Geri Dön

Use of ionic strength responsive polymeric microgels for fouling removal in membrane filtration

Membran filtrasyonunda kirlenmeyi temizlemek amaçlı iyonik güce duyarlı polimerik mikrojellerin kullanımı

  1. Tez No: 547294
  2. Yazar: FATMA ÇALILI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    Türkçe

    2013

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Bölümü

    PROF. DR. GÜLAÇTI TOPÇU

    PROF. DR. OĞUZ OKAY

  2. 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

    Türkçe

    2018

    Polimer Bilim ve TeknolojisiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VURAL BÜTÜN

  3. 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

    Türkçe

    2021

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANDAN ERBİL

  4. 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

    Türkçe

    2010

    KimyaMarmara Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. M. VEZİR KAHRAMAN

    PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN

  5. 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

    İngilizce

    2015

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN