Processing cellulose nanocrystal suspensions for aligned deposition
Selüloz nanokristal süspansıyonlarının hizalı biriktirme yöntemiyle işlenmesi
- Tez No: 730157
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU, DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Üretim parametrelerini ayarlayarak membran performansı üzerinde hassas kontrol oldukça arzu edilir. 180 nm uzunluğunda ve 8 nm çapında selüloz nanokristalleri (CNC'ler) teğetsel akış filtrasyonu yoluyla gözenekli destek üzerinde biriktirerek ve ardından biriken tabakaya yüksek konsantrasyonlu AlCl3 çözeltisi nüfuz ettirerek tabakayı geri döndürülemez sekilde pıhtılastırarak ultrafiltrasyon membranları geliştirdik. Yeterince yüksek bir kesme hızında destek yüzeyinde CNC'ler akış yönünde hizalanarak nematik bir düzen gösterir. Nematik faza geçiş için kesme hızı, reoloji analizi, polarize optik mikroskopisi ve membran performansı birbirleriyle tutarlıydı yaklaşık olarak 10 sˆ–1 idi. Bir AlCl3 çözeltisinin kesme hizalı CNC tortusu içinden geçmesi, itici elektrostatik etkileşimleri tarayarak CNC katmanını stabilize etti ve kararlı CNC katmanı elde edildi. Yüzey kesme hızı 10'dan 50 sˆ–1'a değiştirildiğinde, CNC'lerin sıra parametresi 0,17'den 0,7'ye yükseldi ve Mavi Dekstran (5 kDa) için reddetme %82'den %92,7'ye yükseldi ve β-laktoglobulin (18 kDa) %89.6'dan %93.7'ye yükseldi. Biriktirme sırasında nanokristaller arasındaki elektrostatik etkileşimleri değiştirerek, CNC süspansiyonlarının iyonik gücü ve pH'ı değiştirilerek, membran performansı ayarlandı. CNC süspansiyonlarının NaCl konsantrasyonunun 0'dan 25 mM'ye arttırılması, Mavi Dekstran (5 kDa) reddini yüksek teğetsel akış hızında %92,7'den %97'ye ve düşük teğetsel akış hızında %82'den %97'ye yükseltti. Yüksek teğetsel akış hızında üretilen membranlar için,NaCl konsantrasyonu 0'dan 25 mM'ye yükseldiğinde β-laktoglobulin (18 kDa) reddi %93,7'den %98'e yükseldi. CNC süspansiyonlarının artan pH'ı ayrıca, biriken katmandaki CNC'ler arasında daha küçük bir genel parçacıklar arası mesafe anlamına gelen prob molekül reddini de arttırdı. CNC membranlarının saf su geçirgenlikleri, benzer ayırma özelliklerine sahip ticari membranlarla karşılaştırılabilir ölçekteydi. Polarize optik mikroskobu analizleri, CNC'lerin ve bunların kümelerinin veya taktoidlerinin hizalanmasının CNC tortularının morfolojisini etkilediğini gösterdi. Her durumda, CNC membran yapıları ve performansları, uygulaması kolay parametrelerle ayarlandı. Sonuç olarak, seçici tabakayı oluşturmak için sulu CNC süspansiyonlarını kullanan, ultrafiltrasyon membranlarının reddetme özelliklerini kontrol etmek için basit ve ölçeklenebilir bir yöntem geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Precise control over membrane performance by tuning fabrication parameters is highly desirable. We developed ultrafiltration membranes by depositing cellulose nanocrystals (CNCs) of 180 nm length and 8 nm diameter on porous support via tangential flow filtration, then irreversibly coagulated the deposited layer permeating highly concentrated AlCl3 solution. At a high enough shear rate on the support surface, CNCs aligned in the flow direction, showing a nematic order. The shear rates for transition to the nematic phase determined from rheology analysis, polarized optical microscopy, and membrane performance were consistent with one another, at ca. 10 sˆ–1. Permeating and AlCl3 solution through the shear-aligned CNC deposit stabilized the CNC layer by screening repulsive electrostatic interactions, and the stable CNC layer was obtained. On changing the surface shear rate from 10 to 50 sˆ–1, the order parameter of CNCs increased from 0.17 to 0.7, and the rejection for Blue Dextran (5 kDa) increased from 82 to 92.7% and that for β-lactoglobulin (18 kDa) increased from 89.6 to 93.7%. By varying electrostatic interactions between nanocrystals during deposition, membrane performance was also tuned via changing ionic strength and pH of CNC suspensions. Increasing NaCl concentration of CNC suspensions from 0 to 25 mM increased Blue Dextran (5 kDa) rejection from 92.7% to 97% at high tangential flow rate and from 82% to 97% at low tangential flowrate. For membranes fabricated at high tangential flow rate, β-lactoglobulin (18 kDa) rejections increased from 93.7% to 98% when NaCl concentration increased from 0 to 25 mM. Increasing pH of CNC suspensions also increased probe molecule rejections, implying a smaller overall interparticle distance between CNCs in the deposited layer. CNC membranes' pure water permeances were comparable to commercial membranes of similar separation properties. Polarized optical microscopy analyses showed that the alignment of CNCs and their aggregates, or tactoids, affect CNC deposits' morphology. In all cases, CNC membrane structures and performances were tuned by easy-to-apply parameters. Hence, a simple and scalable method for controlling the rejection properties of ultrafiltration membranes is developed, which uses aqueous CNC suspensions to form the selective layer.
Benzer Tezler
- Comparison of polylactide/cellulose nanocrystal nanocomposites properties prepared through solution casting and melt mixing
Çözelti dökümü ve eriyik karıştırma yöntemleriyle hazırlanan polilaktik asit/ selüloz nanokristal nanokompozitlerin özelliklerinin karşılaştırılması
DOĞAN ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MOHAMMADREZA NOFAR
- Preparation and characterization of polylactide/poly (butylene adipate-co-terephthalate)/cellulose nanocrystal blend nanocomposites
Selüloz nanokristal içeren polilaktik/poli (bütilenadipat-ko-tereftalat) harman nanokompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
DENİZ SEMA SARUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Dynamically bonded cellulose nanocrystals hydrogels: Structure, rheology and fire prevention performance
Dinamik bağlı selüloz nanokristal hidrojelleri: Yapı, reoloji ve alev önleme performansı
NAZLINUR KOPARİPEK ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ŞENSES
- Industrial scale sustainable nanocomposite production by melt mixing technique
Eriyik harmanlama tekniği ile endüstriyel ölçekte sürdürülebilir nanokompozit üretimi
NESRİN AVCIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
DR. MUSTAFA DOĞU
- Damage classification of cnt/cnc-reinforced pu foam-cored sandwich panels through acoustic emission testing
Akustik emisyon yöntemi ile knt/snk katkılı pu köpük dolgulu sandviç plakaların hasar mekanizmalarının incelenmesi
EYÜPHAN KÜÇÜKKALFA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KAAN YILDIZ