Üretilen polimer matrisli nanokompozit membranların çoklu ölçekte modellenmesi
Multi-scale modelling of manufactured nanocomposite membranes with polymeric matrix
- Tez No: 868842
- Danışmanlar: PROF. DR. NEŞE TÜFEKCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Polimerik membranlar düşük maliyetleri ve üretim kolaylıkları nedeniyle su filtrasyon uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, poliviniliden florürden (PVDF) ve polivinilpirolidondan (PVP) oluşan PVDF/PVP membrana ve polisülfon (PSf) ve PVP'den oluşan PSf/PVP membrana selüloz nanokristal (CNC) ve selüloz nanofiber (CNF) takviyesiyle membranların özelliklerinde ve performansında meydana gelen değişimler araştırılmıştır. PVDF/PVP ve PSf/PVP bazlı membranlara ağırlıkça %0,5 ve %1 CNC veya CNF takviye edilerek takviye oranının membran özelliklerini ve performansını geliştirmeye yönelik etkisi ortaya koyulmuştur. Tüm düz tabaka membranlar solvent olmayan (su) tarafından indüklenen faz inversiyon yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen membranların yüzey morfolojisi, pürüzlülüğü, kristalinitesi, porozitesi, ortalama por boyutu, su tutma kapasitesi, mekanik özellikleri karakterize edilmiştir. Üretilen temiz membranların saf su ve yüzeysel su akı performansı 3 bar basınçta dead-end filtrasyon düzeneğinde belirlenmiştir. Yüzeysel su filtre edildikten sonra 15 dakika boyunca fiziksel olarak distile su temizlenen kirli-temizlenmiş membranların saf su akıları 3 bar basınçta tespit edilmiştir. Membranların akı geri kazanım oranı (FRR), toplam kirlenme oranı (Rt), geri dönüştürülemez kirlenme oranı (Rir) ve geri dönüştürülebilir kirlenme oranı (Rr) belirlenerek membranların kirlenmeye karşı direnç performansları değerlendirilmiştir. Membranların kirlenme direncinin daha ayrıntılı olarak incelenmesi amacıyla kirli-temizlenmiş membranların yüzeyleri taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile karakterize edilmiştir. Faz inversiyonla üretilen PVDF/PVP bazlı ve PSf/PVP bazlı membranların morfolojik özellikleri arasındaki farklılık Hansen çözünürlük parametreleriyle açıklanmıştır. Çalışmanın son bölümünde, üretilen nanoselüloz takviyeli nanokompozit membranların elastisite modülleri çeşitli modelleme teknikleriyle (Mori-Tanaka, Sonlu Elemanlar, Voigt-Reuss, Self-Consistent ve Halpin Tsai) tahmin edilmiştir. Modelleme çalışmalarından elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla (çekme testi sonuçları) karşılaştırılarak modelleme yöntemlerinin tahmin başarısı ortaya koyulmuştur. Bu çalışma, iki nanoselüloz türünün (CNC ve CNF) ve iki takviye oranının (ağırlıkça %0,5 ve %1) membran üretiminde yaygın olarak kullanılan iki polimerik membran matrisinin (PVDF/PVP ve PSf/PVP) özelliklerini ve performansını geliştirmeye etkisinin incelendiği ilk kapsamlı çalışmadır. Su filtrasyon uygulamalarında kullanılması planlanan nanoselüloz takviyeli (CNC, CNF, CNC-CNF) PVDF/PVP ve PSf/PVP membranların elastisite modülü ilk kez bu çalışmada farklı modelleme yöntemleriyle karşılaştırılmalı olarak ortaya koyulmuştur.
Özet (Çeviri)
Polymeric membranes are widely used in water filtration applications due to their low cost and ease of fabrication. In this study, the changes in the properties and performance of PVDF/PVP membrane composed of polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylpyrrolidone (PVP) and PSf/PVP membrane composed of polysulfone (PSf) and PVP were investigated using cellulose nanocrystal (CNC) and cellulose nanofiber (CNF) reinforcement. PVDF/PVP and PSf/PVP based membranes were reinforced with 0.5 and 1 wt% CNC or CNF and the effect of the reinforcement ratio on the improvement of membrane properties and performance was demonstrated. All flat sheet membranes were fabricated by non-solvent (water) induced phase inversion method. Surface morphology, roughness, crystallinity, porosity, average pore size, water content, mechanical properties of the fabricated membranes were characterized. Pure water and surface water flux performance of the produced clean membranes were determined in a dead-end filtration setup at 3 bar. The pure water fluxes of fouled-cleaned membranes, which were physically cleaned with distilled water for 15 minutes after surface water filtration, were determined at 3 bar. Flux recovery ratio (FRR), total fouling ratio (Rt), irreversible fouling ratio (Rir) and reversible fouling ratio (Rr) of the membranes were determined to evaluate the fouling resistance performance of the membranes. The surfaces of the fouled-cleaned membranes were characterized by scanning electron microscopy (SEM) to further investigate the fouling resistance of the membranes. The difference between the morphological properties of PVDF/PVP-based and PSf/PVP-based membranes produced by phase inversion was explained by Hansen solubility parameters. In the last section of this study, the elasticity modulus of the nanocellulose reinforced nanocomposite membranes were estimated by various modelling techniques (Mori-Tanaka, Finite Element, Voigt-Reuss, Self-Consistent and Halpin Tsai). The results obtained from the modelling studies were compared with the experimental results (tensile test results) and the prediction success of the modeling methods was demonstrated. This is the first comprehensive study to investigate the effect of two nanocellulose types (CNC and CNF) and two reinforcement ratios (0.5 and 1 wt%) on improving the properties and performance of two polymeric membrane matrix (PVDF/PVP and PSf/PVP) commonly used in membrane production. The elasticity modulus of nanocellulose reinforced (CNC, CNF, CNC-CNF) PVDF/PVP and PSf/PVP membranes, which are planned to be used in water filtration applications, was predicted comparatively for the first time in this study with different modeling methods.
Benzer Tezler
- Fabrıcatıon and evaluatıon of BIO-based pla/CNC ultrafıltratıon membranes: applıcatıon ın dye wastewater treatment and hemodıalysıs sımulatıon
Biyobazlı PLA/CNC ultrafiltrasyon membranlarının üretimi ve performans değerlendirmesi: boya içeren atıksuların arıtımı ve hemodiyaliz simülasyonunda uygulanması
RANA MEMARZADEH OROUMIEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Elektro-eğirme yöntemiyle üretilen farklı nanoelyaflarla takviye edilmiş polimer matrisli kompozitlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of the mechanical properties of polymer matrix composites reinforced with different nanofibers produced by electrospinning method
EMİN USLU
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET GAVGALI
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET OKAN ERDAL
- Nanocomposite scaffolds containing metal nanoparticles
Metal nanotanecik içeren nanokompozit yapı iskeleleri
AYŞEN AKTÜRK
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Cam takviyeli polimer matrisli termoplastik kompozitlerin mekanik özelliklerinin araştırılması.
Investigation of the mechanical properties of glass fibre reinforced thermoplastic composites
BURAK POLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET YAPICI
- Karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin özelliklerine poss nanodolgusunun etkileri
Improvement properties of carbon fiber reinforced epoxy based composites with poss nanoparticles
CENK KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN