Asit/baz üretimi için bipolar membran üretimi
Manufacture of bipolar membrane for recovery of acide/base
Yazar: AYTEKİN ÇELİK
Danışman: PROF. DR. HALİL HASAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bipolar membranlar arafazları vasıtası ile suyu elektrik ortamında OH- ve H+ iyonlarına dönüştüren iyonik
membranlar olarak adlandırılırlar. Bu tezin amacı asit ve baz geri kazanımında kullanılacak bipolar membranı
üretmek ve bu membranları elektrodiyaliz hücresinde kullanmaktır. Bu çalışmada toplam 5 uygulama
sunulmuştur. Birinci uygulamada (çözücüsü kloroform olan BPM) çeşitli anyon değiştirici ve kalınlıklar
denenerek döküm yapılmıştır. İkinci uygulamada (Çözücüsü kloroform olan ve FeCl3 ile adsorplanan) ise
birinci uygulama şartlarına ilave olarak FeCl3 ile muamele edilmiştir. Üçüncü uygulamada, birinci uygulamadan
farklı olarak katyon ve anyon değiştirici tabakalar belli oranda karıştırılıp ara tabaka olarak dökülmüştür.
Dördüncü uygulamada (Çözücüsü dimetilformamid olan) ise birinci uygulamadan farklı olarak çözücüsü
dimetilformamid olan membranlar üretilmiştir. Son olarak beşinci uygulamada (Çözücüsü dimetilformamid
olan ve polistrinden elde edilen PKMS'li), laboratuvar şartlarında polistrin'den poliklorometilstrin üretilip
bipolar membranlar dökülmüştür. Çözücüsü kloroform olan bipolar membranların en düşük elektiriksel direnci
4.77 ohm ile 5 nolu membran, en yüksek membran direnci ise 290 ohm ile 2 nolu membran olmuştur. Benzer
ölçümler diğer uygulama şartları için de belirlenmiştir. Çözücüsü kloroform olan ve FeCl3 ile adsorplanan en
düşük bipolar membran direnci ise 9.24 ohm (17 nolu membran) en yüksek membran direnci ise 34 ohm (15 nolu
membran) olarak hesaplanmıştır. Üçüncü uygulamada üretilen membranlar elektriği iletmemiştir. Çözücüsü
dimetilformamid olan en düşük bipolar membran direnci 0.36 ohm (28 nolu membran), en yüksek membran
direnci ise 4,32 ohm (36 nolu membran) olarak belirlenmiştir. Çözücüsü dimetilformamid olan ve polistrinden
elde edilen PKMS'li bipolar membranların en düşük bipolar membran direnci 1,5 ohm (37 nolu membran), en
yüksek membran direnci ise 9 ohm (45 nolu membran) olarak belirlenmiştir.
Ayrıca çözücüsü kloroform olan bipolar membranların Na2SO4 tuzundan H2SO4 üretiminde pH 3.84'den
3.81'e ancak çözücüsü dimetilformamid olan bipolar membranlarda ise pH 3,7'den 2.57'e düşürüldüğü tespit
edilmiştir. Aynı şekilde çözücüsü dimetilformamid olan ve polistrinden elde edilen PKMS'li bipolar
membranlarda pH 3.95'den 2.55'e düşürülmüşken, çözücüsü kloroform olan ve FeCl3 ile adsorplanan
membranlarının kullanıldığı asit üretimi performansında pH 3.84' den 3.12'ye düşürülmüştür. Ayrıca tez
kapsamında baz üretimi denemeleride yapılmıştır. Bu kapsamda çözücüsü dimetilformamid olan bipolar
membranlar pH'yı 10.96 dan 11.62'ye yükseltmiştir. Çözücüsü dimetilformamid olan ve polistrin'den elde edilen
PKMS'li bipolar membranlar ise baz üretiminde pH'yı 9.15'den 10.35'e yükseltmiştir.
Anahtar kelimeler: Bipolar membran, elektrodiyaliz, klorometilasyon, elektiriksel direnç

Abstract:
Bipolar membranes are called ionic membranes that convert water into OH- and H+ ions by using intermediate
phases in the electrical system. The aim of this thesis is to produce bipolar membrane for acid and base recovery
and to use these membranes in electrodialysis cell. In this study, five application have been investigated. In the
first application, different anion exchanger and thicknesses were studied and in the second application, the anion
exchange layer was absorbed with FeCl3 after pouring cation exchange layer. In the third application, mixing of
anion exchange layer and cation exchange layer solution were poured as intermediate layer in contrast to the first
application. In the fourth application, dimettylformamide was used as solvent in contrast to the first application.
In the fifth application, polychloromethylstryrene which produced from polystyrene to use for bipolar membrane
in laboratuar condition. In the bipolar membranes (BPM) with chloroform solvent, the lowest bipolar
membrane resistance was measured as 4.77 ohms (membrane 5) and the highest membrane resistance as 290
ohms (membrane 2). In the BPMs with chloroform solvent+FeCl3 adsorbent, the lowest bipolar membrane
resistance was 9.24 ohm (membrane 17) and the highest membrane resistance was 34 ohm (membrane 15).
Membranes of third applications didn't conduct electiricity. In the BPMs with dimethylformamide solvent, the
lowest bipolar membrane resistance was determined as 0.36 ohms (membrane 28) and the highest membrane
resistance was as 4.32 ohms (membrane 36). In the BPMs with dimethylformamide solvent+produced
polychloromethylstyrene(PKMS), the lowest bipolar membrane resistance was determined as 1.5 ohm (37th
membrane) and the highest membrane resistance was 9 ohm (45th membrane).
In addition, performance of production of H2SO4 from the Na2SO4 salt was also investigated. In the bipolar
membranes with chloroform solvent, pH decreased from 3.84 to 3.81, while the pH reduced from 3.7 to 2.57 in
the bipolar membranes with dimethylformamide solvent. In the same way, In the bipolar membranes with
dimethylformamide solvent+produced PKMS, pH decreased from 3.95 to 2.55 and the pH decreased from 3.84
to 3.12 in the bipolar membranes with chloroform solvent+FeCl3 adsorbent.
In addition, base production tests were performed. In this context, bipolar membranes with solvent
dimethylformamide increased pH from 10.96 to 11.62 and BPM with dimethylformamide solvent+produced
PKMS increased pH from 9.15 to 10.35 in base production.