Use of ionic strength responsive polymeric microgels for fouling removal in membrane filtration
Membran filtrasyonunda kirlenmeyi temizlemek amaçlı iyonik güce duyarlı polimerik mikrojellerin kullanımı
- Tez No: 547294
- Danışmanlar: DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Uyarana duyarlı polimerik yüzeyler membranların kirlenmeme özelliklerini geliştirebilir ve uyaran şiddetinin değişmesiyle gözenek boyutlarını ve geçirgenlik özelliklerini kontrol edebilirler. Bu çalışmada, çift kutuplu P(SBMA) (poli (sülfobetain metakrilat)) mikrojelleri filtrasyon sırasında membran yüzeyinde oluşan kirletici tabakalarını temizlemek için beslemeye eklenmiş ya da membrane yüzeyine biriktirilmiştir. Temizlik sırasında tuza duyarlı P(SBMA) mikrojelleri kirlilik tabakasının uzaklaştırılması için iyonik gücün değişmesinden dolayı şişmişten büzüşmüşe, şişmişten daha çok şişmişe ve büzüşmüşten şişmişe faz değiştirmiştir. Böylece bu faz değişiminin membran üzerindeki kirlilik tabakasının uzaklaştırılmasına etkisi incelenmiştir. Performans testlerinde PES (polietersülfon) bazlı ultrafiltrasyon membranlar kullanılmıştır. Testlerde iyonik güce duyarlı mikrojel olarak kullanılan P(SBMA) mikrojelleri ters emülsiyon serbest-radikal polimerizasyonu yöntemiyle sentezlenmiştir. Kirlilik dirençleri ve membranların akı geri kazanımları temizlik verimlerinin karşılaştırılması için membranın filtrasyondan önceki saf su geçirgenliği, filtrasyon akısı ve temizlik sonrası saf su geçirgenliği kullanılarak hesaplanmıştır. Farklı kirleticiler, bovin serum albumin (BSA), kalsiyum iyonları ile birlikte hümik asit (HA gel) ve maya hücreleri, çift kutuplu mikrjeller ile ya da mikrojelsiz farklı NaCl (sodyum klorür) konsantrasyonlarında kullanılmıştır. Kek tabakasını uzaklaştırmak için yapılan temizleme işlemi karıştırılarak ve mikrojelleri büzüşmüş/şişmiş hale getimek için saf su/tuzlu su ile gerçekleştirilmiştir. P(SBMA) mikrojelleri maksimum 0.5 M NaCl varlığında şişebiliyorlar. Yüksek derecede adsorptif kirlilik oluşumu nedeniyle, mikrojeller BSA kirliliğinin temizlenmesini etkili bir şekilde sağlayamamıştır. NaCl beslemede olduğunda tersinirlik mikrojelli ya da microjelsiz benzer iken NaCl yokluğunda tersinmez HA gel kirliliği en fazladır. Bu muhtemelen NaCl varlığında daha gevşek kek tabakası anlamına gelir. Bununla birlikte, maya kirliliği P(SBMA) mikrojelleri kullanıldığında daha temizlenebilir olmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma P(SBMA) mikrojellerinin, beslemeye eklenerek veya filtrasyondan önce membran yüzeyinde biriktirerek PES UF membran yüzeyinden kek tabakasının çıkarılmasını nasıl etkilediğini göstermiştir. Filtrasyon sırasında çözelti ortamında P(SBMA) mikrojellerinin varlığı, tüm kirleticiler için mikrojelsiz filtrasyonlardan daha yüksek akı geri kazanımı ve temizleme verimliliği sağlayabilir. Özellikle, bu mikrojellerin beslemeye eklenmesi ve membran yüzeyine deposit edilmesi yoluyla maya kirliliğinin giderilmesi sağlandı. Bu ümit verici fiziksel yöntemler, maya benzeri kirleticileri gidermek için mevcut membran işlemlerine uygulanabilir.
Özet (Çeviri)
Stimuli-responsive polymeric surfaces can improve non-fouling properties of membranes and control their pore size and permeation characteristics upon alteration of stimulus intensity. In this study, zwitterionic poly(sulfobetaine methacrylate) (P(SBMA)) microgels have been added into the feed or deposited on the membrane surfaces to clean foulant deposits formed on the surface of the membranes after the filtration. Salt-responsive P(SBMA) microgels have altered their phase from swollen to shrunk, swollen to more swollen or shrunk to swollen due to the change of ionic strength in the medium. The effect of this size change in loosening and removing the fouling layer on the membrane was investigated. In the performance tests, PES (polyether sulfone) based ultrafiltration membranes were used. P(SBMA) microgels used in the tests as the ionic strength responsive microgel were synthesized by inverse emulsion free-radical polymerization. Fouling resistances and flux recoveries of membranes were calculated using pure water permeances (PWP) of neat membranes, filtration fluxes and PWP of the membranes after applying the cleaning procedure to compare their cleaning efficiencies. Different foulants, which are Bovine serum albumin (BSA), humic acid in the presence of calcium ions (HA gel) and yeast cells, were used with or without the zwitterionic microgels in the presence of different sodium chloride (NaCl) concentrations. To remove the cake layer, cleaning was performed via stirring and pure water/salt solution to make them shrink/swell. P(SBMA) microgels can maximally swell in the presence of 0.5 M NaCl. Due to the formation of highly adsorptive fouling, the microgels could not provide an efficient BSA fouling removal. HA gel fouling in the absence of NaCl was the most irreversible while when NaCl was in the feed, reversibility was similar with or without microgel. This possibly implies a looser cake layer in the presence of NaCl. Yeast fouling, however, was more reversible when P(SBMA) microgels were used, compared to fouling with yeast in pure water or in 0.5 M NaCl. In conclusion, this study showed how P(SBMA) microgels affect cake layer removal from PES UF membrane surface by adding them in the feed or depositing them on the membrane surface before the filtration. Presence of P(SBMA) microgels in the solution medium during the filtration could render higher flux recovery and cleaning efficiency than microgel-free filtrations for all foulants. Particularly, yeast fouling removal was achieved by adding of these microgels into the feed and depositing them on the membrane surface. These promising physical methods can be applicable to existing membrane processes to remove yeas-like foulants.
Benzer Tezler
- Sıcaklık ve pH'ya duyarlı poliakrilik asit/pluronik içiçe geçmiş ağ yapıların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of ph and temperature sensitive polyacrylic acid/pluronics F127 based interpenetrating hydrogels
TUBA BAŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Bölümü
PROF. DR. GÜLAÇTI TOPÇU
PROF. DR. OĞUZ OKAY
- Uyarıya duyarlı mikrojeller ve nanopartikül kompozitler: Antibakteriyel özellikleri ve meme kanseri tedavisinde in-vitro ve in-vivo uygulamaları
Stimuli responsive microgels and their composites with nanoparticles: Antibacterial properties and both in-vitro and in-vivo applications in breast cancer treatments
DAMLA ÜLKER
Doktora
Türkçe
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VURAL BÜTÜN
- Sülfobetain/NIPAAm/aljinat ve sülfobetain/NIPAAm//kitosan hidrojellerinin ilaç salım davranışlarının incelenmesi
Investigation of the drug release behaviours of sulfobetaine/NIPAAm/alginate and sulfobetaine/NIPAAm//chitosan hydrogels
FATIMA CEMRE ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN ERBİL
- 4-akrilomorfolin esaslı hidrojellerin sentezi ve ilaç salım kinetiğinin incelenmesi
Synthesis of 4-acryloylmorpholine based hydrogels and investigation of drug release kinetics
HÜLYA EFE
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
KimyaMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. VEZİR KAHRAMAN
PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
- Modified hydrogels based on N,N-dimethylaminoethyl methacrylate: Synthesis, characterization and mechanical properties
N,N-dimetilaminoetil metakrilat esaslı modifiye hidrojeller: Sentez, karakterizasyon ve mekanik özellikler
TAYYİBE ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN