Yağ-su ayrımında kullanılmak üzere sıcaklık duyarlı akıllı membran geliştirilmesi
Development of thermo-responsive smart membrane for oil-water separation
Yazar: NUR ORAL
Danışman: PROF. DR. GÜLDEMET BAŞAL BAYRAKTAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Hidrojeller = Hydrogels ; Membranlar = Membranes ; Nanolif = Nanofiber ; Selüloz asetat = Cellulose acetate ; Taramalı elektron mikroskobu = Scanning electron microscope

Özet:
Bu tez çalışmasında, yağlı su atıklarının arıtılmasında kullanılan membranlarda karşılaşılan körlenme problemine çözüm olabilecek ve membran performansını arttıracak bir malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Elektro lif çekim ve elektro püskürtme yöntemlerinin eş zamanlı kullanılmasıyla selüloz asetat (CA) nanolifleri ve poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAM) hidrojel partiküllerinden oluşan kompozit bir membran üretilmiştir.Foto-polimerizasyon yöntemi ile başarıyla üretilen PNIPAM hidrojellerinde maksimum %2846 şişme kapasitesine ulaşılmıştır. Ayrıca, değişen çapraz bağlayıcı oranının ve foto-başlatıcı tipinin hidrojellerin şişme kapasitesine olan etkisi detaylı olarak incelenmiştir. Sıcaklık duyarlı bir malzeme olan PNIPAM hidrojelinin değişen ortam koşullarında gösterdiği davranışlar incelenmiştir. Kompozit membran üretiminden önce, lif ve partiküllerin eldesi için çalışılması gereken işlem parametrelerinin belirlenmesi amacıyla detaylı bir çalışma yapılmıştır. Boncuksuz yapıda selüloz asetat nanolifleri ve nano/mikro boyutta PNIPAM partikülleri başarıyla üretilmiştir. Üretilen kompozit membranların karakteristik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA), yüzey temas açısı, cıva porozimetresi ve çekme testi ile incelenmiştir.Sonuç olarak, PNIPAM partiküllerinin selüloz asetat nanolifleri arasına dahil edildiği kompozit bir membran başarıyla üretilmiştir. Üretilen CA/PNIPAM membranının yağ/su karışımı ve yağ/su emülsiyonlarının ayrımında etkinliği ispatlanmıştır. Körlenme direnci arttırılan kompozit membran, sıcaklık duyarlı hidrojel içermesi sayesinde körlenme gerçekleştiğinde kolayca temizlenebilecektir.

Abstract:
The aim of this thesis is to develop a smart membrane which will be a solution for the fouling problem and has enhanced separation performance. For this purpose, a multilayered composite membrane was produced which consisting cellulose acetate (CA) nanofibers and poly(N-isopropylacrylamide (PNIPAM) hydrogel particles by electrospinning and electrospraying simultaneously. PNIPAM hydrogels produced by photo-polymerization have 2846% swelling capacity at maximum. In addition, the effects 
of cross linker ratio and photo-initiator type on swelling capacity were investigated. The response of PNIPAM hydrogel which is a thermo-responsive material to ambient temperature was observed. Before the production of composite membrane step, a detailed parametric study was done for necessary 
process parameters for cellulose acetate nanofibers and PNIPAM hydrogel particles. In nano scale, bead-free cellulose acetate nanofibers and nano/micro scaled PNIPAM hydrogel particles were successfully produced. The characteristics of produced composite membranes were examined by scanning electron microscope (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), surface contact angle, mercury porosimeter and mechanical test.As a result, the membrane was successfully produced which PNIPAM particles sprayed between cellulose acetate nanofibers. The separation efficiency of oil-water mixture and oil-water emulsion of the produced CA/PNIPAM membranes were proved. With the help of thermo-responsive hydrogel particles, the composite membrane can be cleaned easily after the fouling occurred.