Preparation, characterization and performance of arsenic selective anion exchange membranes
Arsenik seçici anyon değiştirici membranların hazırlanması, tanımlanması ve başarımı
- Tez No: 266056
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA DEMİRCİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 170
Özet
Çevreye duyarlı iyon değiştirici membran teknolojileri, iyonik bileşenleri ayırmada yüksek verimlilik göstermesi ve enerji tasarruflu özellikleri nedeniyle endüstride geniş bir kulanım alanına sahiptir. Deniz suyu ve tuzlu sulardan tuz giderimi, endüstriyel atıksuların işlenmesi, içme suyundan zararlı iyon uzaklaştırılması ve temel kimyasal ürünlerin eldesi gibi süreçlerde iyon değiştirici membranlar kullanılır. Daha iyi seçimliliği, daha düşük elektriksel direnci, yüksek kimyasal, mekanik özellikleri, ısıl kararlılığı ve dayanıklılığı olan iyon değiştirici membranlara artan bir talep vardır.Yeraltı sularında çoğunlukla arsenit ve arsenat anyonları halinde buluan zehirli arsenik, Dünya Sağlık Örgütünün önerdiği en çok kirlilik seviyesi olan 10 µg/L nin üzerinde olabilmektedir (EPA, 2003). Bundan dolayı yeraltı sularından arsenik ayırma yöntemleri arasında iyon değiştirici membranlar öncelikli bir yöntem olarak düşünülebilir. Bu çalışmanın amacı arsenit ve arsenat seçici anyon değiştirici membran üretmek, tanımlanmasını ve başarımını gerçekleştirmektir. Anyon değiştirici membranların hazırlanmasına polypyrrole, immobilize N-Metil-D-Glukamin (NMDG), kuaternize immobilize N Metil D Glukamin (Q-NMDG) olmak üzere üç farklı iyon değiştirici reçineyle başlanmıştır.İyon değiştirici reçinelerden polypyrrole'ün tercih edilme nedeni, anyon değiştirici membranlardaki etkin kullanımıdır. Kristal yapıda artan ince polypyrrole katmanlarının membranın iyon değiştirme kapasitesinden bağımsız olarak anyonlar arasındaki seçici geçirgenliğini kontrol ettiği düşünülmektedir (Sata et al., 1993). Bununla birlikte polypyrrole, yüksek iletken özelliği nedeniyle bataryalar (Panero et al., 1987), korozyondan korunma (Yoshizaw et al., 1999) ve statik elektrik için koruma katmanları oluşturma (Stejskal et al., 1999) gibi geniş bir kullanım alanına sahiptir. NMDG ve protonlanmış analoğu Q-NMDG anyon değiştirici membran hazırlanması için seçilen diğer iki iyon değiştirici reçinelerdendir. NMDG tip reçineler yüksek konsantrasyonda sülfat ve klorür iyonları varlığında bile arsenat iyonlarına etkin ve yüksek seçimlilik göstermektedir. Ayrıca geniş bir pH aralığında (pH 1-11) çalışma olanağı verdiğinden farklı pH'larda değişik formlarda bulunan arsenik türlerinin uzaklaştırılmasında kullanımı etkindir (Dambies et al., 2004).Üç iyon değiştirici reçine de pH seviyesi 6'da sabit tutulan çözeltilerde termodinamik ve kinetik deneylerine tabi tutularak karşılaştırılmış, sülfat ve fostat iyonlarının varlığında arsenat tutumları gözlenmiştir. İyon değiştirici reçineler arasında en yüksek ve en hızlı arsenat tutumu olan Q-NMDG ile anyon değiştirici membran üretimine geçilmiştir. Membranlar heterojen yöntem izlenerek üretilmiştir. Bu yöntemde, toz haline getirilmiş iyon değiştirici reçine olan Q-NMDG polimerik yapı olarak polietilenle 68:32 ağırlıkça oranda birleştirilip, 250°C'de 10 dakika tutularak preslenmiştir.Membranın tanımlanması fizikokimyasal, elektrokimyasal ve morfolojik yollardan yapılmıştır. Termodinamik deneylerinden elde edilen verilerin Langmuir eğrisine uygunluğu görülmüştür. Üretilen membranların kuru ve ıslak ağırlığı ve kalınlığı ölçülmüş ve bulunan hacminden yoğunluğu, su tutma kapasitesinden de gözeneklilik değeri bulunmuştur. Membranın iyon değiştirme kapasitesi Mohr yöntemi kullanılarak hesaplanmış ve arsenat iyonlarına karşı performansı Donnan diyaliz yöntemi ile gözlenmiştir. Membranın anyon taşıma sayısı ise Hittorf yöntemiyle belirlenmiştir.Üretilen membranın nem içerikleri ağırlıkça ortalama %18.7522 ± 0.0006 olarak bulunmuştur. Kuru yoğunluğu ortalama 0.9621 ± 0.0007 g/cm3, ıslak yoğunluğu ise yaklaşık 1.2215 ± 0.0009 g/cm3 bulunmuştur. Gözeneklilik değeri ortalama 0.1810 ± 0.0005, iyon değiştirme kapasitesi yaklaşık 2.0238 ± 0.0494 meq Cl-/g kuru membran ve Cl- iyonu aktarım sayısı 0.65 olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
Ion-exchange membrane technologies are non-hazardous in nature and being widely used in various industrial processes due to their higher efficiency on separation of ionic species and energy efficient properties. They are used in desalination of sea and brackish water, treating industrial effluents, hazardous ion removal from drinking water as well as the manufacture of basic chemical products. There is a quite demand for the ion-exchange membrane with better selectivities, less electrical resistance, high chemical, mechanical and thermal stability as well as good durability.Arsenic met in ground waters as arsenite or arsenate anions, is a toxic and ubiquitous element that can be found above the maximum contaminant level of 10 µg/L recommended by the World Health Organization in groundwater (WHO, 2003). Therefore separation by ion exchange membranes can be said to prior among arsenic removal techniques from ground waters. The aim of this study is the preparation and characterization of arsenite and arsenate selective anion exchange membrane. It was started with three different ion exchange resins as polypyrrole, immobilized N-Methyl-D-Glucamine (NMDG) and quaternized immobilized N-Methyl-D-Glucamine (Q-NMDG) to prepare anion exchange membrane.Polypyrrole was selected as ion exchange resin due to its good affinity for anion exchange membranes. The resulting polypyrrole growing into a crystalline structure are thought to control permselectivity between two anions independent of the ion exchange capacity of anion exchange membranes used (Sata et al., 1993). In addition to that polypyrrole has a wide usage due to its higher conductivity such as batteries (Panero et al., 1987), corrosion protection (Yoshizaw et al., 1999) and protecting layers for static electricity (Stejskal et al., 1999). NMDG and its protonated analogue of Q-NMDG are two other resins selected as ion exchange resin in anion exchange membrane preparation. NMDG type resins yield an effective and highly selective sorbent for arsenate ions especially even in sulfate and chloride presence in solution at high concentrations. They also allow working in wider pH ranges as pH 1-11 since it is crucial for removal of various arsenic species found in different pH levels (Dambies et al., 2004).The ion exchange resins were subjected to thermodynamic and kinetic experiments in solutions at pH 6 for comparison and arsenate sorptions were observed also in presence of sulfate and phosphate.The highest sorption capacity and the fastest arsenate sorption rate were observed with Q-NMDG and it was used to prepare arsenate selective anion exchange membrane. The membrane was prepared in heterogeneous method. In this method, powdered ion exchange resin of Q-NMDG was combined with polyethylene as polymeric matrix in 68:32 weight ratios and pressed at 250°C for 10 min.Characterization of the membrane prepared was done in physicochemical, electrochemical, morphological ways. The suitability of the experimental data of thermodynamic experiments to Langmuir isotherm was determined and the performance study on As(V) removal was applied. Dry and wet weights and thicknesses of the membrane prepared were measured and dry and wet densities were found from its volume, porosity was obtained from water content of the membrane. Ion exchange capacity was found by Mohr method and the performance of the membrane to arsenate ions was observed by Donnan Dialysis method. Anion transport number of the membrane was obtained by Hittorf potential method.The water content of prepared membrane was found as average 18.7522 ± 0.0006% in weight. The dry density as average 0.9621 ± 0.0007 g/cm3 and wet density as average 1.2215 ± 0.0009 g/cm3 were found. It was calculated that the porosity of the membrane is approximately 0.1810 ± 0.0005, ion exchange capacity is 2.0238 ± 0.0494 meq-Cl-/g dry membranes and the Cl- ion transport number is 0.65 in average.
Benzer Tezler
- Demir ve alüminyum oksitlerle yüzey özellikleri geliştirilen zeolitler ile arsenik adsoprsiyonunun incelenmesi
An investigation of arsenic adsoorption using zeolites improved surface properties by doping iron and aluminum oxides
ESRA BİLGİN ŞİMŞEK
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜLKER BEKER
- Sulardaki bazı ağır metallerin XRF spektroskopisi ile tayini için MOF katkılı katı faz ekstraksiyon membranlarının hazırlanması
Preparation of MOF-dopped solid phase extraction membranes for the determination of some heavy metals in water by XRF spectroscopy
FUAT ASLAN
- Elektronik ve optoelektronik uygulamalar için siyanofenil tiyenotiyofen ve bor içeren materyaller
Cyanophenyl thienothiophene and boron containing materials for electronic and optoelectronic applications
RECEP İŞÇİ
- Fabrication and characterization of reverse osmosis membranes having antibacterial properties
Antibakteriyel özellik kazandırılmış ters osmoz membranların üretimi ve karakterizasyonu
ŞEYMA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
- Preparation, characterization and sorption performance of supported ionic liquid phase (SILP) systems
Destekli iyonik sıvı faz (DİSF) sistemlerinin hazırlanması, tanımlanması ve tutma başarımlarının incelenmesi
MERVE ARABACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLAY GİZLİ