Membran distilasyonu için membran hazırlanması ve ultrasonik kavitasyonun membran distilasyonu üzerine etkilerinin incelenmesi
Membrane preparation for membrane distillation and investigation of the effects of ultrasonic cavitation on membrane distillation
Yazar: AHMET BORA YAVUZ
Danışman: PROF. DR. OSMAN NURİ ATA
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Amaç: Tatlı suya duyulan ihtiyacın her geçen gün arttığı dünyamızda membran distilasyon prosesleri (MD) su arıtımı için ümit vaad eden proseslerden biridir. Fakat bu prosese yönelik çalışmalar daha çok laboratuvar ölçeği ile sınırlı kalmıştır. Bu sebeple MD prosesleri endüstriyel alanda etkin bir şekilde kullanım için hâlâ geliştirilmeye ihtiyaç duymaktadır. Bu çalışma kapsamında MD proseslerine yönelik membranlar hazırlanması ve doğrudan temaslı membran distilasyon konfigürasyonunun ultrases kullanılarak modifiye edilmesi ile MD performansının iyileştirilmesi hedeflenmiştir.
Yöntem: Ağırlıkça %3'lük ve %5'lik PVP ile H3PO4 katkı maddeleri kullanılarak MD proseslerine yönelik düz levha PVDF membranlar hazırlandı. Membranların hazırlanmasında daldırma ile çökeltme yöntemi kullanıldı. Bu membranların test edilmesi için bir DTMD hücresi modifiye edilerek hücrenin besleme tarafına bir ultrasonik prob yerleştirildi. Önce ultrasonik kavitasyon uygulanmadan ardından %25, %50 ve %75 amplitüt değerlerinde ultrases uygulanarak deneyler gerçekleştirildi.
Bulgular: PVP katkı maddesinin hidrofilik yapısı nedeniyle membranların temas açılarını ve sıvı giriş basınçlarını düşürdüğü görüldü. H3PO4 katkısının ise membranların gözenekliliğini, gözenek boyutunu ve temas açısını artırdığı sonucuna varıldı. Ultrases cihazının %75 amplitüt değerinde çalıştırılması ile elde edilen ultrasonik kavitasyon akıda %134'e varan artış sağladı.  
Sonuç: PVP katkı maddesi ile hazırlanan membranların MD proseslerine uygun olmadığı belirlendi. H3PO4'ün ise PVP'nin aksine umut verici bir katkı maddesi olduğu görüldü. Sisteme uygulanan ultrasonik kavitasyon akıda artış sağlarken, uzaklaştırma oranını etkilemedi. Ultrasesin artan şiddeti ile birlikte akıda da artış elde edildi.

Abstract:
Purpose: In a world where the demand for fresh water is increasing day by day, membrane distillation processes (MD) offer promising solutions for water treatment. However, studies on this process are mostly limited to laboratory scale. For this reason, MD processes still need further development to be effectively employed in industrial applications. In this study, it was aimed to improve MD performance by preparing membranes for MD processes and modifying the direct contact membrane distillation configuration using ultrasound.
Method: Flat sheet PVDF membranes for MD processes were prepared by using 3% and 5% PVP and H3PO4 additives by weight. The immersion precipitation method was used in the preparation of the membranes. To test these membranes, a DTMD cell was modified and an ultrasonic probe was placed on the feed side of the cell. Experiments were carried out first without applying ultrasonic cavitation, then applying ultrasound at 25%, 50% and 75% amplitude values.
Findings: Due to the hydrophilic nature of the PVP additive, it was observed that the contact angles of the membranes and the liquid entry pressures were reduced. It was concluded that the H3PO4 additive increased the porosity, pore size, and contact angle of the membranes. Ultrasonic cavitation obtained by operating the ultrasound device at 75% amplitude, provided an increase in flux up to 134%.
Results: It was determined that the membranes prepared with PVP additive were not suitable for MD processes. Unlike PVP, H3PO4 was found to be a promising additive. While ultrasonic cavitation applied to the system increased the flux, it did not affect the removal rate. With the increasing intensity of ultrasound, an increase in flux was also obtained.