Solvent recovery from photolithography waste using cellulose ultrafiltration membranes
Selüloz ultrafiltrasyon membranları ile fotolitografi atıklarından çözücü geri kazanımı uygulaması
- Tez No: 688156
- Danışmanlar: DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Bu çalışmada, organik çözücüde ultrafiltrasyon uygulamalarında ve fotolitografi atıklarından çözücü geri kazanımında selüloz membranların ayırma performanslarının incelenmesi için selüloz ultrafiltrasyon membranları üretilmiştir. Selüloz membranların üretimi için, ilk olarak selüloz asetat membranlar üretilmiş ve ardından alkali hidroliz yöntemi ile selüloz membranlar elde edilmiştir. Membranlar; %20-30 derişim aralığında selüloz asetat, çözücü olarak dimetil sülfoksit (DMSO), ortak çözücü olarak aseton ve gözenek oluşturucu olarak polyethyelene glycol (PEG) içeren polimer çözeltilerinin dökülmesi ile üretilmiştir. Fotolitografi atıklarının saflaştırılması uygulamalarının öncesinde yüksek tutulum ve makul bir geçirgenlik performansına sahip membranların elde edilmesi amacıyla; polimer, ortak çözücü, gözenek oluşturucu kompozisyonları ve koagülasyon banyosu sıcaklığı değiştirilerek ve tavlama işlemi uygulanarak performans optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Membranların ayırma performansı molekül ağırlığı ayırma sınırı analizleri ile test edilmiş ve bu testler ilk olarak sulu ortamda gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, DMSO ve metanol ortamında membranların farklı çözücülerde molekül ağırlığı ayırma sınırı performansındaki değişim incelenmiştir. Molekül ağırlığı ayırma sınırı testlerinde, farklı molekül ağırlığına sahip PEG molekülleri filtrasyon testlerinde kullanılmış ve analizler için, Jel Geçirgenlik Kromatografisi yöntemi uygulanmıştır. Suda gerçekleştirilen molekül ağırlığı ayırma sınırı testlerinde, farklı membranlara ait molekül ağırlığı ayırma sınırı aralığı 3-10 kDa olarak belirlenmiştir. Öte yandan; DMSO, su ve metanol ortamında karşılaştırma amacıyla yapılan molekül ağırlığı ayırma sınırı testleri sırasıyla 1.3, 3 ve 5 kDa değerleriyle sonuçlanmıştır. Fotolitografi, mikroelektronik aletlerin fabrikasyonunda yaygın olarak kullanılan bir yöntem olup işlem aşamalarında kısa devre arızalarının engellenmesi için metal içermeyen yüksek saflık düzeyine sahip çözücülerin kullanımını gerektirmektedir. Bu çalışmada, tab banyosunun sentetik olarak elde edilmesinde 0.5-2.5 g/L konsantrasyonunda SU-8 fotorezisti içeren propilen glikol monometil eter asetat (PGMEA) çözeltileri hazırlanmış ve selüloz ultrafiltrasyon membranları ile iki aşamalı filtrasyonda filtrelenmiştir. 1. ve 2. filtrasyon aşamalarının sonunda sırasıyla %91 ve %80 SU-8 tutulum değerleri ölçülmüştür. Ardından, iki aşamalı filtrasyonda elde edilen süzüntülerin karışımı fotolitografide test edilmiş ve geri kazanılmış PGMEA'de elde edilen desen sonuçları, saf PGMEA ile uygulanan fotolitografinin desen sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, geri kazanılmış çözücü ile elde edilen desen umut vaat eden nitelikte olup; mikroelektronik endüstrisindeki büyük ölçekli uygulamalar için maliyet etkinliği, sürdürülebilirlik ve döngüsel ekonomi çerçevesinde kritik bir çıktı elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Cellulose flat sheet ultrafiltration membranes were fabricated for the investigation of their separation performance in Organic Solvent Ultrafiltration (OSU) applications and for the solvent recovery from photolithography wastes. Firstly, cellulose acetate membranes were produced and then, these were converted into cellulose membranes via alkaline hydrolysis. The membranes were cast from polymer solutions containing cellulose acetate as polymer with 20-30% concentration range, dimethyl sulfoxide (DMSO) as solvent, acetone as co-solvent and polyethylene glycol (PEG) as pore former agent. Before use in photolithography waste purification, performance tuning was carried out by changing the polymer, co-solvent, pore former composition; coagulation bath temperature and applying the process of annealing for the main aim of obtaining membranes having high rejection performance accompanying a reasonable permeance. The separation performance of the membranes was tested with the molecular weight cut-off tests and the MWCO tests were firstly done in water. Then, the change in MWCO performance in different solvents was investigated in DMSO and methanol. In MWCO tests, PEG probes with different molecular weights were used for the filtration and Gel Permeation Chromatography (GPC) was used for the analysis. In MWCO tests performed in water, the obtained MWCO range with different membranes was 3-10 kDa. On the other hand, the MWCO tests performed in DMSO, water and methanol for the comparison resulted in 1.3, 3 and 5 kDa. Photolithography is a process widely used in the fabrication of microelectronic devices and it requires high purity metal-free solvents for the process steps to prevent short-circuit failures. In the study, the mimic of developer bath solution with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) consisting of 0.5-2.5 g/L SU-8 photoresist were firstly prepared and filtered via two-stage filtration by the cellulose ultrafiltration membranes. At the end, 91% and 80% SU-8 rejection values were obtained for the first and second filtration stages, respectively. Then, the permeate mixture of two-stage filtrations were tested in photolithography and the pattern results of recycled PGMEA were compared with the pattern of the photolithography applied with fresh PGMEA. As a result, the obtained pattern imprinted via recycled solvent was promising and so, a critical outcome was obtained from cost-efficiency, sustainability and circular economy aspects for the large-scale applications in the microelectronics industry.
Benzer Tezler
- Bitkisel yağlardan çözücü ekstraksiyonu ile serbest yağ asitlerinin giderilmesinin ardından çözücünün iyon değişimi ile geri kazanılması
Ion exchange for solvent recovery in deacidification of vegetable oils by solvent extraction
MELİKE ERGUVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALE GÜRBÜZ
- Atık gaz akımından çözücü geri kazanımına yönelik bir membran sistemin tasarımı ve benzetimi
Design and simulation of a membrane system for solvent recovery from waste gas stream
ALİ KIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ SALT
- Yağ+ yağ asidi+ çözücü sisteminin sıvı-sıvı faz dengelerinde kısmi gliseridlerin etkisi
Effect of partial glycerides on equilibrium data for the system of vegetable oil+ fatty acids+ solvent
BURCU SÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALE GÜRBÜZ
- Sıvı sıvı ekstraksiyonu ile maya atıksuyu membran çıkışından uçucu yağ asidi geri kazanımı
Recovery of volatile fatty acids from anaerobic fermantation broth by liquid liquid extraction
AYŞEGÜL NALAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ
- Çinkur atıklarından metal kazanımında kolin klorür-üre derin ötektik çözücüsünün kullanımı
Use of choline chloride-urea deep eutectic solvent in metal recovery from çi̇nkur zinc residue
FATIMA ÖZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN RÜŞEN