Polidimetilsiloksan/ZSM-5 karışık matris membranların hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of polydimethylsiloxane/ZSM-5 mixed matrix membranes
Yazar: KÜBRA ÖZEL
Danışman: DOÇ. DR. YAVUZ SALT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Membranlar, belirli bir bileşenin geçmesine izin verirken diğerini engelleyen seçici geçirgen engellerdir. Klasik ayırma yöntemlerine kıyasla membran prosesleri, iyi bir maliyet performans oranına sahip olması, yüksek seçicilik ve modülerlik gibi avantajlar sağlar. Karışık matris membranın organik-inorganik hibrit yapısı, inorganik ve organik malzemelerin özelliklerini bir araya getirir. Bu nedenle, inorganik malzemelerin organik bir polimer matrisinde dağıtıldığı dolgulu membran, dolgusuz membrana göre ayırma performansını iyileştirme potansiyeline sahiptir. Zeolitler, düzgün moleküler boyutlara sahip gözenekleri olan ve yüksek mekaniksel, ısı ve kimyasal dirence sahip inorganik kristal yapılar olarak bilinir. Zeolit için ayırt edici özellikler arasında moleküler elek işlevi görme, iyon değişimi yapma, seçici adsorpsiyon ve katalitik aktivite yer almaktadır.
Membran malzemeleri olarak yaygın olarak kullanılan Polidimetilsiloksan (PDMS), organiklere karşı yüksek kimyasal benzeşime sahiptir ve yüksek akı değerleri verir. Ancak, yüksek zincir hareketliliği nedeniyle düşük mekanik mukavemete ve düşük seçiciliğe sahiptir. Bu çalışmada, polimer matrise ZSM-5 zeolitinin eklenmesiyle PDMS'nın mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çözelti döküm tekniği ile ağırlıkça %5, %10 ve %15 ZSM-5 içeren PDMS kompozit membranlar hazırlanmıştır. Hazırlanan PDMS bazlı membranların yapısal ve mekanik özellikleri FTIR analizi, FESEM analizi, çekme ve delinme direnci testleri ile araştırılmıştır.

Abstract:
Membranes are selectively permeable barriers that allow one species to permeate while blocking another. Compared to conventional separation methods, membrane processes offer several advantages such as high selectivity, energy efficiency, moderate cost-performance ratio, and modularity. The organic-inorganic hybrid structure of a mixed matrix membrane combines the properties of inorganic and organic materials. Therefore, a filled membrane consisting of porous particles dispersed in an organic polymeric matrix has the potential to improve the separation performance compared with a neat membrane. Zeolites are known as inorganic crystalline structures with pores of uniform molecular size and exhibit high mechanical, thermal, and chemical resistance. Zeolites have properties such as molecular sieving, ion exchange, selective adsorption, and catalytic activity.
Polydimethylsiloxane (PDMS), which is widely used as a membrane material, has a high chemical affinity to organics and gives high fluxes. However, PDMS has low mechanical strength, and low selectivity due to its high chain mobility. The aim
of this study was to improve the mechanical properties of PDMS by adding the ZSM-5 zeolite to the polymer matrix. PDMS composite membranes containing 5, 10, and 15 wt.% ZSM-5 were prepared by solution-casting technique. The structural and mechanical properties of the prepared PDMS-based membranes were investigated by FTIR analysis, FESEM analysis elongation-rupture, and puncture resistance tests.