC) and contact angle measurements. It was determined that grafting of AN and HEMA on to PVA increased the flux values wheras decreased the selectivity values comparing to the PVA-Fe3O4 membranes. In the third part; ZnO nanoparticles were synthesized in PVA-AN/HEMA membranes and used in the separation of acetone/water mixtures using the three methods. Flux and selectivity values changed depending on the method for the three membranes. It was observed that permeation rates in EV and TDEV were lower than in PV however the highest separation factors were obtained in TDEV method. Comparison of the PVA-Fe3O4, PVA-g-AN/HEMA-Fe3O4 and PVA-g-AN/HEMA-ZnO membranes showed that the highest selectivity was seen for the PVA-Fe3O4 nanocomposite membranes whereas highest flux values were obtained in the case of PVA-g-AN/HEMA-Fe3O4 nanocomposite membranes.