Polivinil klorür esaslı ultrafiltrasyon membranların filtrasyon performansının plaka şekilli çinko oksit katkısı ile iyileştirilmesi ve akının modellenmesi
Filtration performance improvement of plateled shaped zinc oxide doped polyvinyl chloride ultrafiltration membranes and modelling of flux
Yazar: BAHADIR MERT ERDUĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF DEMİREL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Membran teknolojileri = Membrane technologies ; Ultrafiltrasyon = Ultrafiltration

Özet:
Bu tez çalışmasında, nanokompozit membran uygulamalarının önündeki engellerden biri olan nanotanecik topaklanmasına çözüm olabilecek kontrollü olarak bir araya getirilerek tasarlanmış çinko oksit tozları (MicNo®) ile hazırlanan membranların filtrasyon performansları, morfolojik ve yığın özellikleri belirlenmiş ve membran ara kesitindeki akış sayısal olarak modellenmiştir. Bu amaçla, faz dönüşümü tekniği ile hazırlanan PVC esaslı membranların en uygun döküm çözeltisi bileşimi su akısı ve sodyum aljinat (SA) giderimleri ile belirlenip tüm nanokompozit membranlar bu reçeteye göre hazırlanmıştır. Farklı yükleme oranlarında ticari ZnO nanotanecikleri (%0,25-2,0, a/a) ve MicNo® (%0,01-0,1, a/a) tozları ile hazırlanan nanokompozit membranların filtrasyon performansı su akısı, farklı kirletici giderimleri ve kirlenmeye karşı direnç özellikleri ile; yapısal özellikleri, ısıl ve mekanik dayanımları ise çeşitli analitik cihaz ve yöntemlerle belirlenmiştir. Ticari ZnO katkılı membranlar arasında en yüksek su akısı (420 L/m2sa) ve akı geri kazanım oranı (%90,2) membran matrisine %0,5 ZnO ilavesiyle ulaşılmıştır. %0,05 MicNo® plakaları varlığında hazırlanan PVC membranın su akısında (456 L/m2sa) saf ve %0,5 ticari ZnO içeren membranlara kıyasla sırasıyla, %30,6 ve %9'luk bir artış elde edilmiştir. MicNo® plakalarının membran matrisine ticari ZnO'ya kıyasla on kat daha az (%0,05) ilave edilmesine rağmen, MicNo®'ların hidrofilik özelliğe sahip geniş yüzey alanı nedeniyle oluşan membran homojen gözenek yapısı giderim ve kirlenmeye karşı direnç değerlerinin iyileşmesine olanak sağlamıştır. Ayrıca, membran gözeneklerindeki akışın simetrik ve asimetrik morfolojilere bağlı olarak sayısal olarak modellenmesiyle elde edilen sonuçların düşük transmembran basıncında elde edilen deneysel sonuçlarla uyumlu olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, filtration performance, morphological and bulk properties of membranes fabricated using designed Zinc oxide powders (MicNo®) with controllable agglomeration, which is considered to be a potential solution to agglomeration issue encountered in nanocomposite membrane applications. To this end, the most suitable casting solution composition of the pristine PVC membrane fabricated via phase inversion technique was determined according to water flux and sodium alginate (SA) rejection values and nanocomposite membranes were prepared based on that recipe. Nanocomposite membranes were fabricated using varying loadings of commercial ZnO nanoparticles (0.25-2%, wt.) and MicNo® powders (0.01-0.1%, wt.) and while filtration performance was investigated in terms of water flux, different foulant rejections, and antifouling properties, morphological properties, thermal and mechanical stabilities were determined using various analytical equipments and techniques. The highest water flux (420 L/m2h) and flux recovery ratio (90.2%) for the commercial ZnO doped membranes were obtained with 0.5% ZnO addition into the membrane matrix. Water flux (456 L/m2h) of PVC based membrane containing 0.05% MicNo® platelets were increased by 30.6% and 9%, respectively compared to those of pristine PVC and 0.5% ZnO membrane. Although the amount of MicNo® platelets (0.05%) added to the membrane matrix were ten times less than that added to commercial ZnO membrane, rejection and antifouling properties were enhanced significantly due to large active hydrophilic surface area of MicNo® powders. Moreover, the flow through membrane pores was numerically modelled based on symmetrical and asymmetrical morphologies and comparison of numerical and experimental results showed that the present numerical model can accurately predict flux values at low transmembrane pressures.