Development of pan based composite membranes for pervaporation
Pervaporasyon için pan temelli kompozit membranların geliştirilmesi
- Tez No: 76101
- Danışmanlar: PROF. DR. TÜRKER GÜRKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1998
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 210
Özet
öz PERVAPORASYON İÇİN PAN TEMELLİ KOMPOZİT MEMBRANLARININ GELİŞTİRİLMESİ Okumuş, Emin Doktora, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Türker GÜRKAN Yardımcı Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Levent YILMAZ Eylül 1998, 182 sayfa Son yıllarda, etanol gelişme gösteren alternatif bir yakıt olmuştur. Enerji-yoğun saflaştırma prosesleri etanolun önemini ortaya koymaktadır. Bir membranlı ayırma tekniği olan pervaporasyon, yakıt kalitesindeki alkolün susuzlaştınlmasmda konvansiyonel tekniklere göre enerji tasarrufu sağlayan bir alternatiftir. Bu teknikte sıvı bir karışım seçici bir membranın bir yüzeyi ile direk temas halindedir ve ürün gaz fazında diğer yüzeyden ayrılmaktadır. Membran performanslarının geliştirilmesi pervaporasyon prosesinin ekonomik fizibilitesi için çok önemlidir. Kullanılan membranlar kabul edilebilir bir seçiciliğin yanında yüksek bir akıya sakip olmalıdır. Dolayısıyla bu çalışmanın amacı; azeotropik orana yakın bir karışımda etil alkol ve suyu pervaporasyon tekniği ile VIayırabilecek, yeni bir membran geliştirmek ve dolgulu membranlar için taşınım mekanizması açıklayan yeni bir model ortaya koymaktır. Önceki pervaporasyon deney düzeneği, bazı modifikasyonlardan sonra kullanılmıştır. Besleme sıcaklığı ve ürün kısmi basmcı gibi proses parametreleri, modifiye edilen deney düzeneğinde kolayca kontrol edilebilmektedir. Membran performansım arttırmak için suya karşı yüksek duyarlığı olan PAN polimeri ile 13X, 3 A ve 4A zeolitleri kullanılmıştır. Bu amaç doğrultusunda yeni bir membran hazırlama tekniği geliştirilmiştir. Membran hazırlama ortamlarının membran performansına olan etkisi de incelenmiş ve dolgulu membranlann yapılarım özellikle kullanılan çözücünün ve tavlama sıcaklığının belirlediği ortaya çıkmıştır. Dolgulu membranlann kesitsel yapılan Taramalı Elektron Mikroskobu ile analiz edilmiş ve uygulanan membran hazırlama adımlan ile tabakalı bir yapı elde edilmiştir. Hazırlanan membranlar zeolitsiz, zeolit-dolgulu ve örtü katmam olmak üzere üç tabaka içermektedir. Bu tabakalann kalınlıklannm toplam membran kalınlığına göre oranlan zeolit içeriği ile değişmektedir. Besleme derişimi, ürün kısmi basıncı gibi deneysel parametrelerin membran performansına olan etkisi de incelenmiştir. Membran için saf su ve etanol geçirgenlikleri belirlendikten sonra ağırlıkça yüzde 50 ile 92 alkol derişimleri arasında besleme çözeltisinin akısı, belirlenmiştir. Beslemedeki etanol derişimi arttığında membranın suyu sevme özelliğinden dolayı şişmesi azalmış bundan dolayı akı azalmış ve seçicilik artmıştır. Homojen membranlarda ürün kısmi basıncı arttığında (0.5 ile 15 mmHg arası) suyun akısı lineer olarak yüzde 30 oranında azalmış fakat etanol akısı 1.4 kat artmıştır. Dolgulu membranlar için toplam akısı ürün kısmi basmcı ile yaklaşık yüzde 15 oranında azalmıştır. Bu çalışmada, zeolit tanelerinin polimer yapışma eklenmesinin membran performansına olan etkisi de ağırlıkça yüzde 0 ile 50 arasında incelenmiştir. Düşük zeolit oranlarında (ağırlıkça yüzde 0 ile 25), zeolitsiz katmanın; orta zeolit oranlarında (ağırlıkça yüzde 25-35), zeolit dolgulu katmandaki zeolitlerin; ve yüksekzeolit oranlarında (ağırlıkça yüzde 35-50), zeolit taneciklerinin polimer yapısına olan uyumluluğunun taşınım mekanizmasını kontrol edeceği düşünülmektedir. Optimum olan orta zeolit oranlarında, seçicilikte 7 kat düşme, akıda ise 9 kat artma olmuştur. Hazırlanan katmanlı membranlar için yeni bir model geliştirilmiştir. Bu model, karışık yapılı membranlann katmanlı morfolojileri için uygulanabilir. Katmanlı yapıdaki zeolit dolgulu membranlann performansları belli bir oranda geliştirilen model ile tahmin edilebilmektedir. Anahtar Kelimeler : Etanol-Su Ayırımı, Pervaporasyon, Karışık- Yapılı Membran, Zeolit-Dolgulu Membranlar. PAN Membram, Katmanlı Yapı..
Özet (Çeviri)
In recent years, ethanol has become a promising alternative as a fuel. Emphasis is given to the purification step in the process since it is strongly energy intensive. Pervaporation which is a membrane separation process, is an alternative energy saving technique to conventional purification methods for the dehydration of fuel grade alcohol. It involves direct contact of a liquid mixture with one side of a selective membrane and the permeated product is removed as vapor from the other side. The enhancement of the membrane performances is very important for the economic feasibility of the pervaporation process. Membrane must have a high permeation rate with reasonable separation factor. Therefore, the aim of this study is to develop a novel membrane for the pervaporation of ethanol-water mixture near its azeotropic composition and to understand the transport mechanism which predicts the performances of the mixed-matrix type membrane.An earlier experimental set-up is used after modification. Process parameters such as feed temperature and permeate side vacuum pressure are more easily controlled with the modified set-up. To enhance the membrane performance, a polymer (PAN) which shows high affinity to water is used as the base polymer and zeolites (13X, 3 A and 4A) are used as fillers. A new membrane preparation technique is developed to produce mixed-matrix membranes. The effects of membrane preparation medium on the membrane performance is also investigated and it is observed mainly that the casting solvent and the annealing temperature strongly affect the morphology of the mixed-matrix or filled-membranes. Cross-sectional morphologies of mixed-matrix membranes are analyzed by SEM (Scanning Electron Microscope) and it is seen that a layered morphology is obtained with the procedure employed. The membranes consists of three layers : zeolite-free layer, zeolite-filled layer and a skin layer. The ratio of layer thicknesses to overall membrane thickness changes with the zeolite content. The effects of process parameters such as feed concentration and permeate side pressure on the membrane performances are also investigated. After obtaining permeabilities of pure ethanol and pure water through the membranes, the permeation rate of the feed solution is determined in the concentration range of 50-92 weight percent ethanol. As the ethanol concentration of the feed solution increases, membrane swelling decreases due to its hydrophilic nature; therefore the permeation rate decreases and selectivity increases. For the homogeneous membrane, as the permeate side pressure (between 0.5-15 mmHg) increases the permeation rate of water linearly decreases about 30 percent but that of ethanol increases 1.4 fold. For filled-membrane, total permeation rate decreases about 15 percent with permeate side pressure. The effect of the addition of zeolite particles in the 0-50 weight percent range to the polymer matrix on the membrane performance is also studied in this research. It is observed that at low zeolite content (0-25 wt %), the zeolite-free layer ; at moderatezeolite content (25-35 wt %), zeolite affinity in zeolite-filled layer; and at high zeolite content (35-50 %), the interaction of the particles with the polymer may be controlling the transport mechanism. With moderate zeolite content, which yields the most appealing results, flux values are increased about 9 fold with a loss of selectivity about 7 fold. A new transport model is developed for the new layered composite membranes. The model is applicable for the layered morphology of the mixed-matrix type membranes. The performance of the zeolite-filled membranes with a layered morphology can be predicted with reasonable accuracy with the developed model. Keywords : Ethanol- Water Separation, Pervaporation, Mixed-Matrix Membrane, Zeolite-Filled Membranes, PAN Membrane, Layered Morphology.
Benzer Tezler
- Çamaşır makinesi atık suyunun arıtımı ve yeniden kullanımı için selüloz nanofibril kaplamalı nanolif membranların geliştirilmesi
Development of cellulose nanofibrile coated nanofiber membranes for the treatment and reuse of washing machine wastewater
SEZER GENÇTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
- Thin film composite (TFC) nanofiltration membranes for water softening
Su yumuşatma amaçlı kullanılan ince film kompozit nanofiltrasyon membranları
TUTKU NUR MEMİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ
DR. SİMGE TARKUÇ
- Development of interlayer based thin-film nanofibrous composite membranes adjusted by functionalized carbon nanotubes for effectual water purification
Etkili su arıtma için fonksiyonelleştirilmiş karbon nanotüplerle ayarlanan iç tabaka bazlı ince film nanolifli kompozit membranların geliştirilmesi
SEYEDEHNEGAR ARABI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİHTER ZEYTUNCU GÖKOĞLU
DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Synthesis, characterization, and application of a novel thin film composite (TFC) forward osmosis (FO) membrane for seawater desalination
Deniz suyu arıtımı için yeni ince film kaplamalı ileri osmoz (İO) membranı üretimi, karakterizasyonu ve uygulanması
RAED M S ELKHALDI
Doktora
İngilizce
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Gümüş nanopartikülleri ile kompozit ince boşluklu fiber membran üretimi, karakterizasyonu ve uygulaması
Nanocomposite hollow fiber membrane fabrication with silver nanoparticle, characterization and application
TÜRKER TÜRKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU