Nanofiltrasyon membranlarının üretimi ve tekstil endüstrisinde uygulanması

İklim değişikliği, artan nüfus ve kullanılabilir su kaynaklarının gün geçtikçe daha fazla azalması ile su tüketiminin azaltılması, susuz proseslerin kullanılması ve su geri kazanımı günümüzde en kritik konulardan bir tanesi haline gelmiştir. Bu yüzden en çok su tüketimi yapan tekstil endüstrilerinin oluşturduğu kirliliğin arıtımının yanında, kullanılan suyun kontrolü ve geri kazanımı da dikkat edilecek hususlar arasında yer almaktadır. Ancak bu endüstrilerden kaynaklanan atıksuların yüksek sıcaklıkta ve alkali özelliklerde olması nedeni ile konvansiyonel olarak kullanılan arıtma yöntemleri yetersiz kalmakta ya da fizibilite açısından uygun olmamaktadır. Bu nedenle de yenilikçi teknolojiler arayışı yoluna gidilmektedir. Nanofiltrasyon membran tanımı da diğer membranlara kıyasla, membran literatüründe oldukça yeni bir terimdir. Ultrafiltasyon ile ters ozmos arasında kalan bu membran, gözeneksiz yapıya sahip olup, 180 ile 2000 Da. arasındaki maddeleri tutabilen ve ters ozmos membranına göre oldukça düşük basınçlarda çalışabilen membranlardır. Bu yüzden de membranların yüksek seçicilik sağlarken aynı zamanda ekonomik olduğu da söylenebilmektedir. Bu çalışmanın amacı, alkali ve yüksek sıcaklığa sahip boyar madde içeren atıksuları arıtabilecek ve arıtılan suları geri kazanabilecek özelliğe sahip NF membranları üretmektir. Bu amaçla ise yenilikçi sülfonlanmış diamin bis sülfon monomeri ve halloysit nanotüpü kullanılmıştır. Polisülfon bazlı, sünger yapılı, gözenekli destek tabakası üzerine arayüzey polimerizasyon tekniği ile bu yenilikçi malzemeler, piperzin ve açil klorit monomerleri ile birlikte kullanılarak laboratuvar ölçekte nanofiltrasyon membranları üretilmiştir. S-DADPS monomeri PİP monomeri ile birlikte %0, %30, %40, %50, %60, %70, %80 ve %100 S-DADPS/PİP olmak üzere çeşitli oranlarda sulu fazda çözülmüş ve açil klorit monomeri ile reaksiyona sokularak ince film kompozit NF membranları üretilmiştir. Poliamid matriksi içinde S-DADPS monomer oranı arttıkça, membranların akılarında da doğru orantılı olarak artışlar gözlemlenmiştir. Bunun yanında test edilen MgSO4, NaCl tuzları ve setazol red ve reaktif orange boyalarının giderim verimi performanslarında önemli kayıplar yaşanmamıştır. %60 ve %80 S-DADPS içeren İFK NF membranları da, pH ve sıcaklık testleri için seçilmiş ve pH 4, pH 8 ve pH 11 olmak üzere üç farklı pH ve 15 oC, 25 oC ve 40 oC olmak üzere üç farklı sıcaklıkta filtrasyon testleri gerçekleştirilmiştir. %60 S-DADPS içeren membran ile performans kayıpları yaşanmaz iken %80 S-DADPS içeren membranda %1- %2 arasında boya arıtımında performans kayıpları gözlemlenmiştir. HNT malzemesi %0, %0.02, %0.04, %0.06 ve %0.08 gr/mL olarak sulu fazda dağıtılmıştır ve poliamid membran matriksine katılarak ince film nanokompozit membranlar üretilmiştir. Sulu fazdaki oran arttıkça elde edilen membranların akılarında da artış elde edilmiştir. Ancak %0.08 oranına çıkıldığında aglomerasyondan dolayı membran aksısındaki artış, aynı oranda azalmıştır. Akılardaki bu artışın yanı sıra konsantrasyon artışları, tuz çözeltilerinin ve boyar maddelerin giderim verimlerinde düşüşlere neden olmuştur. En iyi performansı gösteren membran olarak %0.02 membranı seçilmiş ve bu membranın farklı pH'lardaki ve sıcaklıklardaki performansları da değerlendirilmiştir. pH değişimlerinin membranın boya giderim verimini etkilemediği ancak 40 oC sıcaklıktaki boyaların gideriminde %1 ile %4 arasında düşüşler gerçekleştiği tespit edilmiştir. S-DADPS oranı %80'de sabit tutularak HNT içeriği %0, %0.01, %0.02, %0.03 ve %0.04 gr/mL oranlarında değiştirilen yenilikçi İFN membranları üretilmiştir. Bu konsantrasyonlardan en iyi sonucu veren %0.01 HNT katkılı 80 S-DADPS membranının pH ve sıcaklık testleri yapılmış ve artan sıcaklıkla beraber boya giderim verimlerinde %1 kadar düşüşler saptanmıştır. pH değişimleri ise membranların giderim verimlerini önemli ölçüde değiştirmediği görülmüştür. Sonuç olarak, yenilikçi monomer olarak kullanılan S-DADPS monomerinin ve yenilikçi malzeme olarak kullanılan HNT'nin, üretilen nanofiltrasyon membranlarının tuz ve boyar madde giderimini önemli ölçülerde etkilemeden iyi bir akı artışı sağladığı görülmüştür. Ayrıca bu malzemelerin poliamid matriksi içindeki oranları değiştirilerek, arıtılmak istenilen kirletici türüne göre seçici-geçirgenlik ve akı performans özellikleri ayarlanabilen anahtar kilit modeli membran üretmenin mümkün olduğu söylenebilmektedir.