Karbonnanotüp katkılı polimerik membranların içme suyu arıtımında kullanılması
Using polimeric membranes with carbonnanotube for potable water treatment
Yazar: VİLDAN CANSIZ SELÇUK
Danışman: PROF. DR. NEŞE TÜFEKCİ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Son zamanlarda membran filtrasyonu üzerinde yapılan çalışmalar, inorganik - organik kompozit membranların yeni nesil membran meteryali olarak kullanılması noktasında kayda değer bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Bu tür membranlar için, inorganik maddelerin fizikokimyasal kararlılığının ve organik polimerlerin membran oluşturma potansiyeli özelliklerinin nanokompozit membran sentezi için olağanüstü bir fırsat olduğu düşünülmektedir. Özellikle nano boyutta inorganik madde ile harmanlanmış kompozit memranların, yüksek düzeyde seçici olması, hidrofilik olması ve membran tıkanm direnci gibi gelişmiş özelliklerinden dolayı Çevre Mühendisliği dalında kullanımının çok cazip olduğu gözlenmiştir. Geçmişte yapılan çalışmalarla, polimerlerin malzeme özelliklerinin iyileştirilmesinde karbon nanotüpler (CNT)'in yüksek bir potansiyele sahip olduğu kanıtlanmıştır. CNT'in düşük yoğunluk, yüksek dayanım ve sertlik özellikleri, bu nano yapılı taneciklerin polimerik malzemelerin içerisine potansiyel güçlendirici malzeme olarak ilave edilmelerine olanak tanımaktadır.

Karbon nanotüpler (CNTs) olağanüstü özelliklerinden dolayı keşfinden bu yana dikkatleri hep üzerine çekmiştir. İçme suyu arıtımı açısından, CNT tanecikleri yüksek derecede hidrofobik yüzeye sahip olmalarından dolayı polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH), nitrobenzen ve fenol gibi sentetik organik kimyasallar ile doğal organik maddeler (NOM) gibi organik yapıların giderilmesinde kritik rol oynamaktadır. Sonuç olarak sudaki doğal ve sentetik organik yapıların CNT ile olan ilişkisinin anlaşılması, bu nanoyapılı adsorbentlerin içme suyu arıtımında uygulanmasına katkı sağlayacaktır.

Bu çalışmada karbon nanotüp (CNT) esaslı polimerik ultrafiltrasyon (UF) membranları sentezlenerek içme suyu arıtımındaki kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Polietersülfon (PES) polimeri, polivinilpirolidon (PVP) ve CNT kullanılarak sentezlenen CNT/PES membranlarının karekterizasyonu temas açısı, Elektron Tarama Mikroskobu (SEM), Fourier Dönüşüm İnfrared (FTIR) spektroskopu ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM)  enstrümanları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Daha sonra sulardan organik maddelerin giderilmesi sırasında bu nanokompozit membranların akı, arıtma verimi ve tıkanma potansiyeli davranışları incelenmiştir. Bu çalışma kapsamında tek ve çok katmanlı olmak üzere 2 farklı CNT kullanılarak sentezlenen CNT/PES nanokompozit membranları ile aromatik ve alifatik karakterli sentetik organik madde içeren çözeltiler ve doğal organik madde (DOM) içeren yüzeysel suların arıtılabilirliği ve membran tıkanma potansiyelleri ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
Studies conducted in recent days about membrane filtrations showed that there is a great potential of using inorganic-organic complex membranes as a potential future generation membrane material. It was inevitable that such membranes will have the physicochemical stability of inorganic materials and the membrane composing properties of polymers. Especially, nano-sized inorganic material blended composite membranes are striking for Environmental Engineering field, because of their excellent properties, some of these properties are; high hydrophilicity, high selectivity, and developed clogging resistance. Previous studies have shown that there is a high potential for carbon nanotubes (CNTs) to improve the material properties of polymers.

Since CNT has been inventioned, CNTs have been very important because of their unique properties. CNTs are unignorable for removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH),  synthetic organics, natural organic matter and phenol in water. Consequently, CNTs are very useful as a membrane additive for water treatment applications.

In this study, the potential usage of CNTs in water treatment was investigated by synthesis of CNT blended polyethersulfone (PES) of UF membranes.  The characterization of these membranes was performed by using contact angle, Scanning Electron Microscopy (SEM), and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and Atomic Force Microscopy (AFM) instruments. Then, the investigation of flux, rejection and fouling potential of these nanocomposite membranes were conducted in the course of removal of organic matters from water. With this study, 2 different CNT particles of SWCNT and MWCNT were used to synthesize CNT/PES nanocomposite membranes. These membranes were utilized to treat synthetic waters containing aromatic and aliphatic synthetic organics and NOM contained surface waters. The membrane fouling potential of these membranes was also discovered.