Reinforced hollow fiber nanofiltration membrane production for the removal of natural organic matter

Son yıllarda ince boşluklu fiberleri membranlar yüksek paketleme oranları, daha azalan ihtiyaçları ve yüksek filtrasyon verimlerinden dolayı atıksu geri kazanımında, içme suyu arıtımında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ancak, membran tıkanması ve fiber kırılmaları ince boşluklu fiber membran uygulamalarındaki iki ana problemdir. İdeal bir membran yüksek geçirgenlik, yeterli mekanik dayanım ve iyi düzeyde kimyasal dayanıma sahip olması gerekmektedir. Membranların kimyasal dayanıklılığı esas olarak membranın üretildiği çözeltide kullanılan kimyasal bileşimleri tarafından belirlenir. Membran geçirgenliği ve mekanik dayanım ise membranın üretim prosesinde uygulanan yöntem tarafından belirlenir. Günüzmüzde membran modülü olarak spiral sargılı ve tübüler modül tipleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Spiral sargılı modülleri avantajı düşük maliyetleri ve sağladıkları yüksek spesifik membran alanlarıdır (m2/m3). Bu tip modüller tıkanmaya askıda katı maddelere karşı oldukça hassastırlar. Modül içerisindeki boşluk yapıcılar yüksek yük kaybına neden olur ve geri yıkama özellikleri yoktur. Tübüler modülleri ileri ön arıtmaya ihtiyaç duymazlar ve geri yıkama yapılabilir özellikleri vardır. Ancak düşük paketleme oranından dolayı yatırım maliyeti yüksektir. 2000'li yılların başında araştırmacılar iki modül tipinin avantajlarını kombine etmek için kapiler nanofiltrasyon modüller geliştirmeye başlamıştır. Bu kapiler membranlar spiral sargılı modüllerin öncesinde tıkanmalarını azaltmak için ön arıtma olarak kullanılmışlardır. İnce boşluklu fiber nanofiltrasyon membranlar düşük kaliteli suların arıtılması için hem spiral sargılı hem de tübüler membranlara karşı uygulanabilir bir alternatif olmuştur. Optimize edilmiş ince boşluklu fiber modülü optimize edilmiş spiral sargılı modüle göre % 100'e yakın performans artışı sunabilir. Bu noktada tezin amacı güçlendirilmiş ince boşluklu fiberlerin nanofiltrasyon düzeyde üretilmesini sağlamaktır. Bu doğrultuda yapılan çalışmalarda güçlendirilmiş membran üretimi optimize edilmiş ve farklı destek tabakaları test edilmiştir. Güçlendirilmiş fiber membran üretiminde kullanılan örgülü destek tabakası yüksek mekanik dayanıma sahip olabilmesi için polietilen tetrafulorenden imal edilmiştir. Bu çalışmada hem cam elyaf hem de PET örgüler test edilmiş ve değerlendirilmiştir. Ancak yapılan çalışmalarda cam elyafından yapılan örgülü destek tabakasının zamanla kırıldığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle PET malzemeden imal edilmiş destek tabakasının membran üretiminde kullanılması daha uygun olduğu görülmüştür. İnce boşluklu fiber membranlar düz ülaka ve spiral sargılı konfigürasyonlara göre daha yüksek paketleme miktarı sunabildiği için büyük avantaja sahiptir. Ancak ince boşluklu fiberlerin düşük başınc toleransı nanofiltrasyon uygulamalarında sınırlayan bir etken oluşturmaktadır. Bu çalışmada güçlendirilmiş ince film komposit ince boşluklu nanofiltrasyon membranlarının üretilmesi ve farklı tuz ve organik madde içeren sular ile performans değierlendirmesi yapılmıştır. Güçlendirilmiş polisülfon membranlar poliamid kaplama için destek tabakası olarak kullanılmıştır. Ara yüzey polimerizasyonu şartları trimesol klorit reaksiyon süresi optimizasyonu ile en yüksek performans elde edilmeye çalışılmıştır. Optimizasyon çalışmaları ile membran geçiş basıncı 6 bar'da iken spesifik membran akısı 5,1 L/(m2 h bar), MgSO 4 gideriminin % 69 ve NaCl gideriminin ise % 26'da olduğu görülmüştür. Sentetik su ile yapılan performans çalışmalarında TOC, UV254 ve bulanıklık testlerinde sırasıyla % 65, % 80, % 90 giderim verimi elde edilmiştir. Bu çalışma r-TFC ince boşluklu fiber membranlarının üretilebilme ve su arıtmında uygulanabilirliği göstermektedir.