Membrane fabrication using nanocrystalline cellulose
Nanokristal selüloz kullanılarak membran üretimi
- Tez No: 644212
- Danışmanlar: DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 215
Özet
Selüloz, moleküller içi ve moleküller arası hidrojen bağlarından dolayı birçok çözücüye dirençli bir hidrofilik biyopolimerdir ve kirlenmeye karşı dirençlidir, bu da selülozu sulu ve organik ortamlarda membran uygulamaları için çekici kılar. Nanokristalin selüloz (NKS), yüksek yüzey alanı, çubuk benzeri yapısı, iyi dispersiyon yetenekleri, biyolojik olarak parçalanabilirlik ve nano boyutları nedeniyle gelecek vaat eden bir malzemedir. NKS, mineral asitler kullanılarak selülozun asit ile hidrolize edilip amorf bölgelerinin sindirilmesi ile elde edilir ve bu işlem sonucunda kristal nanolifler kalır. Bu çalışmada temel amaç nanokristalin selüloz kullanarak membran imalatı yapmaktır. İlk prosedür, seçici bir membran tabakası oluşturmak için bir destek membranı üzerinde bir NCC süspansiyonunun kontrollü çökeltilmesi yoluyla membranlar üretildi ve bu membranların stabilitesi, morfolojisi ve ayırma performansı incelendi. Diğer bir prosedürde ise çözünen madde reddini arttırma nihai amacı ile geliştirilmiş kristalliği olan tüm selüloz nanokompozit membranlar, ya NKS'nin membran döküm çözeltisine eklenmesi ya da selülozun kısmi çözünmesi ile üretildi. % 50 sulu H2SO4 çözeltisi kullanılarak, 10 ml / g asit selüloz oranı ve 30 dakika reaksiyon süresi (NCC50H2SO4-pamuk-30/10) ile ~ 250 nm uzunluğunda ve ~ 30 nm genişliğinde NCC üretildi ve biriktirme yöntemi ile membran üretiminde kullanıldı. NCC'nin stabil kolloidlerinin CA veya PES destek membranı üzerinde çökeltilmesi için 200 mM AlCl3 ve 1 M NaOH kullanıldı. CA10 destek membranı üzerinde farklı NCC biriktirme miktarları, NCC membranı üzerindeki birikim kalınlığı etkisini görmek için kullanıldı. NCC'nin CA10 destek membranı üzerinde birikmesi, birikinti miktarıyla orantılı olarak saf su geçirgenliğini azalttı ve tüm biriktirme miktarları için Mavi Dekstranın (5 kDa) reddini % 52'den ̴ % 90'a yükseltti. Ayrıca 0.24 mg / cm2 birikimli membranlar suda 1 haftaya kadar stabil kalmıştır. Ek olarak, biriken NCC'nin alkali desülfasyonu ile üretilen membranlar, muhtemelen destek membran gözenekleri üzerindeki yüksek alkaliliğin etkisinden dolayı, gözeneksiz düzgün birikime sebep olmadı. NCC veya kısmen çözünmüş selüloz içeren polimer çözeltileri kullanılarak imal edilen membranlar, selülozun kristalli bölgelerinin topaklaşması, şişmesi veya tamamen çözünmesi nedeniyle iyileştirilmiş reddetme değerleri elde edilemedi.
Özet (Çeviri)
Cellulose is a biopolymer which is resistant to many solvents due to inter- and intramolecular hydrogen bonds; also, it is hydrophilic and resistant to fouling, which makes cellulose attractive for membrane applications in aqueous and organic media. Nanocrystalline cellulose (NCC) is a promising material due to high surface area, rod-like structure, good dispersion abilities, biodegradability and nanoscale. It is produced by acid hydrolysis using mineral acids to digest amorphous regions of the cellulose chain, yielding crystalline regions as discrete crystalline nanofibers. In this study, the main aim is to fabricate membranes using nanocrystalline cellulose. The first procedure is to fabricate membranes via controlled precipitation of an NCC suspension on a support membrane to produce a selective membrane layer without using organic solvents, and these membranes' stability, morphology, and separation performance were examined. In other procedure, the all-cellulose nanocomposite membranes with improved crystallinity with the ultimate goal of increasing solute rejection were produced by either adding NCC into membrane casting solution or partial dissolution of cellulose by investigation membranes' crystallinity, morphology and separation performances. Using 50 % aqueous H2SO4 solution, 10 ml/g acid to cellulose ratio and 30 minutes reaction time (NCC50H2SO4-cotton-30/10) NCC with ~ 250 nm length and ~ 30 nm width was produced and used in membrane fabrication by deposition. For precipitating the stable colloids of NCC on the CA or PES support membrane, 200 mM AlCl3 and 1 M NaOH were used. Different NCC deposition amounts on the CA support membrane were used to see the deposition thickness effect on the NCC membrane. Deposition of NCC on CA support membrane decreased the pure water permeance, proportional to the deposition amount, and increased the rejection of Blue Dextran (5 kDa) from 52 % to ̴ 90 % for all deposition amounts. Besides, membranes with 0.24 mg/cm2 deposit were stable in water for up to 1 week. Membranes fabricated by alkali desulfation of deposited NCC, on the other hand, did not form defect-free continuous deposits, possibly due to the effect of the high alkalinity used on the support membrane pores. Membranes fabricated using polymer solutions containing NCC or partially dissolved cellulose did not show improved rejection due to aggregation, swelling or complete dissolution of crystalline regions of cellulose.
Benzer Tezler
- Polietersülfon (PES) ve poliakrilonitril (PAN) polimerleri kullanılarak düz-plaka membranların üretimi ve uygulamaları
Flat-sheet membrane fabrication and applications using polyethersulfone (PES) and polyacrylonitrile (PAN) polymers
MEHMET EMİN PAŞAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Membrane fabrication via shear induced deposition and chemical stabilization of cellulose nanocrystals
Tempo oksidasyonlu selüloz nanokristallerin yüzeyde kesme kuvveti ile biriktirilmesi ile membran üretimi ve kimyasal stabilizasyonu
BERK CAN İÇTEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU
- Fabrication and characterization of silver embedded polymeric membranes for water and wastewater treatment
Su ve atıksu arıtımında kullanılmak üzere gümüş nanoparçacık katkılı nano-kompozit membran üretimi ve karakterizasyonu
KORAY EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Çevre MühendisliğiMarmara ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ELİF SOYER
- Biomimetic approaches for the fabrication of hollow fiber nanofiltration membranes
Biyomimetik yaklaşımlarla içi boşluklu nanofiltrasyon membran üretimi
REYHAN ŞENGÜR TAŞDEMİR
Doktora
İngilizce
2018
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Karbon nanotüp katkılı nanokompozit polimerik membranların üretimi, karakterizasyonu ve uygulaması
Nanocomposite polymeric membrane fabrication with carbon nanotube, characterization and application
DERYA KARŞI
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU