Sentezlenen doğal lif takviyeli polimerik kompozit membranların su arıtımında kullanılması /
Yazar: ALP AKMAN
Danışman: PROF. DR. NEŞE TÜFEKCİ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Polimerik membranlar yeterli mekanik, kimyasal ve termal stabiliteleri, ucuz olmaları ve kolay üretilebilirlikleri nedeniyle su arıtımında yaygın olarak kullanılırlar. Bu çalışmada, ilk olarak ağırlıkça %16 selüloz asetat (CA) kullanılarak faz inversiyon yöntemiyle CA membran üretilmiştir. Ardından, selüloz nanofibril (CNF) takviyesinin CA membranın karakteristiklerine ve performansına etkisinin araştırılması için ağırlıkça %0,25, %0,5 ve %1 CNF takviyeli CA/CNF nanokompozit membranlar üretilmiştir. Üretilen membranların kimyasal yapısı Fourier Transform Infrared (FTIR) spektroskopisi ile doğrulanmıştır. Membranların yüzey morfolojisi Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ile incelenmiştir. Membranların su tutma kapasite ve porozitesi hesaplanmıştır. Membranların akı performansları membranlardan 2 bar basınç altında saf su ve baraj suyu geçirilerek belirlenmiştir. Saf CA ve ağırlıkça %1 CNF takviyeli nanokompozit CA (CA-CNF-1) membranın baraj suyundan demir ve mangan giderim verimleri karşılaştırılmıştır. Son olarak, baraj suyu filtre edilen tüm kirli membranların SEM yüzey görüntüleri karşılaştırılmıştır. Çalışma sonuçları, CA içerisine ağırlıkça %1 CNF takviyesiyle membran saf su ve baraj suyu akısının sırasıyla %71 ve %91 arttığını ortaya koymuştur. Ayrıca, CA-CNF-1 ve CA için baraj suyundan demir giderim verimi hemen hemen aynı bulunmuştur. Dahası, CA membranın yüzeyi baraj suyundaki kirleticilerle tarafından daha fazla kirlenmesine rağmen CA/CNF membranların yüzeyi daha iyi kirlenme direnci sergilemiştir. Bu çalışma, CA membranlara düşük miktarda CNF'nin dahil edilmesiyle membranın su tutma kapasitesinin, akı performasının ve kirlenmeye karşı direncinin arttığını ortaya koymuştur.

Abstract:
Polymeric membranes are widely used in water treatment due to their sufficient mechanical, chemical, and thermal stability, cheapness, and easy manufacture. In this study, firstly, a CA membrane was produced using 16% cellulose acetate (CA) by phase inversion method. Then, 0.25%, 0.5%, and 1% by weight cellulose nanofibril (CNF) reinforced CA/CNF nanocomposite membranes were produced to investigate the effect of CNF reinforcement on the characteristics and performance of the CA membrane. The chemical structure of the produced membranes was confirmed by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy. The surface morphology of the membranes was examined by Scanning Electron Microscopy (SEM). The water content and porosity of the membranes were calculated. The flux performances of the membranes were determined by passing pure water and dam water under 2 bar pressure through the membranes. The iron and manganese removal efficiencies of pure CA and 1% wt CNF reinforced nanocomposite CA (CA-CNF-1) membrane from dam water were compared. Finally, SEM surface images of all fouled membranes whose dam water was filtered were compared. This study's results revealed that the inclusion of 1% by weight of CNF in CA increased the pure water and dam water flux of the membrane by 71% and 91%, respectively. In addition, the iron removal efficiency from the dam water was almost the same for CA-CNF-1 and CA. Moreover, the surface of the CA/CNF membranes exhibited better fouling resistance, although the surface of the CA membrane was more fouled by contaminants in the dam water. This study revealed that even with the incorporation of a low amount of CNF into the CA membrane, the water content, flux performance, and resistance to fouling of the membrane increase.