Tuz ve boyar madde giderimi için halloysit nanotüp katkılı ince film nanokompozit membran üretimi ve karakterizasyonu

Son zamanlarda su, günümüzün en değerli kaynaklarından biri olmaktadır. İnsan nüfusunun hızla artması ile çevrede görülen olumsuz değişikler, su stresi kaygısını oluşturmaktadır. Bu yüzden suyun geri kazanılması, hem evsel hem endüstriyel atıksular için önemli hale gelmiştir. Membran teknolojileri ise bu amaca hizmet etmeye çalışmakta, her gün araştırmalara bir yenisi daha eklenerek gelişmektedir. Membran sistemlerinin sürekli işletme halinde olabilmesi, çok az yer ihtiyacının olması, modüler olarak kullanılabilmesi, çok yüksek konsantrasyonlara uygulanabilmesi, taşınabilir olması, herhangi bir inşaat gerektirmemesi, maliyetinin gün geçtikçe azalması gibi avantajlarından dolayı son yıllardaki fazlasıyla tercih edilmektedir. Endüstriyel atıksuların arıtılmasında geleneksel yöntemlerin yanı sıra daha yeni, temiz, ekonomik teknolojilere doğru bir geçiş istenmektedir. Membran teknolojileri de bunları sağlayacak bir çözüm olarak uygulanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında HNT katkılı nanofiltrasyon düzeyinde düz levha tabaka membranlar, ara yüzey polimerizasyon yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Hallosiyt nanotüp ilavesi ile membranlarda hem akının, hem tuz ve boya giderim verimlerinin artması hedeflenmektedir. Laboratuvar ortamında nanofiltrasyon membranlar üretilirken, önce destek tabakası niteliğinde faz dönüşümü yöntemiyle polimer olarak belli oranlarda polisülfon, polivinilprolidon içeren ve çözücü olarak ta dimetilformamid içeren ultrafiltrasyon membranlar üretilmiştir. Daha sonra ultrafiltrasyon membranların üzerine ince film kompozit yöntemi ile ara yüzey polimerizasyonu gerçekleştirilirek % 0, %0.02, %0.04, %0.06 olarak 4 farklı konsantrasyonda Hallosiyt nanotüp katkılı nanofiltrasyon membranlar hazırlanmıştır. Üretilen bu membranlar ile geçirgenlik, tuz ve boya giderimi, Zeta potansiyeli, FTIR analizi, Temas Açısı, SEM analizi, Optik profilometre ile yüzey pürüzlülük analizleriyle çeşitli karakterizasyonları yapılmıştır. Nanofiltrasyon membranlarının performans deneyleri saf su ve 2000 ppm konsantrasyonunda MgSO 4 ve NaCl tuzları ile değerlendirilmiştir. 4 farklı basınç altında (6,9,12, 15 bar) 1 er saat süreyle filtrasyon işlemi gerçekleştirilmiş akı değerleri kaydedilmiştir. Giriş ve çıkış değerleri iletkenlik cihazıyla okunup, verim hesapları yapılmıştır. Nanofiltrasyon membranlarında arıtım çalışmalarında ise iki farklı tip boya hazırlanarak başlanmıştır. Boyalar, Kırmızı Boya (Setazol Red 3B) ve Turuncu Boya (Reaktif Orange 16)' dır. Bu boyalar 100 ppm konsantrasyonunda hazırlanıp; aynı şekilde 6, 9, 12, 15 bar şeklinde dört farklı basınç altında incelenmiştir. Boyalar hazır olduklarında numuneler alınarak dalga boyu taraması için UV-Spectrofotometre cihazında giriş ve çıkış numunelerinin absorbans değerleri okunarak verim hesabı yapılmıştır. Tüm bu deneyler sonunda en iyi performansı gösteren HNT katkılı nanofiltrasyon membranı ile sıcaklık ve pH deneyleri gerçekleştirilmiştir. Saf su, setazol red ve reaktif orange boya ile 15 0C, 25 0C 40 0C, pH 4, pH8 ve pH11'de, 4 farklı basınçta performansları incelenmiştir. Bu metodla sıcaklık ve pH değiştiğinde akı ve verimin nasıl değiştiği gözlenmiştir. Karakterizasyon SonuçlarıSaf membranlarla HNT'li membranlar kıyaslandığında, -Zeta Potansiyeli sonuçlarına göre, membran yüzeyleri negatif olmaktadır ancak HNT eklenmesi negatifliği arttırmamış aksine bir miktarda olsa azaltmıştır. -HNT oranı arttıkça temas açısı artmakta ve hidrofiliklik azalmaktadır. Ara yüzey polimerizasyonuna eklenen HNT tüplerinin yüzey pürüzlülüğünü etkilediği bu sonuçlardan görülmektedir.-Farklı HNT oranlarına sahip membranlardan %0.04 HNT oranındaki TFN membranının yüzey pürüzlülüğü diğerlerinden daha yüksek bulunmuştur. -Geçirgenlik sonuçlarına göre HNT'nin eklenmesi genel olarak akı performansını arttırmıştır ancak %0.06 HNT oranında tekrar akıda düşme gözlenmiştir. En iyi akı performansı da %0.04 HNT oranında elde edilmiştir. -2000 ppm MgSO 4 divalent iyonlu tuz ile yapılan filtrasyon deneyininde %0.04 HNT konsantrasyonuna sahip olan membranın akısının en yüksek olduğu görülmektedir. HNT katkısının akıyı arttırmasının yanında giderim verimini önemli ölçüde değiştirmediği görülmüştür. -2000 ppm NaCl monovalent iyonlu tuz ile yapılan filtrasyon deneyininde akıda yine %0.04 HNT konsantrasyonuna sahip olan membranın akısının en yüksek olduğu görülmekte ama giderim verimlerinde oldukça düşüş görülmüştür. Boya Performans Sonuçları-Hem Setazol Red hem de Reaktif Orange için akıda en iyi performans %0.04 HNT oranı ile elde edilmiştir. Giderim verimleri %99'un üzerinde seyretmektedir. Farklı Sıcaklık ve pH Aralıklarında Boya Performans Sonuçları-Saf tfc nf membranı ve %0.04 HNT tfn nf membranı ile elde edilen saf su sıcaklık performansları incelendiğinde sıcaklık arttıkça akı performansının da arttığı görülmektedir. -Saf tfc nf membranı ve %0.04 HNT tfn nf membranı ile elde edilen setazol red ve reaktif orange için boya performans sonuçlarına bakıldığında sıcaklıkla akının artmış olduğu ancak giderim verimlerinde bir düşüş görülmemiştir. -Saf tfc nf membranı için setazol red boya performans sonuçlarında pH 4'ten pH 11'e doğru akıda düşüş gözükmektedir. %0.04 HNT tfn nf membranı için ise pH 4'ten pH 8'ye akı artarken, pH 11'de akıda ciddi bir düşüş gözlenmektedir. Bunun sebebinin farklı pH değerlerinde 0.04 HNT tfn nf membranının, saf tfn nf membranına göre yüzey yükünün daha pozitif olduğundan kaynaklı olduğu düşünülebilir. -Reaktif orange için de aynı durum seyretmektir. Saf tfc nf membranı için reaktif orange boya performans sonuçlarında pH 4'ten pH 11'e doğru akıda düşüş gözükürken %0.04 HNT tfn nf membranı için ise pH4'ten pH 7'ye akı artarken, pH 11'de akıda ciddi bir düşüş gözlenmektedir. Giderim verimleri değişmemiştirSonuçlara genel olarak bakıldığında HNT katkısının membran üzerinde olumlu yönde etkisi gözlemlenmiştir. Yüksek sıcaklık ve optimum bir pH aralığı ile tekstil atıksuyu arıtımında yüksek bir akı ile iyi giderim verimi sağlanabileceği bu çalışmada görülmüştür.