The Effect of the support and solvent type on the performance of composite membranes
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2001
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: TANSEL ŞENER
Danışman: LEVENT YILMAZ
Özet:öz DESTEK MALZEMESİNİN VE ÇÖZÜCÜ TÜRÜNÜN KOMPOZİT PERVAPORASYON MEMBRANLARININ PERFORMANSINA ETKİSİ Şener, Tansel Y.Lisans, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Türker GÜRKAN Yardımca Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Levent YILMAZ Nisan 2001, 78 Sayfa Son yıllarda etanol fosil kökenli yakıtlara alternatif olmuştur. Etanolun üretiminde harcanan enerjinin büyük bölümü ayırma,damıtma ve yoğunlaştırma işlemleri sırasında harcanır. Bu işlemler sırasında pervaporasyon da geleneksel ayırma işlemlerine gore daha az enerji harcanan bir membran prosesi olduğundan kullanılabilinir. Pervaporasyon çalışmaları özellikle membran yapısına ve performansına odaklanmıştır. Bu nedenle, bu çalışmanın temel amacı çözücü türünün zeolit dolgulu kompozit membranlarm performansına etkisini incelemektir. Çalışmanın bir diğer amacı ise pervaporasyon uygulamalarında kullanılacak destekli membranlarm üretimi için bir teknik geliştirmek ve destek malzemesinin membran performansına etkisini incelemektir. vıMembran performansını arttırmak için suya karşı yüksek duyarlığı olan PAN polimeri ve dolgu malzemesi olarak da 13X zeoliti kullanılmıştır. Besideki alkol konsantrasyonu ve çözücü türü kullanılan deneysel parametrelerdir. Çalışmada kullanılan çözücüler sırasıyla DMF (dimetil fonnamit), DMSO (dimetil sulfoksh), DMAc (dimetil asitamit) ve THF (tetrahidrofuran),dir. Çözücüler kaynama noktalarına ve çözünürlüklerine gore seçilmiştir. THF İle polimerin (PAN) çözücülüklerinin birbirinden çok farklı olması nedeniyle, THF ile kullanılabilir nitelikte zeolit dolgulu kompozit bir membran elde edilememiştir. Membranların performansı seçicilik ve akı verileriyle değerlendirilir. En yüksek performans, kaynaması noktası en büyük olup, çözünürlüğü de polimerînkine en yakın olan DMSO kullanılarak üretilen membranlardan elde edilirken en düşük performans DMAc kullanılarak üretilen membranlarla elde edilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda elde edilen bir diğer sonuç ise şudur: DMF ve DMAc kullanılarak üretilen membranlarla yapılan deneylerde besideki alkol oranı arttıkça, akı artmakta, seçicilik ise azalmaktadır, DMSO kullanılarak üretilen membranlarda ise hem akı hem de seçicilik artmaktadır. Kompozit membranların kesit yapısı TEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) kullanılarak incelenmiş ve membranların zeolitsiz, zeolh-dolgulu ve ince tabaka olmak üzere üç tabakadan oluştuğu görülmüştür. Bu tabakaların kalınlığı membranın hazırlandığı çözücünün çözünürlük katsayısı ve kaynama noktasıyla yakından ilgilidir. Kaynama noktası arttıkça veya buharlaşma hızı azaldıkça zeolitsiz tabaka incelip zeolit-dolgulu tabaka kalınlaşır. Bu nedenle, etanol ve su moleküflerinin etkin membran kalınlığınca geçecekleri yol uzar. Sonuçta, akış hızı azalıp seçicilik artar. Çözücüyle polimerin çözünürlükleri farkı azaldıkça, polimer parçacıktan daha iyi çözünmekte ve zeolit parçaçıkları da polimer parçacıktan arasına daha iyi dağılmaktadır. Sonuçta zeolit dolgulu tabakadaki ağ yapı daha homojen olmaktadır. Zeolit dolgulu-kompozit membran üretimi için kullanılan metot revize edilip destekli membran üretimi için kullanılabilir hale getirilmiştir. Membran üretiminde kullanılan çözücü, çözücü ağırlığının polimer ağırlığına oranı, ıslak membran kalınlığı, destek viimalzemesine kullanımdan önce çözücü yedirilmesi ve çözücü uçurma koşullan (çözücü uçurma sıcaklığı ve ortamı, membranın durumu) destekli pervaporasyon membranı üretiminde ve bu sırada karşılaşılan soyulma, delik oluşumu ve kırışma problemlerinin çözümünde de kullanılan parametrelerdir. DMSO kullanılarak delik oluşumu ve kırışma problemleri çözülmüş ve destek malzemesi üzerinde bir membran tabakası oluşturulmuş ise de soyulma problemi deney esnasında tekrar görülmüştür. Sonuçta, pervaporasyon deneylerinde kullanılabilir bir destekli membran üretilememiştir. Anahtar Kelimeler : Etanol-Su Ayırımı, Pervaporasyon, Karışık- Yapılı Membran, Zeolit-Dolgulu Membranlar, Destekli Membranlar, PAN Membranı. viii