Karbon nanotüp ve ZnO katkılı kompozit membranların faz dönüşüm yöntemi ile hazırlanması, karakterizasyonu ve filtrasyon performanslarının incelenmesi
Synthesis and characterization of membranes prepared by phase separation method doped carbon nanotube and ZnO and evaluation of their filtration performance
Yazar: MUSTAFA UMUTLU
Danışman: DOÇ. DR. SABRİ ALPAYDIN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Asimetrik membran = Asymmetric membrane

Özet:
Bu çalışmada çok duvarlı karbon nanotüp çinko oksit nanopartiküller ile fonksiyonlandırıldı ve XRD ile karakterize edildi. Boş polisülfon (PSf) membran, çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) içeren polisülfon esaslı kompozit membran ve çeşitli yüzdeli MWCNT/ZnO (kütlece %0,1, %0,5, %0,7, %1,0) içeren membranlar faz dönüşüm yöntemi ile hazırlandı. Hazırlanan membranların yüzey morfolojisi ve hidrofilikliği Raman spektroskopisi, TGA, SEM, AFM, gözeneklilik ve temas açısı ölçümleri ile karakterize edildi. Hazırlanan membranların performansı, saf su akısı, tuz reddi ve kirlenmeye karşı direnci belirlenerek incelendi. Kompozit membranların saf su akısı, MWCNT/ZnO'nun eklenmesinen sonra yüksek hidrofiliklik ve gözeneklilik nedeniyle yüksek ölçüde iyileşti. Deney sonuçları optimum membran özellikleri için optimum miktarda MWCNT/ZnO'in kütlece %0,5 olduğunu göstermiştir.

Ayrıca membranların tuz reddetme performansı 1000 ppm NaCl, Na2SO4, ve MgSO4 çözeltileri kullanılarak dead-end filtrasyon hücresiyle incelenmiştir. Kütlece %0,5 MWCNT/ZnO içeren kompozit membran %83,4'lük Na2SO4 tuzu giderimi ile en iyi performansı göstermiştir. %0,5 MWCNT/ZnO içeren polisülfon kompozit membran BSA çözeltisi ile en yüksek akı geri kazanım oranı (%88,4), en düşük toplam kirlilik oranı (%52,5) ve tersinmez kirlilik oranı (%11,6) göstermiştir.

Abstract:
In this study, multi-walled carbon nanotubes were functionalized with zinc oxide nanoparticles (MWCNT/ZnO) and characterized by XRD. Bare polysulfone (PSf) membrane, polysulfone based composite membranes with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and multi-walled carbon nanotubes/zinc oxide nanoparticles (MWCNT/ZnO) which has various percentage of MWCNT/ZnO (0.1, 0.5, 0.7, 1.0 wt%) were prepared via wet phase inversion technique. The surface morphology and hydrophilicity of the prepared membranes were characterized by Raman spectroscopy, TGA, SEM, AFM, porosity and contact angle measurements. The performances of the prepared membranes were examined by pure water flux, salt rejection and anti-fouling properties. The pure water flux of the composite membranes improved considerably after adding of MWCNT/ZnO owing to the higher hydrophilicity and porosity. The experimental results have showed that the optimum amounts of MWCNT/ZnO for optimum membrane properties were 0.5 wt%.

Also, the salt rejection performance of the membranes was investigated by dead-end filtration cell using 1000 ppm of NaCl, Na2SO4 and MgSO4 solutions. The 0.5 wt% of MWCNT/ZnO composite membrane presented the best salt rejection performance, including 83.4% rejection of Na2SO4. The polysulfone composite membrane containing 0.5% MWCNT/ZnO showed the highest flux recovery ratio (88.4%) and the lowest total membrane resistance (52.5%) with a reduced irreversible fouling resistance (11.6%) with BSA solution.