Gaz ayırma için polimid karışık matris membranların geliştirilmesi
Development of polymid mixed matrix membranes for gas separation
Yazar: ELTAJ FARRUKHZADE
Danışman: DOÇ. DR. MEHTAP ŞAFAK BOROĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Membran gaz ayırma endüstrisi ilk kullanıma başladığından günümüze sürekli olarak gelişimini sürdürmektedir. Bu endüstrinin geliştirilmesi üzerine bilimadamları tarafından yapılan araştırmaların sayısı gün gectikce  artmaktadır. Bu araştırmalarda temel olarak doğal gazın saflaştırılması ile metan ve karbondioksitin uzaklaştırılması performansının ve ekonomik değerinin iyileştirilmesi istenmektedir. Doğalgaz akımları, hidrokarbonlar, inert gazlar ve hidrojen sülfit gibi farklı konsantrasyonlarda ilave bileşikler içeren kompleks karışımlardır. Çıkarılan bu karışık gazın büyük bölümü esas olarak metan, etan ve propandan oluşmaktadır. Rezervuarlardan gelen bu doğal gaz akımlarında bulunan ağır hidrokarbonlar gibi bileşikler safsızlık oluşturarak yanma kalitesini düşürür. 
Membran bazlı gaz ayırma teknolojisi, doğalgaz arıtma, hava ayrıştırma, hidrojen geri kazanımı ve karbon tutma gibi çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. Başlıca tercih edilme nedenleri, çoğu gaz ayırma işlemlerine elverişli, daha basit, modüler ve ekonomik olmasıdır. Bu tez çalışmasında H2, O2, N2, CO2, CH4 gazları kullanılarak gaz ayırma işlemi yapılmıştır. Bu amaca yönelik olarak geliştirilen polimer membranlar genellikle CO2 gazını doğal gazdan uzaklaştırmak için kullanılır. Bunun nedeni CO2 gazı doğal gazın ısınma hızını düşürmesi, borularda erozyona neden olması ve çevre için tehlikeli bir gaz olmasından ötürüdür.
Tez kapsamında, polimer membran olarak 6FDA-ODA kullanılır iken, modifiye dolgu ajanı olarak indirgenmiş grafen oksit (RGO) kullanılmıştır. 6FDA-ODA polimerine ağırlıkça %0-0,5-1,0-1,5-2,0-3,0 oranlarında RGO ilave edilerek karışık matrisli membranlar (KMM) hazırlanmıştır. Polimer membranlar çözelti döküm yöntemi ile hazırlanmıştır. Doğal gaz saflaştırma işlemlerinde kullanılan modifiye edilmiş polimer membranların gaz geçirgenlikleri test edilmiştir. 6FDA-ODA/RGO karışık membranlarının gaz ayırma işlemi 35 °C'de ve 4 bar basınç altında yapılmıştır. Gaz geçirgenlik işlemi, H2, O2, N2, CO2, CH4 gazlarının ayrımı uygun gözenek boyutuna sahip olan RGO ilavesi ile yapılmıştır. 6FDA-ODA/RGO KMM'ler X-Işını Difraksiyonu (XRD), Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR), Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Dinamik Mekanik Analiz (DMA), dinamik ışık saçılması ( DLS), BET (Brauner-Emmett-Teller), analizleri ile karakterize edilmiştir. Bu tezin temel amacı, gaz ayırma uygulamalarında membranların seçiciliği ve geçirgenliğini arttırmaktır

Abstract:
Membrane gas separation industry has been demonstrated a continuing improvement since the first use. The number of research done by scientists on the development of this industry is increasing day by day. In these researches, it is generally aimed that improving the economic value and removing performance of methane and carbon dioxide by purifying natural gas. Natural gas streams are complex mixtures containing different concentrations of additional compounds such as hydrocarbons, inert gases and hydrogen sulfide. This extracted mixed gas consists mainly of methane, ethane and propane. Compounds such as heavy hydrocarbons in these natural gas streams from reservoirs have created impurities and reduced the combustion quality.
Membrane based gas separation technology is used in various industrial applications such as natural gas treatment, air separation, hydrogen recovery and carbon capture. The main reasons to prefer this technology are that it is more basic, modular, economic and suitable for most of the gas separation processes. In this thesis, gas separation process was carried out using H2, O2, N2, CO2, CH4 gases. Polymer membranes developed for this purpose are generally used to remove CO2 gas from natural gas. Because, CO2 gas is responsible for reducing the heating rate of natural gas, causing erosion in pipes, and it is dangerous for the environment.
In this thesis, we used 6FDA-ODA as a monomer in synthesize of polymer membrane while the modification agent is RGO. 6FDA-ODA/RGO mixed matrix membranes (MMM) were prepared by adding reduced graphen oxide (RGO) dopant at % 0-0,5-1,0-1,5-2-3 percent by weight to 6FDA-ODA polymer solution. Polymer membranes prepared by solution casting method. The gas permeability of modified polymer membranes were tested in the purification of natural gas.  The gas separation experiments of the 6FDA-ODA/RGO mixed membranes were performed at 35 ° C and 4 bar pressure. 6FDA-ODA/RGO MMMs were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Particle Size Analysis (DLS), BET (Brauner-Emmett-Teller), Dynamic Mechanical Analysis (DMA) methods. The main aim of this thesis is to increase the selectivity and permeability of membranes in gas separation applications.