Fonksiyonelleştirilmiş grafen oksit katkılı kompozit membranların su arıtımındaki performanslarının incelenmesi
The performence of functionalized graphene oxide doped composite membranes in water treatment
Yazar: BETÜL KARA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKER AKIN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Arsenik = Arsenic ; Grafen = Graphene ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Membranlar = Membranes ; Siklodekstrinler = Cyclodextrins ; Su arıtma = Water treatment

Özet:
Temiz su ihtiyacının sağlanması 21. yüzyılın ve Avrupa Öngörü Platformu eylem planının öncelikli
konularından (Çevre Teknolojileri Yol Haritası 2020, Entegre Su Yönetimi) birisi olup su temininde ileri teknolojilerin kullanılması ve geliştirilmesi önem arz etmektedir. Membran teknolojisi su arıtımı için yüksek seçicili ve verimlilikte yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Günümüzde su arıtımı için uygun ve ekonomik bir teknoloji olarak kullanılmakta ancak membran teknolojisinin etkinliğine, performans verimliliğine ve ekonomikliğine etki eden mekanik kararlılığı ve membran yüzeyinin kirlenmesi gibi önemli parametreler vardır. Bu dezavantajlarını bertaraf etmek için son yıllarda nanomalzemelerin üretimindeki gelişmeler sayesinde karbon bazlı nanomalzemelerin membran teknolojisine dahil edilmesi sağlanmıştır. 
Bu proje; Çevre ve Sürdürülebilir Kalkınma Ajansının son raporunda belirtiği üzere "Ülkemizde mevcut arıtma teknolojilerinin sürdürülebilir gelişme kavramı çerçevesinde gelecekte öngörülecek deşarj limitlerini sağlamasının mümkün olmadığı görülmektedir. Mevcut arıtma teknolojileri dünyada gelinen arıtma teknoloji ve yaklaşımlarının oldukça gerisinde kaldığımızı, su kaynaklarının korunması ve atık su arıtımda mutlaka yeni teknolojiler doğrultusunda yeniden tasarlanması ve "temiz su üretim teknolojileri" kavramı dahilinde yeni teknolojik uygulamaların hayata geçirilmesi zorunludur" ifadesine yeni bir bakış açısı, kaynak ve veri sağlamaktadır. Projede grafen oksit (GO) ve farklı molekül boyutlarına sahip α-,β-,γ Siklodekstrinler(x-SDs) ile fonksiyonlandırılmış grafen oksit elde edilerek yapısal ve morfolojik karakterizasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen kompozit malzemenin farklı oranlarda polimer matriksi (PSf) içerisinde homojen bir şekilde dağıtılıp, destek malzemesi üzerine kaplanmasıyla yeni nesil kompozit membranlar oluşturulmuştur. Kompozit membran performans testlerinin; su geçirgenliği, akı geri kazanım oranı, bovin serum albümin/ovalbumin kullanarak kirlilik testleri ve arsenik giderimi Prozesstechnik GmbH pres masaüstü membran pilot sisteminde her bir kompozit membran için karşılaştırılarak araştırılmış ve Emet-Kütahya bölgesinden temin edilen gerçek su numunesinde membranların performansı incelenmiştir. Bu projenin önemli çıktıları; polimer destek içinde grafen ve modifiye grafen temelli malzemeler (iGO/x-SDs) kullanarak performansı yüksek membran tasarlanmıştır. Bu sayede, gerçek su numunelerinin arıtma işlemlerinde; GO ve iGO/x-SDs (x: α,β,γ) katkılı kompozit membranlarla gerçekleştirilmesi, membran teknolojileri alanında bilgi birikiminin sağlanması, membran ve malzeme teknolojileri alanında bilim insanı yetiştirilmesine katkı sağlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Arsenik, Grafen, Grafen oksit, Membran, Su arıtımı, α-,β-,γ- Siklodekstrin

Abstract:
Providing the need for clean water is one of the primary issues of the 21st century and The European Foresight Platform action plan (Environmental Technologies Roadmap 2020, Integrated Water Management), and it is important to use and develop advanced technologies in water supply. Membrane technology is a highly selective and efficient technology for water treatment. Today, it is used as a suitable and economical technology for water treatment, but there are important parameters such as mechanical stability and contamination of the membrane surface that affect the efficiency, performance efficiency and economy of membrane technology. To overcome these disadvantages, thanks to the developments in the production of nanomaterials in recent years, carbon based nanomaterials have been included in membrane technology.
This project; As stated in the last report of the Environment and Sustainable Development Agency, "It is not possible for the existing treatment technologies in our country to meet future discharge limits within the framework of the sustainable development concept. The current treatment technologies provide a new perspective, resources and data to the expression of "New technological applications must be implemented within the concept of clean water production technologies" and the redesign of water resources and the design of water in waste water treatment. In the project, structural and morphological characterization processes were performed by obtaining graphene oxide (GO) and graphene oxide functionalized with α-, β-, γ-Cyclodextrins (xSDs) having different molecular sizes. 
A new generation of composite membranes were created by distributing the obtained composite material homogeneously in different proportions of polymer matrix (PSf) and covering it on the backing material. Composite membrane performance tests; water permeability, flux recovery rate, pollution tests using bovine serum albumin/ovalbumin and arsenic removal were investigated by comparing them for each composite membrane in the Prozesstechnik GmbH press desktop membrane pilot system and the performance of the membranes in the real water sample obtained from the Emet-Kütahya region was investigated. The important outputs of this project are; A high performance membrane is designed using graphene and modified graphene based materials (iGO/x-SDs) in the polymer support. Thus, in the treatment processes of real water samples; It has contributed to the realization of GO and iGO/x-SDs (x: α, β, γ) with composite membranes, providing knowledge in the field of membrane technologies, and training of scientists in the field of membrane and material technologies.

Keywords: Arsenic, Membrane, Graphene, Graphene oxide, Water treatment, α-, β-, γ- Cyclodextrin