Karbondioksit ayrılmasına yönelik karışık matris membran geliştirilmesi
Development of mixed matrix membrane for CO2 separation
Yazar: EMİNE KESKİN
Danışman: DOÇ. DR. YAVUZ SALT ; DOÇ. DR. ÖNDER YARGI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Polidimetilsiloksan = Polydimethylsiloxane ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide ; Zeolitler = Zeolites

Özet:
Membranlar, uzun yıllardır çeşitli endüstriyel ayırma uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Membran teknolojileri, kolay kapasite artışı, sürekli ayırma ve kullanımda diğer ayırmalara kolay adaptasyon gibi birçok avantajı nedeniyle diğer ayırma proseslerine önemli bir alternatiftir. Son yıllarda CO2 emisyonlarının artmasıyla birlikte, gaz ayırma membranları CO2 ayrımı için giderek daha önemli hale gelmektedir. Organik polimer matris içine inorganik dolgu maddeleri katılarak hazırlanan karışık matris membranlar (MMM'ler), polimerik membranların özelliklerini ve ayırma performansını geliştirme potansiyeline sahiptir. Polidimetilsiloksan (PDMS), yüksek gaz geçirgenliği, hidrofobikliği, dayanıklılığı, dielektrik özellikleri, termal kararlılığı, biyouyumluluğu ve uygulama kolaylığı nedeniyle ticari olarak kullanılan polimerik maddeler arasında en etkin kullanılan membran malzemelerinden biridir. Moleküler boyutlu gözenekli yapıları nedeniyle moleküler elekler olarak bilinen zeolitler alüminosilikat mineraller olup, yüksek mekanik, termal ve kimyasal kararlılık, iyon değişim kapasitesi ve moleküler eleme gibi özelliklere sahiptir. Titanyum dioksit (TiO2), toksik olmama ve kararlılık gibi fizikokimyasal özellikleri nedeniyle çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, CO2 ayırımına yönelik olarak PDMS, PDMS/zeolit 4A, PDMS/klinoptilolit, PDMS/TiO2 karışık matris membranlar çözelti döküm yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Elde edilen karışık matris membranlar SEM, FTIR ve TG/DTA analizleriyle karakterize edilmiştir. Katkısız PDMS'in ve zeolit 4A, klinoptilolit, TiO2 içeren karışık matris membranların gaz geçirgenlikleri ve seçicilikleri belirlenmiş ve membranların gaz ayırma performansları değerlendirilmiştir.

Abstract:
Membranes have been widely used in various industrial separation applications for many years. Membrane technologies are an attractive alternative to other separation processes due to their many advantages such as easy capacity increase, continuous separation, easy adaptation to other separations in uses. With increasing of CO2 emissions in the recent years, gas separation membranes are becoming increasingly important for CO2 separation. Mixed matrix membranes (MMMs) prepared by incorporating inorganic fillers into organic polymer matrix have the potential to enhance the properties of polymeric membranes and to improve the separation performance. Polydimethylsiloxane (PDMS), is one of the most effectively used membrane materials among commercially applied polymeric substances due to high gas permeability, hydrophobicity, durability, dielectric properties, thermal stability, biocompatibility and ease in application. Zeolites known as molecular sieves due to their molecular size pore structure are aluminosilicate minerals and have properties such as high mechanical, thermal and chemical stability, ion exchange capacity and molecular sieving. Titanium dioxide (TiO2) is used a wide range of applications due to their unique physicochemical properties, such as nontoxicity and stability.
In this study, PDMS, PDMS/zeolite 4A, PDMS/clinoptilolite, PDMS/TiO2 mixed matrix membranes were prepared using the solution-casting method for CO2 separation. The mixed matrix membranes produced were characterized using SEM, FTIR, TG/DTA. The gas permeability and selectivity of neat PDMS and the mixed matrix membranes incorporating zeolite 4A, clinoptilolite, TiO2 were determined. The gas separation performance of the membranes was evaluated.