Preparation of ZIF-8 loaded PVA and PES mixed matrix membranes for dehydration of ethanol solutions
ZIF-8 içeren PVA ve PES karışık matrisli membranların etanol çözeltilerinin susuzlaştırılması için hazırlanması
- Tez No: 416639
- Danışmanlar: PROF. DR. HALİL KALIPÇILAR, PROF. DR. LEVENT YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Çözücü geri kazanımı, kimyasal endüstrisinde üretim maliyetleri ve çevresel sorunsal dikkate alındığında önemli bir konu olmaktadır. Çözücü geri kazanımı için kullanılan başlıca konvansiyonel metotlar, özütlemeli damıtma, adsorpsiyon, özütleme ve absorpsiyondur. Ancak bu yöntemler fazla enerji tükettikleri gibi fazladan kimyasal kullanımından dolayı ürün kirliliğine sebep olmaktadır. Pervaporasyonun sıvı-buhar dengesinden etkilenmeyen bir ayırma yöntemi olması bu yöntemi özellikle eş-kaynar karışımların ayırılması için uygun kılmaktadır. Etanol su ile eş-kaynar bir karışım oluşturmaktadır. Etanolün ilaç endüstrisinde ve bio-yakıt amaçlı kullanımı için yüksek saflıkta olması gerekmektedir. Bu sebeple etanol susuzlaştırılması pervaporasyonun popüler bir kullanım alanıdır. Bu çalışmada, asimetrik saf PES ve PES/ZIF-8 karışık matrisli membranlar çözücü olmayan madde içinde faz ayırımı yöntemi ile üretilmiştir. Ayrıca çözücü uçurma yöntemi ile yoğun saf PVA membranlar da üretilmiştir. PVA membranlar termal ve kimyasal olmak üzere iki şekilde çapraz bağlanmıştır. Kimyasal çapraz bağlama gluteraldehit (GA) çözeltisi ile yapılmıştır. PVA/ZIF-8 karışık matrisli membranlar ağırlıkça % 5 ZIF-8 dolgusu ile hazırlanmış ve GA ile çapraz bağlanmıştır. ZIF-8 parçacık boyutunun PVA/ZIF-8 karışık matrisli membranların pervaporasyon performansına etkisinin incelenmesi için, 17 nm, 81 nm, 190 nm ve 340 nm boyutlarında ZIF-8 sentezlenmiş ve PVA membranlara eklenmiştir. Pervaporasyon deneyleri ağırlıkça % 10 su içeren etanol-su karışımı ile 25° de yapılmıştır. Asimetrik saf PES membranlar ıslak faz dönüşümü yöntemi ile hazırlanmış ve üç değişik sıcaklıkta tavlanmıştır (40°C, 50°C ve 70°C). En seçici membranların 50°C de tavlanan membranlar olduğu görülmüştür, ortalama seçiciliği 15,6 ve akısı 71,5 g/m2.sa'tir. Bunun yanında % 5 ZIF-8 (81 nm parçacık boyutlu) içeren membranların akılarının saf PES membranın iki katı olduğu ancak seçicilikte % 75 kayıp olduğu gözlenmiştir. PES membranların daha kalın bir kabuk tabakalarını kalınlaştırmak için, saf PES membranlar pıhtılaştırmadan önce 5 dk. ve 60 dk.'lık çözücü uçurmaya maruz bırakılmıştır. Taramalı elektron mikroskobu görüntülerinde 60 dk. çözücü uçurmaya maruz kalan saf PES membranların kabuk tabakaları daha kalındır. % 87-89 hidrolize PVA ile hazırlanan saf PVA membranlar değişik sıcaklıklarda (90°C, 100°C, 120°C, 140°C and 160°C) ve değişik sürelerde (1 saat ve 48 saat) termal olarak çapraz bağlanmıştır. Saf PVA membranların çapraz bağlamaları ayrıca GA derişimi % 0,5, 1,5 ve 3,0 olan çözeltiler ile de yapılmıştır. En yüksek seçicilik GA derişimi % 0,5 olan çözelti ile çapraz bağlanan membranlar ile elde edilmiştir (seçicilik 18,4, normalize akı 5800 µm g/m2sa). Saf PVA membranlar aynı zamanda hidroliz derecesi % 98 olan PVA ile de hazırlanmıştır. Çapraz bağlamaları GA derişimi % 0,5, 0,75 ve 1,5 olan çözeltiler ile yapılmıştır. En yüksek seçicilik GA derişimi % 0,5 olan çözelti ile çapraz bağlanan membranlar ile elde edilmiştir (seçicilik 77,2, normalize akı 1200 µm g/m2sa) ZIF-8 kristallerinin parçacık boyutunun PVA/ZIF-8 karışık matrisli membranların pervaporasyon performansına olan etkisini incelemek amacıyla parçacık boyutu 17 nm, 81 nm, 190 nm ve 340 nm olan ZIF-8 ile membranlar hazırlanmıştır. ZIF-8 içeriği ağırlıkça % 5'tir. Hem normalize flux hem de seçicilik ZIF-8'in parçacık boyutuna göre düzenli bir trend göstermemiştir. Ayırma performansı en iyi olan membranlar parçacık boyutu 190 nm olan ZIF-8 ile hazırlanan membranlardır. Bu membranların ortalama normalize akısı 1300 µm g/m2sa ve seçiciliği 66'dır. Bu seçicilik değeri saf PVA membranlara göre % 64 daha fazladır.
Özet (Çeviri)
Solvent recovery is an important issue in chemical industry when low product cost is desired and also environmental concerns are considered. The conventional methods for solvent recovery are extractive distillation, adsorption, extraction and absorption. However, these methods require excessive amount of energy, cause product contamination due to additional components and need harsh conditions. Pervaporation separation is independent of the vapor-liquid equilibrium; therefore, it is a suitable technique especially for separation of azeotropic mixtures. Ethanol forms azeotrope with water and ethanol dehydration is one of the most popular usage area of pervaporation since high purity ethanol is required for use as biofuel and in pharmaceutical industry. For pervaporation applications, better performing membranes are desired in order to achieve high purity with faster separation. In this study, asymmetric pure PES and PES/ZIF-8 membranes were prepared by non-solvent induced phase separation (NIPS) technique. Also dense pure PVA membranes were prepared with solvent evaporation technique. They were cross-linked both thermally and chemically with glutaraldehyde solution. PVA/ZIF-8 MMMs were prepared with 5 wt. % ZIF-8 loading and cross-linked chemically. In order to examine the effect of particle size of ZIF-8 crystals on the pervaporation performances, MMMs were prepared with ZIF-8 crystals whose particle sizes were 17, 81, 190 and 340 nm. The pervaporation performance of all membranes were tested with ethanol-water (10/90 wt. %) mixture at 25°C Asymmetric pure PES membranes prepared by wet-phase inversion technique and were annealed at three different temperature (40°C, 50°C and 70°C). The most selective membranes were the ones annealed at 50°C and had an average selectivity of 15.6 with an average flux of 71.5 g/m2h. Besides, the flux of 5 wt. % ZIF-8 incorporated membranes was as twice as the flux through the pure PES membrane; however, a selectivity decrease of 75 % was observed. Pure PVA membranes were prepared from 87-89 % degree of hydrolysis PVA and cross-linked by thermal treatment at different temperatures (90°C-160°C) for different times (1 hour and 48 hours). 1 hour thermal treatment caused an excessive decrease in normalized flux and a 20 % approximate increase in selectivity when compared to non-treated membranes. These membranes were also cross-linked chemically with GA solution having GA concentration of 0.5-3.0 wt. %. Membranes cross-linked with solution containing 0.5 wt. % GA had the highest selectivity (18.4, water/ethanol) with normalized flux value of 5800 µm g/m2h, in average. Pure PVA membranes also prepared from 98 % degree of hydrolysis PVA and were cross-linked chemically with GA solution having GA concentration of 0.5-1.5 wt. %. Membranes cross-linked with solution containing 0.5 wt. % GA had the highest selectivity and normalized flux with the average values of 77.2 and 1200 µm g/m2h, respectively. In order to observe the effect of particle size of ZIF-8 crystals on the performance of PVA membranes, the 5 % (w/w) ZIF-8 loaded PVA/ZIF-8 MMMs prepared using ZIF-8 with particle size of 17 nm, 81 nm, 190 nm and 340 nm. It was observed that, both normalized flux and selectivity of MMMs did not have a regular trend as a function of particle size of ZIF-8 particles. The best performing MMMs were the ones filled with 190 nm ZIF-8 with an average normalize flux of 1300 µm g/m2h and selectivity of 66, which was % 64 greater than the selectivity of pure PVA membranes.
Benzer Tezler
- Osteomiyelit tedavisinde kullanılmak üzere gözenekli kitosan doku iskelelerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of porous chitosan tissue scaffold for treatment of osteomyelitis
ALİ MERT ERDEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE KARAKEÇİLİ
- Zeolitik imidazol çerçeve yapılar (ZIF-8 ve ZIF-67) ile grafen oksit nanokompozitlerinin hazırlanması ve lityum-sülfür bataryalarda kükürt tutucu konak malzeme olarak kullanımı
Preparation of graphene oxide nanocomposites with zeolitic imidazole frameworks (ZIF-8 and ZIF-67) and their use as sulfur host material in lithium-sulfur batteries
AYÇA AYDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaEskişehir Osmangazi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YÜKSEL
- Preparation of ZIF-8/TiO2 nano-composite thin films for solar energy applications
Güneş enerjisi uygulamalarına yönelik ZIF-8/TiO2 nano-kompozit ince filmlerin üretimi
ONUR İLOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik BilimleriAdana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSNÜ ARDA YURTSEVER
- H2 ayrımı için ZIF tabanlı MOF membranların hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of ZIF based MOF membranes for H2 separation
EMİNE ŞİMAL MİRZA
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BERNA TOPUZ
- Karbon dioksit ayırma amaçlı ince film kompozit/nanokompozit membranların hazırlanması
Preparation of thin film composite/nanocomposite membranes for carbon dioxide separation
GÜLEN BÜYÜKOLCA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ