The Effect of the support and solvent type on the performance of composite membranes
Destek malzemesinin ve çözücü türünün kompozit membranların performansına etkisi
- Tez No: 116209
- Danışmanlar: PROF. DR. TÜRKER GÜRKAN, PROF. DR. LEVENT YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ethanol-Water Separation, Pervaporation, Composite Membrane, Zeolite- Filled Membranes, Supported Membrane, PAN Membrane
- Yıl: 2001
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 94
Özet
öz DESTEK MALZEMESİNİN VE ÇÖZÜCÜ TÜRÜNÜN KOMPOZİT PERVAPORASYON MEMBRANLARININ PERFORMANSINA ETKİSİ Şener, Tansel Y.Lisans, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Türker GÜRKAN Yardımca Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Levent YILMAZ Nisan 2001, 78 Sayfa Son yıllarda etanol fosil kökenli yakıtlara alternatif olmuştur. Etanolun üretiminde harcanan enerjinin büyük bölümü ayırma,damıtma ve yoğunlaştırma işlemleri sırasında harcanır. Bu işlemler sırasında pervaporasyon da geleneksel ayırma işlemlerine gore daha az enerji harcanan bir membran prosesi olduğundan kullanılabilinir. Pervaporasyon çalışmaları özellikle membran yapısına ve performansına odaklanmıştır. Bu nedenle, bu çalışmanın temel amacı çözücü türünün zeolit dolgulu kompozit membranlarm performansına etkisini incelemektir. Çalışmanın bir diğer amacı ise pervaporasyon uygulamalarında kullanılacak destekli membranlarm üretimi için bir teknik geliştirmek ve destek malzemesinin membran performansına etkisini incelemektir. vıMembran performansını arttırmak için suya karşı yüksek duyarlığı olan PAN polimeri ve dolgu malzemesi olarak da 13X zeoliti kullanılmıştır. Besideki alkol konsantrasyonu ve çözücü türü kullanılan deneysel parametrelerdir. Çalışmada kullanılan çözücüler sırasıyla DMF (dimetil fonnamit), DMSO (dimetil sulfoksh), DMAc (dimetil asitamit) ve THF (tetrahidrofuran),dir. Çözücüler kaynama noktalarına ve çözünürlüklerine gore seçilmiştir. THF İle polimerin (PAN) çözücülüklerinin birbirinden çok farklı olması nedeniyle, THF ile kullanılabilir nitelikte zeolit dolgulu kompozit bir membran elde edilememiştir. Membranların performansı seçicilik ve akı verileriyle değerlendirilir. En yüksek performans, kaynaması noktası en büyük olup, çözünürlüğü de polimerînkine en yakın olan DMSO kullanılarak üretilen membranlardan elde edilirken en düşük performans DMAc kullanılarak üretilen membranlarla elde edilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda elde edilen bir diğer sonuç ise şudur: DMF ve DMAc kullanılarak üretilen membranlarla yapılan deneylerde besideki alkol oranı arttıkça, akı artmakta, seçicilik ise azalmaktadır, DMSO kullanılarak üretilen membranlarda ise hem akı hem de seçicilik artmaktadır. Kompozit membranların kesit yapısı TEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) kullanılarak incelenmiş ve membranların zeolitsiz, zeolh-dolgulu ve ince tabaka olmak üzere üç tabakadan oluştuğu görülmüştür. Bu tabakaların kalınlığı membranın hazırlandığı çözücünün çözünürlük katsayısı ve kaynama noktasıyla yakından ilgilidir. Kaynama noktası arttıkça veya buharlaşma hızı azaldıkça zeolitsiz tabaka incelip zeolit-dolgulu tabaka kalınlaşır. Bu nedenle, etanol ve su moleküflerinin etkin membran kalınlığınca geçecekleri yol uzar. Sonuçta, akış hızı azalıp seçicilik artar. Çözücüyle polimerin çözünürlükleri farkı azaldıkça, polimer parçacıktan daha iyi çözünmekte ve zeolit parçaçıkları da polimer parçacıktan arasına daha iyi dağılmaktadır. Sonuçta zeolit dolgulu tabakadaki ağ yapı daha homojen olmaktadır. Zeolit dolgulu-kompozit membran üretimi için kullanılan metot revize edilip destekli membran üretimi için kullanılabilir hale getirilmiştir. Membran üretiminde kullanılan çözücü, çözücü ağırlığının polimer ağırlığına oranı, ıslak membran kalınlığı, destek viimalzemesine kullanımdan önce çözücü yedirilmesi ve çözücü uçurma koşullan (çözücü uçurma sıcaklığı ve ortamı, membranın durumu) destekli pervaporasyon membranı üretiminde ve bu sırada karşılaşılan soyulma, delik oluşumu ve kırışma problemlerinin çözümünde de kullanılan parametrelerdir. DMSO kullanılarak delik oluşumu ve kırışma problemleri çözülmüş ve destek malzemesi üzerinde bir membran tabakası oluşturulmuş ise de soyulma problemi deney esnasında tekrar görülmüştür. Sonuçta, pervaporasyon deneylerinde kullanılabilir bir destekli membran üretilememiştir. Anahtar Kelimeler : Etanol-Su Ayırımı, Pervaporasyon, Karışık- Yapılı Membran, Zeolit-Dolgulu Membranlar, Destekli Membranlar, PAN Membranı. viii
Özet (Çeviri)
ABSTRACT THE EFFECT OF SUPPORT AND SOLVENT TYPE ON THE PERFORMANCE OF COMPOSITE MEMBRANES Şener, Tansel MS., Department of Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Türker GÜRKAN Co-Supervisor: Prof. Dr. Levent YILMAZ April 2001,78 pages Over the past years ethanol-blends has become an alternative to fossil fuels. During the production of ethanol, separation, purification and concentration stages are responsible for the greatest part of the energy costs. During these stages, pervaporation is also used due to being less energy-intensive membrane process when compared to conventional separation techniques. The research on pervaporation focuses especially on the membrane morphology and performance. Therefore, the main objective of this research is to study the effect of the solvent type on the performance of zeolite filled-composite membranes. The second objective of the present study is to develop a technique for the preparation of supported 111pervaporation membranes and to study the effect of support on the performance of zeolite filled-composite membranes. Polyacrylonitrile (PAN), which shows high affinity to water, is used as the base polymer and zeolite 13X is used as the filler to enhance the membrane performance. The solvent type and the feed alcohol concentration are the experimental parameters considered during the present study. The solvents are selected on the basis of their boiling points and their solubility parameters. The solvents considered are DMF (dimethyl formamide), DMSO (dimethyl sulfoxide), DMAc (dimethyl acidamide) and THF (tetrahdyrofurane). Due to the high solubility parameter difference between THF and PAN, a zeolite filled- composite membrane formation could not be achieved with THF. The performance of the membranes is evaluated by their selectivity and the flux values. The highest performance is obtained with membranes prepared with DMSO, which has the highest boiling point and the lowest solubility parameter difference with the polymer (PAN) whereas the lowest performance is obtained with membranes prepared with DMAc. Another result from the present study is that; as the feed ethanol concentration increases, the flux obtained with DMF and DMAc membranes increases and the selectivity decreases. On the other hand, both the flux and the selectivity obtained with DMSO membranes increase. The cross-sectional morphology of composite membranes is analyzed by using SEM (Scanning Electron Microscope) micrographs. It is seen that the membranes consist of three layers: a zeolite-free polymer layer, a zeolite-filled layer and a skin layer. The boiling point and the solubility parameter of tile solvent affect the thickness of layers, the morphology and the performance of the membrane. As the boiling point of the solvent increases or the evaporation rate decreases, zeolite particles are better dispersed through the polymer particles, the zeolite-free polymer layer gets thinner and the zeolite- filled layer gets thicker. Therefore, the path of ethanol and water molecules passing through the effective membrane thickness gets longer. As a result, the permeate rate decreases and the selectivity increases. As the solubility parameter difference between IVthe polymer (PAN) and the solvent decreases, polymer particles are better dissolved and so the zeolite particles are better dispersed through the polymer particles. Then the network structure of the zeolite-ailed layer becomes more homogenous. So the zeolite- filled layer of the DMSO membranes has a more homogenous network structure than the DMF membranes. The zeolite filled-composite membrane preparation technique is revised and adapted for the preparation of supported membranes. The solvent type, the weight fraction of solvent to polymer, the wet membrane thickness, the pretreatment of the support material and the solvent evaporation conditions (temperature, gas condition and membrane characteristics) are the parameters considered for the preparation of supported pervaporation membranes and for the solution of peeling, pore formation and wrinkling problems. Although a membrane structure was formed with DMSO by the solution of the pore formation and wrinkling problems, the peeling problem persisted. As a result, a satisfactory supported membrane could not be obtained for the pervaporation experiments.
Benzer Tezler
- Endüstriyel havuç suyu atıklarından enzim ve ultrason destekli ekstraksiyon ile gıda bileşeni üretilmesi
Production of food ingredients from industrial carrot juice waste using enzyme and ultrasound assisted extraction
YASEMİN DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA KAHVECİ KARINCAOĞLU
- Fabrication and characterization of support layer for thin film nanocomposite desalination membranes
İnce film nanokompozit desalinasyon membranları için destek tabakası üretimi ve karakterizasyonu
KADER ÖZGÜR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET GÖKTUĞ AHUNBAY
- Moleküler baskılama yöntemi ile CEC (kapiler elektrokromatografi) sisteminde hidrofobik amino asit enantiyomerlerinin ayrılması
Separation of hydrophobic amino acid enantiomers in CEC (capillary electrochromatography) system by molecular imprinting technique
KORAY ŞARKAYA
- Akrilamidin potasyum permanganat titriplex VI redoks sistemi ile elektrokimyasal polimerizasyonu
Başlık çevirisi yok
HAYAL BÜLBÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. A. BAHATTİN SOYDAN
- Bakladan ultrases destekli alkali ekstraksiyon ile protein eldesi: Teknofonksiyonel, ın vıtro biyoerişebilirlik ve ade inhibisyon özelliklerinin incelenmesi
Protein extraction by ultrasound assisted alkaline extraction from faba beans: Investigation of technofunctional, in vitro bioavailability and ace inhibition properties
ZEHRA MERTDİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK