Akademik Veri Yönetim Sistemi
ÇULFAZ EMECEN P. Z. (Yürütücü)
TÜBİTAK Uluslararası İkili İşbirliği Projesi, 2017 - 2019
Membran kirlenmesi, membranlı ayırma süreçlerindeki en önemli birkaç sorundan biridir. Membran yüzeyindeki kirlenmenin önlenmesi veya kolayca temizlenebilir kılınması için çok çeşitli yöntemler denenmektedir. Bu yöntemlerden son yıllarda ilgi gören biri de membran yüzeylerinin uyarana duyarlı (stimuli-responsive) polimerler ile kaplanmasıdır. Sıcaklık, pH, iyonik güç, ışık vb. uyaranlara karşı duyarlı, yani uyaran şiddeti değiştiğinde boyut değiştiren pek çok polimer vardır, ve bu polimerler özellikle kontrollü ilaç salınımı, algılayıcı-uyarıcı sistemler gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu polimerler son yıllarda membran araştırmalarında da hem membranların gözenek boyutunun kontrollü olarak değiştirilmesi hem de membran yüzeyindeki kirliliğin temizlenmesi amacıyla kullanılmaya başlanmıştır.
Bu projede membran kirlililğinin temizlenmesinde uyarana duyarlı mikrojellerin kullanılması önerilmektedir. Uyarana duyarlı polimerler membran yüzeyine kaplanmak yerine mikrojel olarak sentezlenecek ve filtrasyon sırasında beslemeye katılacaktır. Filtrasyonu izleyen temizleme aşamasında mikrojellerin uyaran ile boyut değiştirmelerinin (büzüşmüş halden şişmiş hale veya tam tersi) yüzeydeki kirlilik tabakasının parçalanmasını kolaylaştıracağı öngörülmektedir. Bu yaklaşımın, membran yüzeyinin modifikasyonuna kıyasla daha basit, çeşitlendirilebilir ve mevcut membran süreçlerine kolaylıkla uygulanabilir olduğu düşünülmektedir.
Öncelikle PNIPAm (poli(n-isopropilakrilamid)) bazlı sıcaklığa duyarlı mikrojeller sentezlenerek önerilen prensibin uygulanabilirliği test edilecektir. Ardından çift kutuplu (zwitterionic) monomerler kullanılarak iyonik güce duyarlı mikrojeller sentezlenecektir. Mikrojellerin kirlenmeyi temizlemeye olan etkisi iki yöntemle incelenecektir. İlk olarak, sabit basınçta yapılacak filtrasyonlar ve uyarandaki değişim ardından membranın su geçirgenliği ile temiz membranın su geçirgenliği kıyaslanacak, bu değerler Darcy kanunu ile akışa karşı membran (ve üzerindeki kirlilik tabakası) tarafından oluşturulan direnç değerlerine çevrilerek toplam kirlilik direncinin ne kadarının uyaranda değişiklik ile temizlenebildiği ölçülecektir. Bunun ardından beslemeye mikrojeller katılarak yapılan filtrasyon ve bunu takip eden uyaranda (sıcaklık veya iyonik güç) değişiklik ile yapılacak temizlik sırasında membran yüzeyleri kirlilik tabakasının kalınlığı izlenebilecek şekilde mikroskop altında gözlemlenecek, mikrojellerin kirlilik tabakasının kalınlığına ve parçalanmasına olan etkisinin bu gözlemlerle desteklenerek açıklanmasına çalışılacaktır. Son olarak önerilen yöntemin pratik kullanımı açısından önemli bir unsur olan mikrojellerin geri kazanımı ve tekrar kullanılabilirliğini sağlamak için mikrojellerin içine manyetik parçacıklar katılacaktır. Bu şekilde membranın kalıntı akımındaki mikrojeller manyetik alan yardımıyla kalıntının diğer bileşenlerinden ayrılabilecek ve sisteme geri beslenebilecektir.
Bu amaçlara ulaşılabilmesi ve önerildiği şekilde uyaran ile boyut değiştiren mikrojellerin membran kirlenmesinin temizliğini sağlayabilmesi halinde, membranlı ayırma süreçlerindeki en önemli sorunlardan biri olan membran kirlenmesinin literatürde şimdiye kadar görülmemiş, basit, pratik ve kolaylıkla çeşitlendirilebilecek bir yöntem ile önlenebileceği gösterilmiş olacaktır.