Nanomateryalle zenginleştirilmiş membran filtrasyonu ile içme suyu arıtımı
Drinking water treatment by using nanoenhanced membrane filtration
Yazar: ASLI ÇOBAN
Danışman: PROF. DR. EYÜP DEBİK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada; içme suyu arıtımında etkin bir organik madde ve bakteri giderimi
sağlamak amacıyla titanyum dioksit (TiO2) nanomalzemesi ile zenginleştirilmiş bir
membran üretimi sağlanmıştır. Bu amaçla çalışmada; modifiye edilmiş hidrotermal
sentez yoluyla elde edilen polimer (PEI) kaplı TiO2 nanopartikülleri, kimyasal olarak
aşındırılmış polisülfon (Psf) membran ve UVA (ultraviyole-A) aydınlatma ile aşındırılmış
polietersülfon (PES) membran yüzeyi üzerine adapte edilmiştir. Bu yolla nanopartikül
ile membran yüzeyi arasında kovalent bağ tertip edilerek nanokompozit membranlar
elde edilmiş olup bu membranların performansı, organik madde giderimi ve
antibakteriyel aktivite açısından değerlendirilmiştir.
Doğal organik maddenin hem hümik hem de hümik olmayan kısımlarını temsil eden
organik maddeler ile sentetik ham su numuneleri hazırlanarak filtrasyon testleri
yapılmış ve gerçek ham su (Terkos) numunesi ile de bu testler tekrarlanmıştır.
Kaplanmış membranlar ile hemen hemen bütün filtrasyon setlerinde başarılı giderim
verimleri elde edilmiştir. Doğal organik maddenin hümik fraksiyonunu temsil eden
hümik asit içeren sentetik ham su numuneleri ile daha yüksek giderim verimleri elde
edilirken, hümik olmayan fraksiyonu temsil eden BSA ve dekstran içeren sentetik ham
su numuneleri ile daha düşük giderim verimleri elde edilmiştir.
20000 ve 30000 Da MWCO değerine sahip UF membranlar çalışma kapsamında
kullanılarak nanokompozit membran geliştirilmiş ve 100-400 Da aralığındaki MWCO
değerlerine sahip NF membranlarla giderimi sağlanabilen doğal organik madde
giderimi oldukça başarılı bir şekilde giderilmiş olup özellikle hidrofobik fraksiyonun
giderimi daha başarılı bir şekilde gerçekleşmiştir. PES yapıdaki nanokompozit membran
ile BSA (giderimi zor hidrofilik fraksiyon) literatürdeki verimlerden daha yüksek bir
verimle (%42) UVA kullanılmaksızın giderilmiştir. Bütün filtrasyon testleri dikkate
alındığında, UVA aydınlatma genel olarak (BSA ile çalışılan set hariç) giderim verimleri
üzerinde önemli bir etki göstermemiştir. UVA aydınlatmanın organik madde
gideriminde etkili olmaması, giderim mekanizmasının adsorpsiyon prosesiyle
gerçekleştiğine işaret etmektedir.
Çalışmanın diğer bir aşamasında antibakteriyel aktivite analizi için P.aeruginosa
bakterisi kullanılarak inhibisyon bölgesi testi yapılmış olup yüzeyi kaplanarak modifiye
edilen nanokompozit membran oldukça güçlü bir antibakteriyel aktivite sergilemiştir.

Abstract:
In this study, a nonoenhanced membrane was developed using titanium dioxide (TiO2)
nanomaterial to be able to achieve effective organic matter and bacteria removal from
drinking water supply. For this purpose, nanocomposite membranes were derived by
adapting polymer (PEI) coated TiO2 nanoparticles which was synthesized by usuing
modified hydrothermal synthesis method onto chemically etched polysulfone (Psf) and
UVA (ultraviolet-A) radiation etched polyethersulfone (PES) membranes. A covalent
bond was achieved between TiO2 nanoparticle and membrane surface. Membrane
performance was evaluated by means of organic matter removal and antibacterial
activity.
Synthetic water samples were prepared using different organic substances which
represent humic and non-humic part of natural organic matter. Filtration tests were
performed both synthetically prepared and real raw water (Terkos) samples. High
removal efficiencies were obtained with almost all coated membrane samples. Higher
removal efficiencies were obtained with water sample which includes humic acid
representing humic fraction of natural organic matter whereas lower removal
efficiencies with BSA and dextran containing water samples representing non-humic
fraction of natural organic matter.
Complete natural organic matter removal could be achieved by using NF membranes
which have MWCO value of 100-400 kDa. In this study, successful natural organic
matter removal was obtained using nanocomposite membranes which were prepared
by using UF membranes having MWCO value of 20000 and 30000 Da. Hydrophobic
fraction of the natural organic matter was removed most particularly while removing
hydrophilic fraction as well. Compared to literature, higher BSA (hardly removable
hydrophilic part) removal efficiency (42%) was obtained with coated PES membrane
without UVA irradiaiton. Considering all filtration test results, UVA irradiation did not
significantly improve removal efficiencies (except BSA set). This introduced result,
which UVA radiation was not effective to remove organic matters, indicated that
removal mechanism mostly arised from adsorption process.
Antibacterial activity test were conducted with nanoenhanced membranes using
inhibiton zone method. And nanocomposite membranes which were functionalized
using surface coating method exhibited high antibacterial activity against P.aeruginosa
bacteria.