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
- Tez No: 830996
- Danışmanlar: PROF. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN, DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Bu çalışmada, selüloz nanokristalleri (SNK) ile bir membran oluşturma yöntemi ve kimyasal çapraz bağlanması gösterilmiştir. SNK gibi koloidler ile membran üretimiyle gözenek boyutlarının ayarlanabilmesi ve gözenek yapısı kristaller arası boşluklar olacağından dar bir gözenek boyu dağılımı elde edilmesi amaçlanmıştır. TEMPO ((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl) selüloz nanokristal süspansiyonları AgNO3 ve potasyum persülfatla (KPS) çapraz bağlanmıştır. Çapraz bağlama sırasında parçacık boyutunun 2 saatin ardından stabilize olduğu bulanıklık ölçümü ile gözlenmiştir. Buna ek olarak, membran üretimi için optimal çapraz bağlama karışımının %0,08 KPS ve %0,36 AgNO3 olduğu sonucuna varılmıştır. Elde edilen TEMPO SNK süspansiyonları içine NaCl eklenerek veya eklenmeyerek gözenekli bir destek yüzeyine çapraz akı altında biriktirilmiş ve oluşan katman gümüş nitrat ve potasyum persülfatla çapraz bağlanarak stabilize edilmiştir. TEMPO SNK'ların yerleştirme sırasında tuz eklenmediği ve ardından çapraz bağlandığı durumda etanol solüsyonunda 1 haftaya kadar, devamlı filtrasyonda ise 2 gün stabil kaldığı görülmüştür. Desülfasyon ardından TEMPO oksidasyona uğramış SNKlarla üretilen membranların mavi dekstran (5 kDa) performansının azaldığı gözlenmiştir. Bu azalma büyük ihtimalle desülfasyon sebebiyle yüzey yükünün azalması sonucu Donnan dışlaması etkisinin azalması kaynaklıdır. Membranlarda iç stresin azaltılması ve oluşan çatlakların azaltılabilmesi için süspansiyonlara depozisyon sırasında 100 mM NaCl eklenmiştir. Depozisyon ardından membranlar çapraz bağlanmış ve elde edilen membranların stabilitesinin 5 gün devamlı saf su filtrasyonunda ve günlük mavi dekstran (5 kDa) reddi testinde %95 red oranında sabit kalabildiği görülmüştür. Ayrıca, elde edilen membranların tuz eklenmesinin ardından kolesterik simetri davranışı gösterdiği görülmüştür. Elde edilen Kolesterik yapı ıslakken görünür renkte Bragg yansıması gösterirken, kurutulduğunda ise perde aralığının ultraviyole bölgeye geçtiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
This study shows membrane preparation using cellulose nanocrystals and their chemical crosslinking. Membrane preparation with colloids like cellulose nanocrystals is expected to lead to tuneable membrane structures which would have narrow pore size distribution. AgNO3 and KPS potassium persulfate were used for crosslinking for TEMPO (2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl (TEMPO) oxidation CNCs (cellulose nanocrystals). For 2 hours reaction, particle size was found to be stabilized with stabilization of turbidity. Additionally, 0.08 % KPS and 0.36 % AgNO3 were found to be optimal crosslinker concentrations for the membrane application. Membrane preparations were done with crossflow deposition of TEMPO CNC suspensions on a porous support with or without addition of NaCl in suspension during deposition. These layers were stabilized with AgNO3 and KPS crosslinking. Membranes prepared with suspensions not containing any salt were stable for up to 1 week in ethanol solution and 2 days of continuous filtration experiments. It was also observed that the membrane rejection is partly caused by Donnan exclusion. To reduce internal stress in the membrane and prevent cracking, 100 mM NaCl was added to the TEMPO CNC suspension, which increased the stability of the layer where 5 days of continuous filtration did not change the membrane performance, and higher than 95% blue dextran (5 kDa) rejection was observed for the membrane. Additionally, salt addition led to the formation of cholesteric self assembly on the TEMPO CNC layer. This layer showed visible wavelength Bragg's reflection in wet state where the pitch length decreased to ultraviolet range which could only be observed with scanning electron microscopy.
Benzer Tezler
- Effect of solvent choice on cellulose acetate membrane fabrication by phase inversion and deacetylation by alkaline hydrolysis
Çözücü sisteminin faz değişimi ile üretilen selüloz asetat membranlar ve alkali hidroliz ile deasetilasyona etkisi
FATMA SEDEN TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Yüksek bor ayırma kapasitesine sahip yeni nesil ince film nanokompozit membranlar
Novel thin film nanocomposite membranes with high boron removal capacity
SÜER KÜRKLÜ KOCAOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ
- Processing cellulose nanocrystal suspensions for aligned deposition
Selüloz nanokristal süspansıyonlarının hizalı biriktirme yöntemiyle işlenmesi
CEREN KOCAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU
DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Membrane fabrication using nanocrystalline cellulose
Nanokristal selüloz kullanılarak membran üretimi
ECEM VOLKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- 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