Nanoparçacık katkılı poliviniliden florür esaslı delikli elyaf ultrafiltrasyon membranlarının üretimi ve karakterizasyonu

Su arıtma ve atık su geri kazanımının artan önemi ile birlikte içme suyu ve musluk suyu elde edilmesinde membran proseslerinin kullanılması dünyaya hızla yayılmaktadır. Poliviniliden florür (PVDF) membranlar, yüksek mekanik dayanım, termal kararlılık ve kimyasal direnç gibi üstün özellikleri sayesinde ultrafiltrasyon (UF) membranlarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Buna rağmen, PVDF membranlar hidrofobik özelliğinin yüksek olmasından dolayı biyolojik kirlenmeye karşı hassas olabilmektedirler. Bu nedenle, membranlara kirlenme karşıtı özellik (antifouling) kazandırmak, geçirgenlik, ayırma performansı ve mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla çeşitli hidrofilik modifikasyon yöntemleri kullanılmaktadır. Nanoparçacıklar ile karıştırma tekniği, antifouling membranların büyük ölçekli üretime uyarlanmasında pratik bir yol olarak düşünülmektedir. Bu çalışmada, nanoparçacıkların yüzey enerjisini azaltarak PVDF matriks içerisindeki dağılımını arttırmak amacıyla halloysit nanotüpler (HNT) ve hegzagonal bor nitrür (h- BN) nanoparçacıklar 3-Aminopropiltrietoksisilan (APTES) ile fonksiyonlandırılmıştır. Nanoparçacıkların membran morfolojisi ve performansı üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla farklı konsantrasyonlarda nanokatkı (0, 0.2, 0.4, 0.6 wt.%) içeren pilot ölçekli PVDF esaslı delikli elyaf (hollow fiber) UF membranları kuru-ıslak çekme yöntemiyle üretilmiştir. Membranların gözenek boyutu, hidrofilik özelliği, mekanik dayanımı, saf su geçirgenliği ve molekül ağırlığı ayırma sınırı (MWCO) gibi özellikleri incelenmiştir. Fourier dönüşüm kızılötesi (FT-IR) ve termogravimetrik analiz (TGA) sonuçları, nanoparçacıkların yüzeyine APTES'in başarıyla aşılandığını göstermiştir. Bununla birlikte, silan ajanlarının HNT'nin kristal yapısına etkisini incelemek amacıyla toz X-ışını kırınımı (XRD) ölçümleri yapılmıştır. Geliştirilen delikli elyaf membranların morfolojileri ve gözenek boyut dağılımları taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile karakterize edilmiştir. SEM görüntülerine göre, membran içerisine HNT ve h-BN ilavesi ile polimer çözeltilerinin viskozite artışına bağlı olarak makroboşluk oluşumu ortadan kaldırıldığı görülmüştür. PVDF hollow fiber membranların hidrofilikliği, nanoparçacıkların silan modifikasyonu ile membran yüzey enerjisindeki değişime bağlı olarak A-HNT ve A-hBN'in ilavesi ile önemli ölçüde geliştirilmiştir. Filtrasyon deneyleri sonucunda, nanoparçacıkların artışı ile saf su geçirgenlik değeri membranın hidrofilisitesi ve gözenekliğine bağlı olarak giderek artmıştır. 0.6 A-HNT ve 0.4 A-hBN, maksimum değerlerini sırasıyla 639 ve 674 L/m2.h.bar elde etmiş ve standart membrana kıyasla %62 ve %70 oranında artmıştır. Ayrıca, standart PVDF membranın temas açısı düşürülerek hidrofilikliğindeki artışa uygun olarak membrana antifouling özellik kazandırılmıştır. Bu tez çalışmasında, basınç ile çalışan membran proseslerinde ilk defa h-BN kullanılmıştır. HNT ve h-BN ilavesi ile modifiye edilmiş membranların temas açısı düşürülerek hidrofilikliğin, geçirgenliğin ve kirlenme direncinin geliştirildiği sonucuna varılmıştır. Bu sonuçlar, inorganik nanoparçacıkların membran performansı üzerindeki etkilerini gösteren önceki çalışmalarla uyumludur.