Ultrafiltrasyon(UF) - elektrodeiyonizasyon(EDI) hibrit sistemi ile bor giderilmesi
Removal of boron with ultrafiltration (UF) electrodeionization (EDI) hybrid system
Yazar: GÜLSEV SOYSÜREN
Danışman: PROF. DR. MÜŞERREF ARDA
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Anyon değiştirici membranlar = Anion exchange membranes ; Polimerik membranlar = Polymeric membranes ; Ultrafiltrasyon = Ultrafiltration

Özet:
Kimya, ilaç, enerji sektörlerinde ve özellikle yarı iletken üretim aşamalarında yüksek saflıkta su (ultra saf su) kullanımı gerekmektedir. Zayıf elektrolitler (SiO2, NH3, CO2, H3BO3), iyonlaşmaları az olduğu için klasik ayırma yöntemleri ile etkili bir şekilde sulardan giderilemezler. Ultra saf su üretiminde iyon değiştirici reçinelerin kullanıldığı sistemlerde; reçine kapasitesi doygunluğa ulaşmaya başladığında;  iyonlaşması az olan borik asit ve silika ürün suyunda ilk gözlenen iyonlardandır.    
Bu çalışmada; değişik endüstrilerde kullanılan ultra saf suyun elde edilmesinde,  ultrafiltrasyon (UF) ve ardından elektrodeiyonizasyon (EDI) tekniklerinin bir arada kullanılması ile  oluşturulan hibrit yöntemlerinin kullanılabilirliği  bor giderimleri açısından değerlendirilmiş  ve yöntemlerin bor giderim  performansına  etki eden parametreler incelenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında N-metilglukamin fonksiyonel grubu içeren polimer sentezlenerek polimer komplekslemeli ultrafiltrasyon sisteminde (PKUF) kullanılmış ve bu sisteme etki eden parametreler (pH, bor-polimer oranı, zaman) incelenmiştir. Optimum polimer: bor oranı 60:1, temas süresi 1 saat ve pH 6 optimum olarak belirlenmiştir.
PKUF yöntemi ile bor derişimi 5 mg/L değerinden 1,6 mg/L düzeyine düşürülmüştür. Bu bor derişimine sahip olan çözelti, EDI sisteminde besleme çözeltisi olarak kullanılmış ve bor giderimine; potansiyel, besleme çözeltisi akış hızı, elektrot bölmesi Na2SO4 iletkenliğinin, EDI sistemi hücre sayısı ve deney sürelerinin etkileri incelenmiştir. Uygulanan potansiyel 30 V, besleme çözeltisi akış hızı 2 L/saat ve Na2SO4 iletkenliği 500 µS/cm optimum olarak belirlenmiştir. Üç bölmeli EDI hücresi ile deney süresi 6 saate çıkarıldığında bor derişimi 0,006 mg/L'ye, EDI sistemindeki hücre sayısı beşe çıkarıldığında ve deney süresi 10 saat yapıldığında ise bor derişimi 0,00025 mg/L'ye düşürülmüştür.

Abstract:
The use of high purity water (ultrapure water) is required in the chemistry, pharmaceutical, energy sectors and especially in the semiconductor production stages. Weak electrolytes (SiO2, NH3, CO2, H3BO3) cannot be effectively removed from water by conventional separation methods because their ionization is low. In systems where ion exchange resins are used in ultrapure water production; when the resin capacity starts to reach saturation; Boric acid and silica, which have low ionization, are among the first ions observed in product water.
In this study; The usability of hybrid methods created by using ultrafiltration (UF) and then electrodeionization (EDI) techniques in obtaining ultrapure water used in different industries was evaluated in terms of boron removal and the parameters affecting the boron removal performance of the methods were examined. In the first stage of the study, the polymer containing N-methylglucamine functional group was synthesized and used in the polymer complexing ultrafiltration system (PKUF), and the parameters (pH, boron-polymer ratio, time) affecting this system were investigated. The optimum polymer: boron ratio was determined as 60:1, contact time 1 hour and pH 6 optimum.
Boron concentration was reduced from 5 mg/L to 1.6 mg/L with the PKUF method. The solution with this boron concentration was used as a feed solution in the EDI system and was used for boron removal; The effects of potential, feed solution flow rate, electrode chamber Na2SO4 conductivity, EDI system cell number and experiment times were investigated. The applied potential was determined as 30 V, the feed solution flow rate of 2 L/h and the conductivity of Na2SO4 500 µS/cm as optimum. When the experiment time is increased to 6 hours with the three-compartment EDI cell, the boron concentration is reduced to 0.006 mg/L, and when the number of cells in the EDI system is increased to five and the experiment time is 10 hours, the boron concentration is reduced to 0.00025 mg/L.