Yağ-Su Ayrımı için Kirlenmeye Dirençli Selüloz Membranların Geliştirilmesi

Abstract

Yüksek kimyasal kararlılığa sahip yağ–su emülsiyonları endüstriyel atıksuların önemli bir kısmını oluşturmakta ve geleneksel arıtma yöntemleri ile etkin bir şekilde arıtılamamaktadır. Membran teknolojileri, düşük enerji tüketimi ve yüksek ayırma verimi ile sürdürülebilir bir alternatif olarak dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, önce buhar maruziyeti ardından çözücü olmayana daldırma ile tetiklenen faz ayrımı (VNIPS) yöntemi kullanılarak çevre dostu ve çözücüye dayanıklı selüloz membranları üretilmiştir. Tezin ilk bölümünde, ön buharlaştırma süresi, sıcaklık, bağıl nem, ısıl işlem koşulları ve deasetilasyon ortamı gibi membran üretim parametrelerinin gözenek yapısı, geçirgenlik ve seçicilik üzerindeki etkileri kapsamlı biçimde incelenmiştir. Tezin ikinci bölümünde ise, üretilen membranların kirlenmeye karşı dirençleri model çözelti olarak toluen-su emülsiyonu kullanılarak değerlendirilmiştir. En yüksek performansı gösteren membran, gerçek rafineri atıksu örnekleri ile test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, VNIPS yöntemiyle ve ısıl işlemle oluşturulan gözenekli yapının membran geçirgenliği ile seçiciliği dengelemede kritik bir rol oynadığını ortaya koymuştur. Ayrıca, membranların çözücü olmayan banyoya daldırılmadan önce buhar fazına maruz bırakılması kirlenme dirençlerini önemli ölçüde iyileştirmiştir. Yüzeylerinin daha hidrofilik bir karaktere sahip olmasından dolayı deasetilasyon işlemi sonucu elde edilen selüloz membranları selüloz asetat membrana göre yağ-su ayrımında daha fazla kirlenme direnci göstermiştir. Genel olarak, sonuçlar VNIPS temelli membran üretim yaklaşımının, yağ–su emülsiyonu arıtımı için sürdürülebilir, yüksek performanslı membranların geliştirilmesinde güçlü bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.Oil-water emulsions with high chemical stability make up a significant portion of industrial wastewater and are not effectively separated by conventional treatment methods. Membrane technologies have gained attention as a sustainable alternative offering low energy consumption and high separation efficiency. This study fabricated environmentally friendly and solvent-resistant cellulose membranes using a novel method called Vapor-Assisted Nonsolvent Induced Phase Separation (VNIPS). The first part of the thesis thoroughly investigated the effects of membrane fabrication parameters, such as pre-evaporation time, temperature, relative humidity, thermal post-treatment conditions, and deacetylation medium on pore structure, permeability, and selectivity. The second part of the thesis evaluated the effects of these parameters on the antifouling property of the fabricated membranes using a model toluene–water emulsion. The highest-performing membrane was tested with real refinery wastewater samples. The results demonstrated that the porous structure formed through the VNIPS process and thermal post-treatment played a critical role in balancing membrane permeability and selectivity. In addition, a pre-evaporation step before immersion into a nonsolvent bath significantly improved the antifouling property of the membranes. Due to their enhanced hydrophilic properties, the cellulose membranes obtained after deacetylation exhibited higher fouling resistance against oil emulsions than cellulose acetate membranes. Overall, the results demonstrated that the VNIPS-based membrane fabrication approach has strong potential for developing sustainable membranes with high oil–water emulsion treatment performance.