Biyopolimer/Psf Blend Membranların Hazırlanması

İçerik
• Membranlara Giriş
• Membranların sınıflandırılması
• Membran Hazırlama Yöntemleri
• Polisülfon
• Kitosan ve türevlerinin PSf ile blend membranları
• Selüloz Asetat ile PSf blend membranları
• Poli(bütilen süksinat) ile PESf(Poli(eter sülfon)) blend membranları
2

Membranlara Giriş
 Membran; iki faz arasında bir ara faz olarak belirli maddeleri geçirirken,
diğer maddelere bariyer olarak davranan seçici geçirgen bir zardır.
 Membranlar ayırma ve saflaştırma işlemleri için kullanılırlar [1].
 Membranlar hayatımızın bir parçası olarak her alanda mevcuttur.
Vücudumuzun temel taşlarından olan hücre’nin duvarı membranlara bir
örnektir.
 Membran arıtım prosesleri, sulardan çözünmüş ve kolloidal bileşenlerin
ayrılmasında kullanılır[1].
3[1] Doç.Dr. Mehmet Kitiş, Yrd.Doç.Dr. Nevzat Ö. Yiğit , Su ve Atıksu Arıtımında İleri Arıtma Teknolojileri- Arıtılmış Atıksuların Geri Kullanımı, Ders Notu, Aralık 2009,Süleyman
Demirel Üniversitesi Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü

Membranlara Giriş
 Membran malzemesi olarak metaller, seramikler ve polimerler yaygın
olarak kullanılmaktadır.
 Metallerin maliyeti, seramiklerin ise fazla yer kaplaması ve kırılganlık gibi
dezavantajlarından dolayı polimerik membranlar daha çok kullanılır
olmuştur.
 Membran prosesleri fiyat ve arıtma etkisi bakımından hızlı bir şekilde su ve
atık su endüstrisinde kendini kabul ettirmiştir.
 Günümüzde hızla gelişmekte olan polimer endüstrisi membran
teknolojilerini çok daha rekabetçi hale getirmektedir[1].
4[1] Doç.Dr. Mehmet Kitiş, Yrd.Doç.Dr. Nevzat Ö. Yiğit , Su ve Atıksu Arıtımında İleri Arıtma Teknolojileri- Arıtılmış Atıksuların Geri Kullanımı, Ders Notu, Aralık 2009,Süleyman
Demirel Üniversitesi Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü

Membranların Sınıflandırılması
Sürücü güçlerine
göre
Basınç Farkı
Elektriksel
potansiyel
Farkı
Konsantrasyon
farkı
Sıcaklık Farkı
5[2] Yrd. Doç. Dr. M.Arif KAYA, Polimerik membranlar, Ders Notu , Kasım 2014, Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Polimer Mühendisliği

Basınç Farkıyla Yapılan
Membran Prosesleri
 Su arıtımında sürücü kuvvet
genelde basınçtır.
 Sürücü kuvvet olarak basıncı
kullanan membran prosesleri
aşağıdaki gibidir[3].
• Mikrofiltrasyon (MF)
• Ultrafiltrasyon (UF)
• Nanofiltrasyon (NF)
• Ters Osmoz (RO)
6[3] Mathias Ulbricht, (2006), Advanced functional polymer membranes,ELSEVİER, Polymer vol. 47 pp.2217–2262,Germany

Elektrik Farkıyla Çalışan Membran Prosesleri
 Bu proseste elektriksel potansiyel sayesinde çözünmüş iyonlar suyu
geçirmeyen ancak iyonları geçirebilen membranlardan geçer ve proses
tamamlanır.
7[4] Seeram Ramakrishna,Zuwei Ma,Takeshi Matsuura, (2011), Polymer Membranes in Biotechnology: Preparation, Functionalization and Applications , Imperial Colloge
Press, UK

Konsantrasyon Farkıyla Çalışan Membran Prosesler
 Diyaliz prosesleri en yaygın kullanılanlardır.
Sıcaklık farkıyla çalışan membran prosesleri
 Membran distilasyonu örnek verilebilir.
8

Morfolojilerine
göre
Simetrik Asimetrik Kompozit
9
[3] Mathias Ulbricht, (2006), Advanced functional polymer membranes,ELSEVİER, Polymer vol. 47 pp.2217–2262,Germany
[4] Seeram Ramakrishna,Zuwei Ma,Takeshi Matsuura, (2011), Polymer Membranes in Biotechnology: Preparation, Functionalization and Applications , Imperial Colloge
Press, UK

Şekillerine
göre
Levha
Tipi (Flat
sheet)
İnce
Boşluklu
(Hollow
Fiber)
Spiral
Sargılı
(spiral
wound)
Tubülar
modül
Kapiler
modül
10
[2]Yrd. Doç. Dr. M.Arif KAYA, Polimerik membranlar, Ders Notu , Kasım 2014, Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Polimer Mühendisliği
Ortalama iç çapı 50
µm, dış çapı ise 100-
200 µm
Lif çapları 500-
3000 µm
aralığındadır

Membran Hazırlama yöntemleri
Membran hazırlama
yöntemleri
Sinterleme
Gerdirme
(streching)
Faz
dönüşümü
Boşluk
oluşturma
Track-Etching Kaplama
11[5]Mark C. Porter , (1990), Handbook Of Industrıal Membrane Technology, NOYES PUBLICATIONS ,New Jersey, U.S.A.

Faz dönüşümü
 Polimerik membranları üretmek için kullanılan önemli bir tekniktir.
 Bu yöntem ortalama derişimdeki polimer çözeltisinin faz ayrımını içerir;
ortam, polimerin sürekli fazı ve çözücünün ise bir araya toplanarak küçük
kümeler oluşturduğu jel biçimindedir. Bu küçük kümelerden çözücünün
uzaklaştırılmasıyla makrogözenekli boşluklar meydana gelir.
12[6] Yavuz SALT, Salih DİNÇER ,(2006), Özel Ayırma İşlemlerinde Bir Seçenek: Membran Prosesleri, Yıldız Teknik Üniversitesi, Kimya-Metalurji Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü,
Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Sigma, İstanbul, TR.

İz-aşındırma (Track-etch )
 İnce bir polimer film iki enerjili plaka arasından geçirilir ve reaktör içindeki
Yüklü parçacıkların filme bombardımanı ile zedeleme yapılır daha sonra bu
zedelenen kısımlar etch banyosunda oyulur.
 Genellikle kapiler gözenekli membranların yapımında bu işlem
uygulanmaktadır.
13[5]Mark C. Porter , (1990), Handbook Of Industrıal Membrane Technology, NOYES PUBLICATIONS ,New Jersey, U.S.A.

Streching
 Mekanik gerilim altında uzun küçük kopuk ve yarıklar meydana gelir ve
değişen boyutlarda gözenekle oluşur.
14[2] Yrd. Doç. Dr. M.Arif KAYA, Polimerik membranlar, Ders Notu , Kasım 2014, Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Polimer Mühendisliği
[5]Mark C. Porter , (1990), Handbook Of Industrıal Membrane Technology, NOYES PUBLICATIONS ,New Jersey, U.S.A.
PTFE Film gerdirmeden sonra Sem görüntüsü

Polisülfon
 Polisülfon termoplastik ailesinden bir polimerdir.
 PSf 1965 ‘de Union Carbide tarafından pazara tanıtılmıştır.
 Bu polimerler yüksek sıcaklıkta tokluk ve kararlılığı ile ön plana çıkarlar.
 Yüksek hammade fiyatı ve işlenmesi sebebiyle polisülfon, üstün özelliklere
gerek duyulan özel uygulamalarda kullanılmaktadır.
 Polisülfon özellikle membran üretiminde kullanılan ve yeniden
üretilebilirlik, membranlarda gözenek büyüklüğünün kontrol edilebilirliği
gibi özelliklere sahip polimerik malzemedir.
 Bu membranlar, hemodiyaliz,atık su arıtımı ve geridönüşümü, yiyecek ve
içecek işlemlerinde, gaz ayırmada kullanılanılmaktadır.
15

Ultrafiltrasyon Membranlarda Polisülfon/Kitosan, Polisülfon/N-
süksinil Kitosan, Polisülfon/N-propilfosfonil Kitosan Blendleri
 Reaktif fonksiyonel grupların membran üzerinde varlığı ağır metal iyonları
ile bağ yapması için çok önemlidir.
 Kitosan gibi biyopolimerler şelasyon iyon değişim özelliğine sahiptir ve
özel boyutlardaki iyonları diğer iyonların büyük miktarlardaki mevcudiyeti
içinden ayırır.
 Kitosan bazlı membran prosesleri genellikle sulu çözelti ortamlarından
metal iyonunun ayrılması için kullanılmaktadır[6].
Kitosan
16[6] Rajesha Kumar, Arun M. Isloor, A.F. Ismail, (2014) Preparation and evaluation of heavy metal rejection properties of polysulfone/chitosan, polysulfone/N-succinyl chitosan and polysulfone,
N-propylphosphonyl chitosan blend ultraﬁltration membranes, Desalination 350 , pg.102–108, Malesia
N-süksinil kiotsan

 PSf/kitosan blend çeşitleri membranlarda özellikle ağır metal
iyonlarının tutumu için geliştirilmişlerdir.
 Membran teknolojilerinde farklı membranlar ağır metal
iyonunun giderilmesinde, kolay kullanım ve yer tasarrufu
açısından umut vaat etmektedir.

PSf/CS membranların hazırlanışı
18

PSf/NSCS (n-süksinil kitosan) ve PSf/NPPCS(n-propilfosfinil kitosan)
membranların hazırlanışı
19

Sonuçları
 Polisülfon/kitosan, Polisülfon/N-süksinil kitosan, Polisülfon/N-
propilfosfonil kitosan blend membranlarının pH:6±0,25 ‘da UF
prosesi sırasında Cd,Ni ve Cu uzaklaştırma özelliği incelenmiştir.
 PSf içindeki CS, NSCS, NPPCS içerikleri yüksek olduğunda metal
iyolarının uzaklaştırma oranının arttığı gözlenmiştir.
 Bu durum matriks içinde CS, NSCS, NPPCS’nin artmasıyla
immobilizasyon derecelerinde artış gösterdiğinden dolayıdır.

Sonuçları
 Bu immobilizasyon PSf matriks içinde kitosan ve türevlerinin
zincirlerinin güçlü, fiziksel çapraz bağlanmalar yapmasıdır.
 Bu immobilizasyon sonucu yüksek porozite ve gözenek boyutundan
küçülme meydana gelmektedir.

 Sonuçları
Membran Kodu Polimerler Kompoziyonları (%)
M-1 PSf/CS 97.5:2.5
M-2 PSf/CS 95.0:5.0
M-3 PSf/NSCS 95.0:5.0
M-4 PSf/NSCS 90.0:10.0
M-5 PSf/NSCS 80.0:20.0
M-6 PSf/NPPCS 95.0:5.0
M-7 PSf/NPPCS 90.0:10.0
M-8 PSf/NPPCS 80.0:20.0
M-0 PSf 100

Sonuçları
 Cd+2 için maksimum uzaklaştırma 0,03 MPa altında M-2, M-3, M-6
membranlarında sırasıyla %43, %56 ve %55 oranlarında uzaklaştırma
oranları gözlenmiştir.


Sonuçları
 0,3 Mpa Cu,Cd ve Ni çözeltileri pH:3,5 ve
pH:5,5 değerlerinde deneyler gerçekleşti-
rilmiştir.
 pH:5.5’de NSCS/PSf ve NPPCS/PSf
membranları maximum metal giderimi
yaparken pH:3,5 ‘de maxsimum metal
giderimini CS/PSf yapmıştır.
 M-2, M-5 ve M-8 membranları saf PSf membranından (M-0)’dan daha çok
uzaklaştırma oranlarına sahiptirler.

Sonuçları
 CuSO4 uzaklaştırmasından sonra M-2 ve M-5 membranları saf
su ile yıkanıp kurutulmuşlardır. Daha sonra SEM-EDX’de bu
membranların topografik resimleri alınmıştır.

Sonuçları
 M-2 ve M-8 membranlarının Yüzeyindeki kadmiyum elementinin haritalandığı SEM
görüntüsü

Sonuçlar
a) %5 NPPCS
b) %10 NPPCS
c) %20 NPPCS
d)%0 NPPCS
e) (yüzey) %0 NPPCS
f) (yüzey)%20 NPPCS
27[8] Rajesha Kumar, Arun M. Isloor, A.F. Ismail, T. Matsura, (2013), Performance improvement of polysulfone ultraﬁltration membrane using N-succinyl chitosan as additive, Desalination 318 pg.1–8,
Malesia.

Polisülfon/Selüloz asetat blend membranları
 Selüloz asetat, polisülfon, poliamid gibi tek polimer
bileşenli membranların, kirlenemeye karşı direncinin
zayıf olması, kimyasal dayanımının düşük olması ve
düşük ayırma performansı gibi dezavantajları vardır.
 Bu gibi dezavantajların üstesinden gelmek için başka
polimerlerle blendinin yapılması çözümünü gün
geçtikçe önemini artırmaktadır.
 Polimer blendleri ile, ekonomik avantajların yanında
geniş özellik çeşitliliği ve yeni tip membran
malzemesi elde edilmesini sağlamıştır.
Selüloz asetat
28[9] Rajesha Kumar, Arun M. Isloor, A.F. Ismail, T. Matsura, (2013), Performance improvement of polysulfone ultraﬁltration membrane using N-succinyl chitosan as additive, Desalination 318
pg.1–8, Malesia.

 Bu membranların sertlikten kaynanklanan düşük akıdan dolayı metal iyonları
ve proteinlerin ayrılmasında sınırlı olmasına neden olmaktadır.
 CA/poliüretan, CA/polietersülfon gibi blend membranlarıyla selüloz asetatın
protein ya da metal iyon ayrımı karşılaştırıldığında blendlerin daha iyi
performans sergilediği gözlemlenmiştir.
 CA/PSf bazlı UF membranları, dekstran kullanarak gözenek boyutu
tahminine dayalı moleküler ağırlık cut-off(MWCO)’da kullanılmaktadırlar.
pg.1–8, Malesia.

 Polisülfon daha önce de bahsedildiği gibi yüksek pH, sıcaklık, kimyasal
dayanıma sahiptir ve CA ise hidrofilikliği yüksek bir malzemedir. Polisülfon
membranların hidrofilikliği artırmak amacıyla selüloz asetat ile blendleri
yapılmaktadır.
 Bu çalışmada farklı gözenek boyutlarındaki CA/PSf membranlara PEG
katılmıştır. Bu katkının farklı oranlarda katılarak akı davranışındaki
farklılıkları incelenmiştir.
30
PEG
[9] Rajesha Kumar, Arun M. Isloor, A.F. Ismail, T. Matsura, (2013), Performance improvement of polysulfone ultraﬁltration membrane using N-succinyl chitosan as additive, Desalination 318
pg.1–8, Malesia.

Selüloz asetat (CA) / PSf membranların hazırlanışı
31

 Asimetrik gözenek yapısına sahip blend membranları, ters faz tekniği ile
hazırlanmıştır. Selüloz asetat kompozisyonu ağırlıkça %0’dan %15 kadar değişen
oranlarda mevcuttur. CA ile maximum mümkün olan PSf/CA karışım membranı
bileşen oranı %85/15’dir.
 PSf/CA karışımına değişik konsantrasyonlarda PEG600 eklenmiştir ve PEG600’ün saf
su akısına etkisi gözlemlenmiştir.
(
pg.1–8, Malesia.

(
a) %100 PSf membran
b) %100 CA membran
c) PSf/CA (%85/15) blend
membranı
d) PSf/CA (%85/15) blend
membranı + %2,5 PEG
pg.1–8, Malesia.

Polietersülfon/Poli(bütilen Süksinat) Karışım Membranları
PBS
PES
PBS, eriyik işlenebilirlik, termal ve
kimyasal dayanım gibi özelliklerinden
dolayı en ilgi çekici biyobozunur
polimerlerden biridir. PBS’nin uygulama
alanı sınırlıdır. Çünkü zayıf dayanımı
sahiptir[9]
PES, çok sayıda membran
uygulamlarında,mekanik özellikleriyle
termal kararlılığı ve film çekilebilirlik
özellikleriyle dikkat çeken bir
malzemedir. Yüksek aromatikliğe sahip
bir polimerdir. Yüksek asid ve alkali
çözeltilerine yüksek sıcaklıkta
dayanıklıdır[9]
34[10]Vahideh Ghaffarian, Seyed Mahmoud Mousavi ,Maesumeh Bahreini, Hossein Jalaei ,(2014), Polyethersulfone/poly (butylene succinate) membrane: Effect of preparation conditions on
properties and performance, JournalofIndustrialandEngineeringChemistry, vol.20, pg.1359–1366, Iran

 PES ile PBS’nin blendi yapılarak yarı biyobozunur membran elde edilmiştir.
 Blend oranları ve koagülasyon banyo sıcaklığının farklılıkları membranın,
morfoloji, mekaniksel dayanım ve işlenebilirliklerini etkileyip
etkilemediğine bakılmıştır.
 Sonuçlar göstermiştir ki, atık su geçirgenliği blend oranının %50-50
olduğunda maksimuma ulaşmıştır.
 Atık su işlenebilirliği PES/PBS membranlarında PBS miktarının artırılmasıyla
gelişmiştir[9].
35[10]Vahideh Ghaffarian, Seyed Mahmoud Mousavi ,Maesumeh Bahreini, Hossein Jalaei ,(2014), Polyethersulfone/poly (butylene succinate) membrane: Effect of preparation conditions on

Poli(bütilen süksinat) (PBS)/ PSf membranların hazırlanışı
36

 Sonuçları
PES/PBS membranların 25°
C'deki farklı kompozisyon
oranlarının SEM görüntüleri[
PES/PBS oranları
a) 100/0
b) 85/15
c) 70/30
d) 50/50
e) 30/70
f) 0/100
37[10] Vahideh Ghaffarian, Seyed Mahmoud Mousavi ,Maesumeh Bahreini, Hossein Jalaei ,(2014), Polyethersulfone/poly (butylene succinate) membrane: Effect of preparation conditions on

 Sonuçları
Koagülasyon banyo sıcaklığı (CBT)
0°C’den 50 °C’ye yükseltildiğinde,
çözücü olmayanla çözücü
arasındaki çoklu difüzivite faz
inversiyon prosesi sırasında
artacaktır. Bu direkt olarak çökme
oranını etkilemektedir. Daha
yüksek CBTlerde, ayrışmanın hızı
artar, membranın kalınlığı ve
porozitesi artar.

 Artan CBT ile, membranların mekanik özelliklerinde hafif düşmeler
gözlemlenmiştir.

KAYNAKLAR
40
[1] Doç.Dr. Mehmet Kitiş, Yrd.Doç.Dr. Nevzat Ö. Yiğit , Su ve Atıksu Arıtımında İleri Arıtma Teknolojileri- Arıtılmış Atıksuların Geri
Kullanımı, Ders Notu, Aralık 2009,Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü
[2] Yrd. Doç. Dr. M.Arif KAYA, Polimerik membranlar, Ders Notu , Kasım 2014, Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Polimer
Mühendisliği
[3] Mathias Ulbricht, (2006), Advanced functional polymer membranes,ELSEVİER, Polymer vol. 47 pp.2217–2262,Germany
[4] Seeram Ramakrishna,Zuwei Ma,Takeshi Matsuura, (2011), Polymer Membranes in Biotechnology: Preparation, Functionalization
and Applications , Imperial Colloge Press, UK
[5]Mark C. Porter , (1990), Handbook Of Industrıal Membrane Technology, NOYES PUBLICATIONS ,New Jersey, U.S.A.
[6] Yavuz SALT, Salih DİNÇER ,(2006), Özel Ayırma İşlemlerinde Bir Seçenek: Membran Prosesleri, Yıldız Teknik Üniversitesi, Kimya-
Metalurji Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Sigma, İstanbul, TR.
[7] Rajesha Kumar, Arun M. Isloor, A.F. Ismail, (2014) Preparation and evaluation of heavy metal rejection properties of
polysulfone/chitosan, polysulfone/N-succinyl chitosan and polysulfone, N-propylphosphonyl chitosan blend ultrafiltration
membranes, Desalination 350 , pg.102–108, Malesia
[8] Rajesha Kumar, Arun M. Isloor, A.F. Ismail, T. Matsura, (2013), Performance improvement of polysulfone ultrafiltration membrane
using N-succinyl chitosan as additive, Desalination 318 pg.1–8, Malesia.
[9] Rajesha Kumar, Arun M. Isloor, A.F. Ismail, T. Matsura, (2013), Performance improvement of polysulfone ultrafiltration membrane
using N-succinyl chitosan as additive, Desalination 318 pg.1–8, Malesia.
[10] Vahideh Ghaffarian, Seyed Mahmoud Mousavi ,Maesumeh Bahreini, Hossein Jalaei ,(2014), Polyethersulfone/poly (butylene
succinate) membrane: Effect of preparation conditions on properties and performance, JournalofIndustrialandEngineeringChemistry,
vol.20, pg.1359–1366, Iran

Biyopolimer/Psf Blend Membranların Hazırlanması

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (10)

Semelhante a Biyopolimer/Psf Blend Membranların Hazırlanması

Semelhante a Biyopolimer/Psf Blend Membranların Hazırlanması (9)

Biyopolimer/Psf Blend Membranların Hazırlanması