Sürekli ve verimli sis toplama için PECVD yöntemi ile hidrofobik ve hidrofilik yüzeylerin oluşturulması
Creating hydrophobic and hydrophilic surfaces with PECVD method for continuous and efficient fog collection
Yazar: BERKAN KOCADAYIOĞULLARI
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET GÜRSOY
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Plazma polimerleşmesi = Plasma polymerization

Özet:
Havadan sis toplama, tatlı su elde etmek için sürdürülebilir ve etkili yöntemlerden biridir. Enerjisiz sis toplayıcı sistemler bu amaçla yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak bu sistemlerde kullanılan geleneksel ağların verimliliği yeterli değildir. Bu tezin temel amacı, sıradan polipropilen kumaşları, tek adımda ve çevre dostu bir yöntem olan plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) yöntemi kullanılarak polimerik ince filmlerle kaplayarak etkili sis toplama malzemelerine dönüştürmektir. Poli(akrilik asit) (PAA) ve poli(2,3,4,4-hekzaflorobutil akrilat) (PHFBA) ince filmler sırasıyla hidrofilik ve hidrofobik polimerler olarak PECVD yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Yüzey ıslanabilirliği ve kumaş ağırlığının sis toplama verimliliği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Ayrıca, yüzey pürüzlülüğünün sis toplama verimliliği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, modifiye edilmiş silika partikülleri sentezlenmiş ve kumaşların pürüzlülüğünü arttırmak için kullanılmıştır. Bu tezin sonuçlarına göre, PECVD ile yapılan hidrofobik film kaplaması ve modifiye silika partiküllerinin yarattığı gözenekliliğin oluşturduğu sinerjik etki kumaşların sis toplama verimliliğini artırmıştır. Pürüzlendirilmiş yüzey üzerine hidrofobik ince film kaplamalarıyla üretilen kumaşlar en yüksek sis toplama verimliliğini (1,14 L m-2 h) göstermiştir. Bu tezin sonuçları, burada geliştirilen yöntemle modifiye edilen kumaşların, şu anda sis toplayıcılarda kullanılan ağlara umut verici bir alternatif olabileceğini göstermektedir. PECVD sisteminin ölçek büyütme potansiyeli göz önüne alındığında, sis toplama için çok daha geniş yüzey alanlarını modifiye etmek mümkündür. Ayrıca, burada geliştirilen yüzey modifikasyon teknikleri, mikroakışkanlar, çip üzerinde laboratuvar, sensörler ve tarım gibi ıslanabilirliğin önemli olduğu uygulamalar için malzeme geliştirmek üzere uygulanabilir.

Abstract:
Fog harvesting from the air is one of the sustainable and effective methods to obtain fresh water. Energy-free fog collector systems are widely used for this purpose, but the efficiency of traditional meshes used in these systems is not sufficient. The main objective of this thesis is to transform ordinary polypropylene fabrics into effective fog harvesting materials by coating them with polymeric thin films using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, which is a one-step and environmentally friendly method. Poly(acrylic acid) (PAA) and poly(2,3,4,4,4-hexafluorobutyl acrylate) (PHFBA) thin films were synthesized using PECVD method as hydrophilic and hydrophobic polymers, respectively. The effects of surface wettability and fabric weight on fog harvesting efficiency were investigated. Moreover, the effect of surface roughness on fog harvesting efficiency was studied. For this purpose, modified silica particles were synthesized and used to increase the roughness of the fabrics. Based on the results of this thesis, the synergistic effect of the hydrophobic film coating by PECVD and the porosity created by the modified silica particles increased the fog harvesting efficiency of the fabrics. The fabrics produced with hydrophobic thin film coatings on the roughened surface showed the highest fog harvesting efficiency (1,14 L m-2 h). The results of this thesis show that the fabrics modified by the method developed here can be a promising alternative to the meshes currently used in fog collectors. Considering the scale up potential of PECVD system, it is possible to modify much larger surface areas for fog harvesting. Furthermore, the surface modification techniques developed here can be applied to develop materials for applications where wettability is important, such as microfluidics, lab-on-a-chip, sensors and agriculture.