Preparation and characterization of aliphatic cyclopolymer derived membranes for water treatment
Su arıtımı için alifatik siklopolimer türevli membranların hazırlanması ve karakterizasyonu
- Tez No: 784383
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN ÜNAL, DR. SELDA ERKOÇ İLTER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
The need for clean water is increasing all over the world due to the growth of the population, agricultural activities, and industrial applications. Reverse osmosis (RO) water treatment membrane technology is an emerging technology as it is the most cost-effective way to reach clean water. Cellulose acetate (CA) and polyamide thin film composite (PA-TFC) membranes are the most common, commercially available RO membranes. CA is an ideal bio-based membrane material with its excellent film-forming ability, cost-effectiveness, biodegradability, and renewability. Compared to aromatic PA-TFC membranes, the main advantages of CA-based RO membranes are ease of manufacture and chlorine resistance. However, flux, fouling resistance, and mechanical strength need to be improved in CA membranes. On the other hand, PA-TFC membranes have excellent separation performance, yet they need improvements in chlorine and fouling resistance. At this point, the development of innovative membrane materials and technologies to obtain potable water is critically important. In this study, tert-butyl alpha-(hydroxymethyl) acrylate (TBHMA) ether dimer cyclopolymer and its carboxylic acid functional derivative were synthesized, and for the first time, used as membrane materials for water treatment applications. Cyclopolymer membranes were produced in two different ways. Firstly, CA/tert-butyl cyclopolymer (TBCP) composite membranes were produced by the non-solvent induced phase separation (NIPS) process. For this purpose, TBCP polymers with different molecular weights were synthesized. The effects of TBCP content relative to CA, the molecular weight of TBCP, and the viscosity of the casting solution on the performance of produced membranes were investigated. Secondly, acid cyclopolymer thin film composite (CP-TFC) membranes were produced. CP-TFC membranes were prepared by solution coating of acid cyclopolymers on a polysulfone support layer. Carboxylic acid functional cyclopolymers (ACP) were obtained by the acid hydrolysis of tert-butyl ester groups of TBCP and used as membrane materials. The membranes were fabricated from ACPs based on the metal ion crosslinking properties of carboxylic acid groups. Characterization of synthesized cyclopolymers was performed using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermal gravimetric analysis (TGA), and differential scanning calorimetry (DSC). For the analysis of surface properties and morphology of produced membranes, scanning electron microscope (SEM), water contact angle (WCA), and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) were used. Flux and salt rejection analyses of produced membranes by both approaches were performed at both RO and nanofiltration levels in a high-pressure membrane filtration system. Performance analyses showed that the novel CA/TBCP composite membranes present better flux performance compared to CA membranes and can be used as RO and nanofiltration membranes. On the other hand, it was demonstrated that the iron (Fe) ion cross-linked membrane can be used for nanofiltration applications in ionically cross-linked carboxylic acid cyclopolymer TFC membranes.
Özet (Çeviri)
Nüfusun artışı, tarımsal faaliyetler ve endüstriyel uygulamalar nedeniyle temiz suya olan ihtiyaç tüm dünyada artmaktadır. Ters ozmoz (RO) su arıtma membran teknolojisi, temiz suya ulaşmanın en uygun maliyetli yolu olduğu için gelişmekte olan bir teknolojidir [1]. Selüloz asetat (CA) ve poliamid ince film kompozit (PA-TFC) membranlar, piyasada bulunan en yaygın RO membranlarıdır. CA, mükemmel film oluşturma yeteneği, maliyet etkinliği, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve yenilenebilirliği ile ideal bir biyo-bazlı membran malzemesidir. Aromatik PA-TFC membranlara kıyasla CA bazlı RO membranların başlıca avantajları, üretim kolaylığı ve klor direncidir. Bununla birlikte, CA membranlarında akı, kirlenme direnci ve mekanik mukavemetin iyileştirilmesi gerekmektedir. PA-TFC membranları mükemmel ayrıştırma performansına sahiptir, ancak klor ve kirlenme direncinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu noktada, içme suyu elde etmek için yenilikçi membran malzemeleri ve teknolojilerinin geliştirilmesi kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, tert-bütil alfa-(hidroksimetil) akrilat (TBHMA) eter dimer siklopolimeri ve karboksilik asit fonksiyonel türevi sentezlenmiş ve ilk kez su arıtma uygulamalarında membran malzemesi olarak kullanılmıştır. Siklopolimer membranlar iki farklı şekilde üretilmiştir. İlk olarak, CA/tert-bütil siklopolimer (TBCP) kompozit membranlar, solventsiz faz ayırma (NIPS) prosesi ile üretilmiştir. Bu amaçla farklı moleküler ağırlıklara sahip TBCP polimerleri sentezlenmiştir. CA membranlara TBCP ilavesinin etkileri, TBCP'nin moleküler ağırlığı ve döküm solüsyonunun viskozitesinin üretilen membranların performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. İkinci olarak siklopolimer ince film kompozit (CP-TFC) membranlar üretilmiştir. CP-TFC membranları, bir polisülfon destek tabakası üzerine siklopolimerlerin solüsyon kaplamasıyla hazırlanmıştır. TBCP'nin tert-bütil ester gruplarının asit hidrolizi ile karboksilik asit fonksiyonel siklopolimerleri (ACP) elde edilmiş ve membran malzemesi olarak kullanılmıştır. Membranlar, karboksilik asit gruplarının metal iyonu çapraz bağlama özelliklerine dayalı olarak ACP'den üretilmiştir. Sentezlenen siklopolimerlerin karakterizasyonu, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), termal gravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) kullanılarak yapılmıştır. Üretilen membranların yüzey özelliklerinin ve morfolojilerinin analizi için taramalı elektron mikroskobu (SEM), su temas açısı ölçeri (WCA), enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDS) kullanılmıştır. Her iki yaklaşımla üretilen membranların akı ve tuz reddi analizleri, yüksek basınçlı membran filtrasyon sisteminde hem RO hem de nanofiltrasyon (NF) uygulamaları için gerçekleştirilmiştir. Performans analizleri, yeni CA/TBCP kompozit membranların, CA membranlara kıyasla daha iyi akı performansı sunduğunu, RO ve nanofiltrasyon membranı olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Öte yandan demir (Fe) metal iyonu çapraz bağlı membranın iyonik çapraz bağlı CP-TFC membranlarda, nanofiltrasyon uygulamaları için kullanılabileceği görülmüştür.
Benzer Tezler
- Güneydoğu Anadolu asfaltit ve kömürlerinin pirolizi ile sıvı yakıt eldesi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of liquid fuel by pyrolysis of asphaltites and coal from Southeast Anotolian region
ABDURRAHMAN SAYDUT
- Kil içeren polimer nanokompozit malzemelerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of polymer nanocomposite materials containing clay
MURAD TURNA
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVİM KARATAŞ
DOÇ. DR. SEYFULLAH MADAKBAŞ
- Preparation and characterization of avgamasya asphaltite and Raman-Dinçer crude oil derived pitches for production of stabilized fiber
Avgamasya asfaltı ve Raman-Dinçer ham petrollerinden stabilize karbon fiber üretimi için zift hazırlanması ve karakterizasyonu
HADİ ABDULKARİM EL AKRAMİ
Doktora
İngilizce
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM EKİNCİ
- İyonofor yeni tip ftalosiyanin malzemelerinin eldesi ve karaterizasyonu
Preparation and characterization of a new type ionophore materials
HALİT SİNAN ÇETİN
- Serisin nanoliflerin elektro-eğirme yöntemi ile hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of sericin nanofibers using electro-spinning technique
DEMET SEZGİN MANSUROĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Kimyaİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM ÇINARLI
DOÇ. DR. GÖKHAN ÇAYLI