Akademik Veri Yönetim Sistemi
Çulfaz Emecen P. Z. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2012 - 2014
Mikrofiltrasyon, yaklaşık 0.1 - 10 mikron boyutunda gözenekler içeren membranlar kullanılarak bir sıvı içerisindeki bakteriler, hücreler ve asıltı halindeki parçacıkların ayrılması işlemidir. Membranın gözeneklerinden geçemeyen çözünmüş ve asıltı halindeki maddelerin membranın yüzeyinde veya gözeneklerinin içinde birikmesine genel olarak membran kirlenmesi (membrane fouling) adı verilir. Mikrofiltrasyon işlemi kapalı sonlu (dead-end) veya çapraz akışlı (cross-flow) şekilde yapılabilir. Kapalı sonlu mikrofiltrasyon işleminde her zaman, çapraz akışlı işlemde ise kimi zaman beslemenin membran tarafından süzüntüye geçirilmeyen bileşenleri membranın yüzeyinde birikir. Mikrofiltrasyonda verim, kullanılan membranın özelliklerinin yanında büyük ölçüde ayırma işlemi sırasında oluşan membran kirlenmesinin miktarı ve temizlenebilirliği tarafından belirlenmektedir.
Membran kirlenmesini azaltmak için uygulanan yöntemler temelde iki kategoride incelenebilir. Birinci yöntem membran yüzeyinin kimyasını membran tarafından geçirilmeyen maddelerin tutunamayacağı şekilde modifiye etmektir. Bu yöntem membran yüzeyinde biriken bileşenler olsa da bu birikintinin kolayca temizlenebilir olmasını hedef almaktadır. İkinci yöntem ise membran yüzeyindeki sıvı akışını türbülans yaratarak membran yüzeyine yakın bölgelerdeki yüksek derişimli çözeltiyi sürekli olarak karıştıracak şekilde düzenlemektir. Bu yöntem, membran yüzeyindeki konsantrasyonun artıp bir jel ya da kek tabakası oluşturmasını engellemeyi hedeflemektedir. Çapraz akışlı sistemlerde akış hızının artırılması ikinci yöntemin örneklerinden biridir. Ancak yüksek akış hızları hem yüksek maliyete, hem de mikrofiltrasyon ve benzer uygulamalarda beslemede sıkça bulunan biyolojik malzemelerin (ör. hücreler, proteinler) yapısının bozulmasına sebep olabilmektedir. Bunun yerine sıklıkla "pasif türbülans" yöntemleri kullanılmaktadır. Membran modullerinde türbülans teşvik edici yapılar, nabızlı akış, iki-fazlı akış pasif türbülans yöntemlerine örnek olarak verilebilir. Membran yüzeylerini nano-, mikro- ya da milimetre boyutlarında oluklar ya da benzeri desenler içerecek hale getirmek de membran yüzeyinde türbülansı teşvik eden yöntemlerden biridir.
Bu çalışmada poli(eter sülfon) (PES) bazlı mikrofiltrasyon membranları çözmeyen ile faz değişimi yöntemiyle 0.5 - 2 mm boyutlarında olukları olan yüzeyler üzerinde hazırlanacaktır. Membranı oluşturmakta kullanılacak polimer çözeltisi oluklu yüzeyin üzerine dökülecek, faz değişimi sırasında yüzeydeki oluklar membrana transfer edilecek ve oluklu membranlar oluşturulacaktır. Polimer bazlı mikrofiltrasyon membranları sıklıkla çözmeyen ile faz değişimi yöntemiyle üretilmektedir ve simetrik (tüm kesit boyunda aynı) gözenek yapısına sahiptir. Diğer taraftan, çözmeyen ile faz değişimi yöntemiyle asimetrik yapıda, yani bir yüzeyinde ince, seçiciliği sağlayan daha küçük gözeneklerin bulunduğu bir kabuk tabakanın olduğu membranlar kolaylıkla elde edilebilmektedir. Simetrik yapıda membranların eldesi ise üretim parametrelerinin daha dar bir aralığında gerçekleşebilmektedir. Önerilen yöntem ile simetrik mikrofiltrasyon membranlarında kirlenmeye yönelik bir gelişme hedeflenmektedir. Simetrik mikrofiltrasyon membranları öncelikle oluksuz yüzeylerde, ardından da seçilen koşullarda oluklu yüzeylerde üretilecektir. Oluklu ve oluksuz olarak üretilen bu membranların morfoloji, gözenek boyu ve geçirgenliği test edilerek birbiri ile kıyaslanacaktır. Bunun ardından benzer özelliklere sahip olan membranların çapraz akışlı sistemlerdeki kirlenme davranışları incelenecek ve kıyaslanacaktır.