Polimer esaslı membranların hazırlanması ve ayırma özelliklerinin geliştirilmesi
Preparation of polymer-based membranes and development ofseparation properties
- Tez No: 994606
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHTAP ŞAFAK BOROĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ters osmoz yöntemi, İnce filmler, Reverse osmosis method, Thin films
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, ters ozmos (RO) tuzdan arındırma süreçlerinde yüksek performans elde etmek amacıyla ZnO/h-BN temelli hibrit doldurucular içeren nanokompozit ince film kompozit (TFC) membranların sentezini, karakterizasyonunu ve performans değerlendirmesini sunmaktadır. Üç farklı nanohibrit türü -ZnO/h-BN, ZnO/GO-h-BN ve ZnO/h-BN-IL- hidrotermal ve eksfoliasyon destekli yöntemlerle hazırlanmış, ardından ara yüzey polimerizasyonu yoluyla poliamid membran matrisine entegre edilmiştir. Nanoparçacıkların ve elde edilen membranların yapısal, morfolojik ve yüzey özellikleri XRD, FTIR, TGA, DLS, SEM, BET ve temas açısı analizleri kullanılarak detaylı biçimde karakterize edilmiştir. Denenen formülasyonlar arasında ZnO/h-BN, en dengeli performansı sergileyerek 48,5 L·m⁻²·h⁻¹ saf su akısına ve 0,015–0,025 wt% optimum dolgu yüklemesinde %98,5'e kadar Na₂SO₄ reddine ulaşmıştır. Hidroksil-fonksiyonelleştirilmiş nanohibritlerin membrana dahil edilmesi, membran hidrofilikliğini, yüzey yükünü ve gözenekliliğini artırarak su taşınımının ve iyon reddinin eş zamanlı olarak iyileştirilmesini sağlamıştır. ZnO/GO-h-BN sistemi yüksek akı ile yüksek tuz reddini birlikte sunarken, ZnO/h-BN-IL ise benzer tuz seçiciliğini daha üstün akı performansı ile bir araya getirmiştir. Tüm nanokompozit membranların antifouling davranışında belirgin iyileşme gözlenmiş ve sığır serum albümininin (BSA) %96'nın üzerinde reddi elde edilmiştir. Sonuçlar, ZnO ve h-BN bileşenleri arasındaki sinerjistik etkileşimin elektrostatik dışlama mekanizmasını güçlendirdiğini ve nano-kanal temelli su taşınımını kolaylaştırdığını doğrulamaktadır. Yapılan istatistiksel analizler (ANOVA), nanodoldurucu türü ve konsantrasyonunun performans parametreleri üzerinde anlamlı etkileri olduğunu ortaya koymuştur. Bu çalışma, ZnO-h-BN hibrit nanoyapılarının enerji verimli tuzdan arındırma uygulamaları için yeni nesil yüksek performanslı RO membranlarının geliştirilmesinde önemli bir potansiyel sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This study presents the synthesis, characterization, and performance evaluation of nanocomposite thin-film composite (TFC) membranes incorporating ZnO/h-BN-based hybrid fillers for enhanced reverse osmosis (RO) desalination. Three types of nanohybrids -ZnO/h-BN, ZnO/GO-h-BN, and ZnO/h-BN-IL- were prepared via hydrothermal and exfoliation-assisted methods, then embedded into polyamide membranes through interfacial polymerization. The structural, morphological, and surface properties of the nanoparticles and membranes were characterized using XRD, FTIR, TGA, DLS, SEM, BET, and contact angle analyses. Among the tested formulations, ZnO/h-BN demonstrated the most balanced performance, achieving a pure water flux of 48.5 L·m⁻²·h⁻¹ and Na₂SO₄ rejection up to 98.5% at an optimal filler loading of 0.015–0.025 wt%. The incorporation of hydroxyl-functionalized nanohybrids enhanced membrane hydrophilicity, surface charge, and porosity, thereby improving water transport and ion rejection simultaneously. ZnO/GO-h-BN yielded higher flux with high salt rejection, while ZnO/h-BN-IL exhibited comparably salt selectivity with superior high flux. All nanocomposite membranes displayed significantly improved antifouling behavior, achieving over 96% rejection of bovine serum albumin (BSA). The results confirm a synergistic interaction between ZnO and h-BN components, facilitating both electrostatic exclusion and nanochannel-driven water transport. Statistical analysis (ANOVA) validated the significant influence of nanofiller type and concentration on performance metrics. This work highlights the potential of ZnO-h-BN hybrid nanostructures in developing next-generation high-performance RO membranes for energy-efficient desalination applications.
Benzer Tezler
- Yeni silika modifiye poliimid membranların hazırlanması, fiziksel ve gaz geçirme özelliklerinin incelenmesi
The preparation of novel silica modified polyimide membranes, the investigation of physical and gas permeation properties
MEHTAP ŞAFAK BOROĞLU
Doktora
Türkçe
2007
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMETALİ GÜRKAYNAK
- Biyopolimer esaslı karışık matris membranların hazırlanması ve gaz geçirgenlik özellikleri
Preparation and gas separation properties of biyopolymer based mixed matrix membranes
ÖZLEM YERCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Metal organik kafes yapılar (MOF) ile polimer nanokompozit membranların hazırlanması ve gaz ayırma performansının değerlendirilmesi
Preperation of metal organic frameworks (MOFs) and polymeric nanocomposite membranes and evaluation of their gas permeability properties
GÖKÇE PINAR HEKİMOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ
- Metal organik kafes katkılı poli(eter-b-amid) membranların hazırlanması ve gaz geçirgenlik özellikleri
Preparation of metal organic framework additive poly(ether-b-amide) membranes and gas separation properties
YİĞİT BARTU ILGAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Metal organic framework (MOF) based mixed matrix membranes for Co2 separation: Microporous metal imidazolate framework (MMIF) and strontium-based mofs
Co2 ayırma amaçlı metal organik kafes (MOF) içeren karışık matrisli membranlar: mikrogözenekli metal imidazolat kafes (MMIF) ve stronsiyum esaslı mof yapılar
MAHDI AHMADI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ