Solvent recovery from photolithography waste using cellulose ultrafiltration membranes
Selüloz ultrafiltrasyon membranları ile fotolitografi atıklarından çözücü geri kazanımı uygulaması
- Tez No: 688156
- Danışmanlar: DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, organik çözücüde ultrafiltrasyon uygulamalarında ve fotolitografi atıklarından çözücü geri kazanımında selüloz membranların ayırma performanslarının incelenmesi için selüloz ultrafiltrasyon membranları üretilmiştir. Selüloz membranların üretimi için, ilk olarak selüloz asetat membranlar üretilmiş ve ardından alkali hidroliz yöntemi ile selüloz membranlar elde edilmiştir. Membranlar; %20-30 derişim aralığında selüloz asetat, çözücü olarak dimetil sülfoksit (DMSO), ortak çözücü olarak aseton ve gözenek oluşturucu olarak polyethyelene glycol (PEG) içeren polimer çözeltilerinin dökülmesi ile üretilmiştir. Fotolitografi atıklarının saflaştırılması uygulamalarının öncesinde yüksek tutulum ve makul bir geçirgenlik performansına sahip membranların elde edilmesi amacıyla; polimer, ortak çözücü, gözenek oluşturucu kompozisyonları ve koagülasyon banyosu sıcaklığı değiştirilerek ve tavlama işlemi uygulanarak performans optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Membranların ayırma performansı molekül ağırlığı ayırma sınırı analizleri ile test edilmiş ve bu testler ilk olarak sulu ortamda gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, DMSO ve metanol ortamında membranların farklı çözücülerde molekül ağırlığı ayırma sınırı performansındaki değişim incelenmiştir. Molekül ağırlığı ayırma sınırı testlerinde, farklı molekül ağırlığına sahip PEG molekülleri filtrasyon testlerinde kullanılmış ve analizler için, Jel Geçirgenlik Kromatografisi yöntemi uygulanmıştır. Suda gerçekleştirilen molekül ağırlığı ayırma sınırı testlerinde, farklı membranlara ait molekül ağırlığı ayırma sınırı aralığı 3-10 kDa olarak belirlenmiştir. Öte yandan; DMSO, su ve metanol ortamında karşılaştırma amacıyla yapılan molekül ağırlığı ayırma sınırı testleri sırasıyla 1.3, 3 ve 5 kDa değerleriyle sonuçlanmıştır. Fotolitografi, mikroelektronik aletlerin fabrikasyonunda yaygın olarak kullanılan bir yöntem olup işlem aşamalarında kısa devre arızalarının engellenmesi için metal içermeyen yüksek saflık düzeyine sahip çözücülerin kullanımını gerektirmektedir. Bu çalışmada, tab banyosunun sentetik olarak elde edilmesinde 0.5-2.5 g/L konsantrasyonunda SU-8 fotorezisti içeren propilen glikol monometil eter asetat (PGMEA) çözeltileri hazırlanmış ve selüloz ultrafiltrasyon membranları ile iki aşamalı filtrasyonda filtrelenmiştir. 1. ve 2. filtrasyon aşamalarının sonunda sırasıyla %91 ve %80 SU-8 tutulum değerleri ölçülmüştür. Ardından, iki aşamalı filtrasyonda elde edilen süzüntülerin karışımı fotolitografide test edilmiş ve geri kazanılmış PGMEA'de elde edilen desen sonuçları, saf PGMEA ile uygulanan fotolitografinin desen sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, geri kazanılmış çözücü ile elde edilen desen umut vaat eden nitelikte olup; mikroelektronik endüstrisindeki büyük ölçekli uygulamalar için maliyet etkinliği, sürdürülebilirlik ve döngüsel ekonomi çerçevesinde kritik bir çıktı elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Cellulose flat sheet ultrafiltration membranes were fabricated for the investigation of their separation performance in Organic Solvent Ultrafiltration (OSU) applications and for the solvent recovery from photolithography wastes. Firstly, cellulose acetate membranes were produced and then, these were converted into cellulose membranes via alkaline hydrolysis. The membranes were cast from polymer solutions containing cellulose acetate as polymer with 20-30% concentration range, dimethyl sulfoxide (DMSO) as solvent, acetone as co-solvent and polyethylene glycol (PEG) as pore former agent. Before use in photolithography waste purification, performance tuning was carried out by changing the polymer, co-solvent, pore former composition; coagulation bath temperature and applying the process of annealing for the main aim of obtaining membranes having high rejection performance accompanying a reasonable permeance. The separation performance of the membranes was tested with the molecular weight cut-off tests and the MWCO tests were firstly done in water. Then, the change in MWCO performance in different solvents was investigated in DMSO and methanol. In MWCO tests, PEG probes with different molecular weights were used for the filtration and Gel Permeation Chromatography (GPC) was used for the analysis. In MWCO tests performed in water, the obtained MWCO range with different membranes was 3-10 kDa. On the other hand, the MWCO tests performed in DMSO, water and methanol for the comparison resulted in 1.3, 3 and 5 kDa. Photolithography is a process widely used in the fabrication of microelectronic devices and it requires high purity metal-free solvents for the process steps to prevent short-circuit failures. In the study, the mimic of developer bath solution with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) consisting of 0.5-2.5 g/L SU-8 photoresist were firstly prepared and filtered via two-stage filtration by the cellulose ultrafiltration membranes. At the end, 91% and 80% SU-8 rejection values were obtained for the first and second filtration stages, respectively. Then, the permeate mixture of two-stage filtrations were tested in photolithography and the pattern results of recycled PGMEA were compared with the pattern of the photolithography applied with fresh PGMEA. As a result, the obtained pattern imprinted via recycled solvent was promising and so, a critical outcome was obtained from cost-efficiency, sustainability and circular economy aspects for the large-scale applications in the microelectronics industry.
Benzer Tezler
- Dehydration of alcohol solutions obtained from a solvent recovery process by pervaporation
Çözücü geri kazanım sürecinde elde edilen alkol çözeltilerinin pervaporasyon yöntemi ile susuzlaştırılması
EMRE BÜKÜŞOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. HALİL KALIPÇILAR
PROF. DR. LEVENT YILMAZ
- Recovery of rare earth elements (REEs) from leach solutions by solvent extraction with predispersion
Liç çözeltilerinden nadir toprak elementlerinin (NTE) ön dağıtımlı çözücü ekstraksiyon yöntemiyle kazanılması
MUHAMMAD ZUBAIR RAHIM
Doktora
İngilizce
2024
Maden Mühendisliği ve MadencilikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ İHSAN AROL
- Solvent ekstraksiyon yöntemi ile atık çözeltilerden soy metallerin geri kazanımı
Recovery of precious metals from waste solutions by using solvent extraction method
MELİS GÖZDE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET TİMUR
- Bakır içeren atık sulardan solvent ekstraksiyon yöntemi ile bakır geri kazanımı
Recovery of copper from copper-containing wastewater by solvent extraction method
İLAYDA ALBAYRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. IŞIL KERTİ
- Atık mühimmattan solvent/anti-solvent tekniği ile yüksek saflıkta RDX geri kazanımı: Yapısal ve morfolojik analiz
Recovery of high purity RDX from waste ammunition using solvent/anti-solvent technique: structural and morphological analysis
ÖZGE KÖSE
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Savunma ve Savunma TeknolojileriKırıkkale ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL ÜLKÜ METİN