Cellulose membranes via alkaline hydrolysis of cellullose acetate membranes and their application in organic solvents
Selüloz asetat membranların alkalin hidrolizi ile selüloz membranlar ve organik çözücülerde uygulanması
- Tez No: 571994
- 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: 118
Özet
Doğada en yaygın bulunan polimer olan selüloz ilgi çekici bir membran malzemesidir. Polimer zincirlerindeki hidroksil gruplarından dolayı hidrofiliktir ve bu sayede kirlemeye karşı direnç gösterir.Moleküller içi ve moleküller arası hidrojen bağları sayesinde çözücüye dayanıklı olmasından dolayı organik çözücüde filtrasyon uygulamaları için uygundur. Selüloz çoğu çözücüde çözünmemesine ragmen iyonik sıvılar selülozu çözer. Böylelikle selüloz membranlar faz değişimi yöntemi ile hazırlanabilir. Bu çalışmada iyonik sıvı olarak 1-ethyl-3-methyl-imidazolium acetate (EMIMAc) kullanıldı. Alternatif olarak selüloz asetat membranların alkalin ortamda rejenerasyonu sonucunda da iyonik sıvıya gerek kalmadan selüloz membranlar elde edilir. Sodyum hidroksit çözeltisi, rejenerasyon sırasında, rejeneratör ajan olarak görev yapar. Deasetilasyon süresinin ve çözelti konsantrasyonunun rejenerasyon verimine etkisi FTIR ile incelenmiştir. Artan NaOH konsantrasyonu ve 24 saate kadar artan süresi deasetilasyon derecesini arttırmıştır. İlk olarak selüloz ve rejenere selüloz düz tabaka membranları üretilmiştir. Kuruma ortamının membran morfolojisine ve ayırma performansına etkisi gözlemlenmiş ve etanolden kurutma en iyi şart olarak belirlenmiştir. Deasetilasyon ve tavlamanın selüloz asetat membranların ayırma performansına etkisini incelemek amacıyla Bromothymol Blue (624 Da)-ethanol çözeltisi kullanılarak filtrasyon testleri yapılmıştır. Tavlanan selüloz asetat membranlarn boya tutma oranı 80% iken bu değer deasetilasyondan sonra düşmüştür. Kovuklu elyaf membranlar kullanılarak yapılan membran modülleri düz tabaka membranlara kıyasla daha yüksek yüzey alanına sahiplerdir. OÇN uygulamaları için selüloz kovuklu elyaf membranların üretimi önemli yere sahiptir. Bu çalışmada OÇN uygulamaları için selüloz ve rejenere selüloz kovuklu elyaf membranlar üretilmiştir. Polimer çözeltisi, kovuk sıvısı ve koagulasyon banyosu sıcaklığı değiştirilerek kovuklu elyafların seçici tabakası düzenlenmiştir. Ayırma performansı amacıyla Bromothymol Blue (624 Da) tutuculuğuyla test edilmiştir. Selüloz membranlarla bir çözücü geri kazanımı uygulaması olarak tavlanmış ve rejenere edilmiş membranlar, aprotik çözücüleri 1 g/L ve 10 g/L PES çözeltilerinden geri kazanmak için kullanıldı. Deneyler 10 bar ve 40 barda DMSO, NMP ve DMF'de yapıldı. Tavlanmış ve rejenere edilmiş selüloz membranlar, tüm solventlerde yaklaşık olarak 99% PES tutma oranına gösterdiler. Ayrıca, bu membranlar DMSO'da 10 gün boyunca, NMP ve DMF'de 25 gün boyunca stabil kaldı.
Özet (Çeviri)
Cellulose, the most abundant polymer in nature, is an attractive membrane material. Hydroxyl groups in the polymer chain make it hydrophilic, which makes cellulose membranes fouling resistant. Intra and intermolecular hydrogen bonding due to these groups on the other hand gives cellulose solvent resistance which is an attractive property for membrane filtration in organic solvents. Although cellulose is insoluble in many solvents, ionic liquids dissolve cellulose so that cellulose membranes can be prepared by phase separation. Molten salts which are in liquid form below 100 ºC are called as ionic liquids. In this study, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium acetate (EMIMAc) is used as ionic liquid. Alternatively, by deacetylation of cellulose acetate membranes in alkaline media, regenerated cellulose membranes are obtained without any necessity of ionic liquids. Sodium hydroxide solution serves as regenerating agent due to its hydroxide groups. Effect of deacetylation duration and solution concentration on the regeneration efficiency is examined by FTIR spectra. Increasing NaOH concentration and time until 24 hours increased the degree of deacetylation. Firstly, cellulose and regenerated cellulose membranes are fabricated in flat sheet geometry. Drying medium effect on membrane morphology and separation performance of flat sheet cellulose membranes was evaluated and drying from ethanol was chosen as best method. In order to find out deacetylation and annealing effects on separation performance of cellulose acetate membranes, filtration tests were performed with Bromothymol Blue (624 Da)-ethanol solution. Annealed cellulose acetate membranes showed >80% dye rejection while this value decreased after deacetylation. Membrane modules which are made of hollow fiber membranes have much higher surface area comparing with flat sheet membrane modules. In the view of limited sources, producing and characterizing cellulose hollow fiber membranes for OSN applications is very important for the chemical industry. In this study, cellulose and regenerated cellulose hollow fiber membranes for OSN applications are produced. Polymer solution, bore liquid and coagulation bath temperatures were varied to arrange skin layer of hollow fibers. Separation performances are evaluated with Bromothymol Blue (624 Da) retention. As an application of cellulose membranes in solvent recovery, annealed and regenerated membranes were used to recover aprotic solvents from their 1 g/L and 10 g/L PES solutions. Experiments were performed in DMSO, NMP and DMF at 10 bar and 40 bar. Annealed and regenerated cellulose membranes have over 99% PES rejections approximately in all solvents. Also these membranes were stable in DMSO for over 10 days, in NMP and DMF for over 25 days.
Benzer Tezler
- Solvent recovery from photolithography waste using cellulose ultrafiltration membranes
Selüloz ultrafiltrasyon membranları ile fotolitografi atıklarından çözücü geri kazanımı uygulaması
AYGEN SAVAŞ ALKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Effect of solvent choice on cellulose acetate membrane fabrication by phase inversion and deacetylation by alkaline hydrolysis
Çözücü sisteminin faz değişimi ile üretilen selüloz asetat membranlar ve alkali hidroliz ile deasetilasyona etkisi
FATMA SEDEN TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Selective separation and recovery of heavy metals from sewage sludge via integrated anaerobic bio-leaching and membrane processes
Anaerobik biyo-sızma ve membran ayrım işlemleri ile arıtma çamurlarından metal ayırma ve uzaklaştırma
HATİCE YEŞİL
Doktora
İngilizce
2021
Çevre MühendisliğiMarmara ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADİLE EVREN TUĞTAŞ KARNABAT
- Nanocellulose membranes via layer-by-layer assembly
Katman katman kaplanmış nanoselüloz membranlar
ONUR KAAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
PROF. DR. İREM EREL GÖKTEPE
- Membrane fabrication using nanocrystalline cellulose
Nanokristal selüloz kullanılarak membran üretimi
ECEM VOLKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN