Besleme karakteristikleri ve sıcaklığın ileri ozmoz membran performansı üzerine etkisinin model ortamlarda incelenmesi
Investigation of the effects of feed characteristics and temperature on performance of a forward osmosis membrane by using model solutions
Yazar: DAMLA YALIN
Danışman: PROF. DR. HACI ALİ GÜLEÇ
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Kalsiyum klorür = Calcium chloride ; Laktoz = Lactose ; Membranlar = Membranes ; Peynir altı suyu = Whey ; Sıcaklık = Temperature ; Sığır serum albümin = Bovine serum albumin ; pH =

Özet:
Bu çalışmada, peynir altı suyunda (PAS) bulunan bileşenlerin, ayrı ayrı ve  birlikte farklı sıcaklık ve pH koşullarında ileri ozmoz (FO) membran performansı  üzerine etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, farklı besleme  karakteristiklerine sahip 4 adet besleme çözeltisi (FS) hazırlanmıştır. Hazırlanan FS'ler PAS içerisindeki oranları doğrultusunda protein olarak sığır serum albümin (BSA), şeker olarak laktoz ve inorganik madde olarak kalsiyum klorür (CaCl2) içermektedir. 
Farklı pH değerlerine (pH=4,7 ve pH=6,4) ayarlanan FS'ler 35 ˚C ve 55 ˚C sıcaklıklarda  memrbandan geçirilerek konsantre edilmiş ve bileşenlerin bu koşullarda membran  kirlenmesine olan etkileri akı-zaman ve suda çözünür kuru madde (SÇKM)-zaman  grafikleri üzerinden incelenmiştir. Akı profilleri ve membrandan geçiş oranları incelendiğinde her bir bileşenin, sıcaklık ve pH değerlerinden farklı şekilde etkilendikleri görülmüştür. Sıcaklık, laktoz  ve CaCl2'nin çözünürlüklerini etkilerken, BSA için yüksek sıcaklıklar proteinlerin  yapısını etkilendiğinden kirlenmeye neden olmaktadır. pH değerleri ise CaCl2'nin  çözünürlük özelliğini ve BSA proteininin net yükünü değiştirdiğinden süreç 
performansı için önemli bir parametre olmuştur.  Tüm FS'ler karşılaştırıldığında membrandan en yüksek akı geçişleri CaCl2 ve  laktoz içeren FS'de gözlenmiştir. Özellikle 55 ˚C pH 6,4'te en yüksek 
konsantrasyon seviyelerine ulaşarak FS, 7 kat kadar konsantre edilmiştir. Ancak  sıcaklığın 35 ˚C'ye düşmesi durumunda bileşenlerden kaynaklanan membran kirlenmesi  gözlenmiştir.
Kirlenme üzerine en etkili bileşen BSA proteini olmuştur. Sıcaklığın yükselmesi  ve pH değerinin BSA'nın izoelektrik noktasına (PI) eşit olduğu durumda akı değerleri  diğer koşullara kıyasla yüksek bir düşüş göstermiştir. Bileşenlerden kaynaklı membran  kirlenmesi, en yüksek laktoz, CaCl2 ve BSA içeren FS'de görülmüştür. Bu FS'nin 55 ˚C  pH 4,7 koşullarında konsantre edilmesi sırasında %30 oranında akı düşüşü  hesaplanırken bu düşüş tüm çalışma boyunca gözlemlenen en yüksek akı düşüşü olmuştur.  Sonuç olarak, yüksek sıcaklık BSA içeren FS'lerin PI=pH durumu dışında FO  sürecinin verimliliğini arttırmıştır. Bu durumda protein içeren FS'lerde, proteinlerin  yapısına zarar vermeyecek en yüksek sıcaklık değerlerinin seçilmesi ve FS'nin pH  değerinin, içerisindeki proteinlerin PI değerinden farklı olması bileşenlerden kaynaklı  membran kirlenmelerinin önüne geçilebilmesi için önemli faktörlerdir.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the effects of the components in whey (PAS) individual together on the performance of forward osmosis (FO) membranes at different temperature and pH values. For this purpose, 4 feed solution (FS) with different feeding chracteristics were prepared. FSs contains bovine serum albümin (BSA) as protein, lactose as sugar and calcium chloride (CaCl2) as inorganic substance in accordance with its proportion PAS. FSs set to different pH values (pH=4,7 and pH=6,4) were concentrated by passing through the membrane at 35 ˚C and 55 ˚C temperatures. Effects of the components on membrane fouling under these conditions flux-time and water-soluble dry substances (SCKM)-time analyzed on the graphs.When the flux profiles and penetration rates are examined, it is seen that each component is affected differently by temperature and pH values. While temperature affects the solubility of lactose and CaCl2, high temperatures for BSA fouling as it affects the structure of proteins. The pH value, affects the solubility property of CaCl2 and changes the net charge of the BSA protein. Therefore it has become an important parameter for process performance as it changes.When all FSs were compared, the highest flux transitions through the membrane were observed in the FS containing CaCl2 and lactose. The highest concentration levels were reached especially at 55 ˚C pH 6,4. FS, concentrated up to 7 times. However, membrane fouling from the components was obserced with the temperature dropping 35 ˚C. The most effective component on fouling was BSA. When the temperature rises and the pH value is equal to the isoelectric point (PI) of BSA, the flux values show a high decrease compared to the other conditions. Membrane fouling from components was highest in the FS containing lactose, CaCl2 and BSA. A flux reduction of 30% was calculated when concentrating this FS at 55 ˚C pH 4,7 conditions. This was the highest flux drop observed during the entire study. As a result, the high temperature increased the efficiency of the FO process, except for the PI=pH condition of the FS containing BSA. İn this case, in FSs containing protein, the highest temperature values that will not damage the structure of the proteins should be selected and the pH value of FS is higher than the PI value of the proteins in it, which are important factors to prevent membrane fouling caused by the components.