Dehydration of aqueous aprotic solvent mixtures by pervaporation
Sulu aprotik solvent karışımlarının pervaporasyon ile susuzlaştırılması
- Tez No: 304978
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALİL KALIPÇILAR, PROF. DR. LEVENT YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Aprotik çözücüler içinde çözündükleri maddelerle kolaylıkla reaksiyona girmeyen organik malzemelerdir ve bu çözücüler, yüksek iyonik ve polar grup çözücülüklerine rağmen, çözünürlerken proton değiş tokuş etmezler. Bu karakteristik özellikleri aprotik çözücüleri farmasotik ürünler, tekstil mamulleri, plastikleştiriciler, stabilizörler, katkı maddesi ve mürekkep gibi ürünleri imal eden endüstriel sektörler için çok uygun bir çözücü haline getirir. Bu karışımların susuzlaştırılması ve değerli çözücülerin üretime geri beslenmesi endüstriel faaliyetlerin önceliğidir. Bu amaçla kullanılan geleneksel metod distilasyondur ki bu yöntem istenilen geri kazanım için fazlasıyla enerji gerektirmektedir. Su-seven pervaporasyon organik solüsyonların az enerji harcanarak susuzlaştırılmasını sağlayabilecek bir membran prosesi olarak alternatif olabilir. Aprotik çözücüler yüksek çözme güçleri sebebiyle sadece inorganik membranlar ile kullanılabilirler.Bu çalısmada üç tane inorganik membran ki bunlar NaA zeolit, optimize silika ve HybSi kullanılmıştır. Temel amaç membran tipinin (NaA zeolit, optimize silica ve HybSi) ve çeşitli operasyon parametrelerinin (besleme içeriği %50'den %5'e, sıcaklık 50'den 100oC'ye), bazı aprotik çözücü karışımlarının (dimethylacetamide, dimethylformamide ve n-methylpyrrolidone) pervaporasyonla susuzlaştırılmasına etkisini incelemektir. Deneyler sırasında, besleme numuneleri Karl Fischer Titrasyon yöntemi, süzüntü numuneleri ise Gaz Kromotografi kullanılarak analiz edilmiştir.Çalışma sonuçları göstermektedir ki, sulu aprotik solvent karışımlarının uygun şekilde susuzlaştırılması üç membranla da sağlanmıştır. Hedeflenen su içeriği aralığında (%50'den %5'e), süzüntü su içerikleri üç membran için de kabul edilebilir bir saflık seviyesi olan %98'in üzerindedir. Bunun yanında, NaA zeolit membran %50'den %15'e kadar besleme suyu kompozisyonunda ve 50 oC'de, optimize silika ve HybSi membranlara göre daha yüksek süzüntü akısı ve süzüntü su içeriği sağlamıştır. Ayrıca, HybSi membran üç solvent için de optimize silikaya göre daha yüksek akı ve süzüntü su içeriği sağlamıştır. Öte yandan, optimize silika ve HybSi membranlar için süzüntü akısındaki düşüş hızı çözücünün türüne bağlı olarak değişiklik göstermiştir. İki membran için de dimethylformamide karısımının süzüntü akısı n-methylpyrrolidone karısımınınkinden daha yavaş düşüş göstermistir. Dahası, elde edilen sonuçlar HybSi membrandaki süzüntü akılarının artan sıcaklıkla birlikte karışımlardaki çözücü aktivitelerinin değişimi sebebiyle arttığını göstermiştir. Bununla birlikte, akılardaki sıcaklığa bağlı değişimleri tanımlayabilmek için Arrhenious tipi bir denklemden faydalanılmıstır. Ayrıca, HybSi membrandan suyun difuzyonu için gereken aktivasyon enerjisi 8980 cal/mol olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
Aprotic solvents are organic solvents which do not easily react with a substance dissolved in it and they do not exchange protons despite of their high ion and polar group dissolving power. Therefore, this characteristic property makes aprotic solvents very suitable intermediates in many industries producing pharmaceuticals, textile auxiliaries, plasticizers, stabilizers, adhesives and ink. Dehydration of these mixtures and recirculation of valuable materials are substantial issues in industrial applications. The conventional method for recovery of aprotic solvents has been distillation, which requires excessive amount of energy to achieve desired recovery. Hydrophilic pervaporation, which is a membrane based dehydration method with low energy consumption, may become an alternative. Because of high dissolving power of aprotic solvents only inorganic membranes can be employed for this application.In this study three types of inorganic membranes (NaA zeolite, optimized silica and HybSi) were employed. Main objective of this studyis to investigate effect of membrane type and various operationg parameters (feed composition at a range of 50-5% and temperature at a range of 50-100oC) on pervaporative dehydration of aprotic solvents; dimethylacetamide, dimethylformamide and n-methylpyrrolidone. During the experiments, feed samples were analyzed with Karl Fischer Titration Method; permeate samples were analyzed with Gas Chromatography.Experiments showed that proper dehydration of aqueous aprotic solvents mixtures was succeded with all three membranes investigated. In the target feed water composition range (50 to 20%wt), permeate water contents were higher than 98%wt which was quite acceptable for all membranes. Moreover, NaA zeolite membrane performed higher fluxes than optimized silica and HybSi in composition range of 50 to 15% water at 50oC. It was also observed that HybSi membrane had higher fluxes and permeate water contents than optimized silica membrane for all solvents. On the other hand, the rates of decrease in permeate fluxes changed depending on the type of solvent for optimized silica and HybSi membranes. With both membranes, permeate flux of dimethylformamide decreased much slower than one of n-methylpyyrolidone. Furthermore, the results showed that permeate fluxes of HybSi membrane increased with increasing operation temperature due to the change of solvent activity in mixture. In addition an Arrhenious type equation was used to describe changes in fluxes with changing temperature. It was also found that activation energy of water for diffusion through HybSi membrane was calculated as 8980 cal/mol.
Benzer Tezler
- Physico-chemical characterization and self-assembly of poly(2-ethyl-2-oxazoline)s in aqueous solutions
Poli(2-etil-2-oksazolin)sulu çözeltilerinin fiziko-kimyasal karakterizasyonu ve polimerin kendiliğinden yapılanması
PINAR TATAR GÜNER
Doktora
İngilizce
2013
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM LEVENT DEMİREL
- Dehidrasyona yönelik zeolit dolgulu membranların saf çözücülerdeki sorpsiyon davranışının ve pervaporasyon performansının incelenmesi
The investigation of sorption behavior in pure solvents and pervaporation performance of zeolite filled membranes prepared for dehydration
ERSEL ARÇEVİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAVUZ SALT
- Selüloz bazlı yeni bir iyon değiştirici reçinenin sentezi, karakterizasyonu ve sulu çözeltilerden ağır metallerin uzaklaştırılmasında kullanımının incelenmesi
Synthesis and characterization of a new cellulose based ion exchanger and use for the removal of heavy metals from aqueous solutions
SİBEL BABAOĞLU
- Effects of some transition metal salts on the synthesis of mesoporous silica
Bazı geçiş metali tuzlarının mezoyapılı silika sentezi üzerine etkileri
AHMET FAİK DEMİRÖRS
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Kimya Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER DAĞ
- The synthesis of titanium dioxide photocatalysts by sol-gel method: The effect of hydrothermal treatment conditions and use of carbon nanotube template
Titanyum dioksit fotokatalizörlerin sol-jel yöntemi ile sentezi: Hidtrotermal işlem koşullarının ve karbon nanotüp kalıp kullanımının etkisi
ALP YÜRÜM
Doktora
İngilizce
2009
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRKAN KARAKAŞ