Halloysit katkılı hollow fiber ileri osmoz membranlarının üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Membran sistemlerinin günümüzde geliştirilmesiyle daha düşük enerji ihtiyacı ve daha yüksek arıtma performansı sunan yenilikçi membran sistemleri ortaya konmuştur. Bunlardan birisi de ileri osmoz (İO) prosesidir. Osmoz prosesinde madde taşınımını sağlayan sürücü kuvvet osmotik basınç olduğundan enerjiye ihtiyaç duyulmaz. Ancak ileri osmozun başlıca dezavantajları ters tuz akısı ve konsantrasyon polarizasyonudur. Bu çalışmada İO ve nanoparçacık kullanımı avantajlarının bir arada bulunduğu bir membran üretimi hedeflenmiştir. Tez çalışması kapsamında, halloysit ile membran hidrofilisitesinin arttırması ve permabilitenin artması istenmektedir. Literatürde hem destek tabakada hem de aktif tabakada halloysit içeren İO membran üretimine ait bir çalışma bulunmamaktadır. Üretilen İO membranı hollow fiber (HF) morfolojisindedir. Destek tabakası üretiminde polimer olarak polietersülfon (PES) ve polisülfon (PSf), katkı maddesi olarak da polivinilprolidon (PVP) kullanılmıştır. Membran performansını iyileştirmek amaçlı olarak halloysit (HNT) nanotüpleri belli oranlarda eklenmiştir. %0.01 HNT içerikli PSf HF membranı optimum seçilerek ince film kaplama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İlk defa bu çalışmada kullanılan HNT katkısı, HF membranı destek tabaka özelliklerini iyileştirirken ince film kaplama verimini azalttığı görülmüştür. Bu çalışmalar sonucunda HNT katkısız PSf membranı ile yaklaşık 12 LMH su akısı ve %99.5 tuz tutunum performansıyla literatürde ortalama değerler arasında yer alan bir HF İO membranı üretilmiştir.Innovative membrane systems have been exhibited which have lower energy requirement and higher treatment performance nowadays. One of these systems is forward osmosis (FO) process. Due to the driving force of material transport in osmosis process is osmotic pressure, energy is not required. However, major drawbacks of this process are reverse salt flux and concentration polarization. In this thesis, a membrane fabrication which has advantages of both forward osmosis and nanomaterial usage has been purposed. It is aimed to increase the water permeability and hydrophilicity of FO membranes under favour of halloysite additive in this study. There is not any FO membrane with halloysite addditive in suppport and/or active layer in the literature. FO membranes have been fabricated as hollow fiber (HF) morphology in this thesis. Polyethersulphone (PES) and polysulphone (PSf) have been used as polymer and PVP has been used as additive for fabrication of support layer. Halloysite nanotube (HNT) has been used in several proportion to enhance the performance of support layer membranes. PSf HF membrane with 0.01% HNT additive has been chosen as optimum support layer and thin film composite tests have been carried out on the outer surface of this membrane. Thus, a HF membrane with HNT additive both in support and active layer has been fabricated for the first time in the literature. As a result of this thesis, a HF FO membrane derived from pure PSf support membrane has been fabricated which has approximately 12 LMH pure water flux and 99.5% salt rejection.