İnce film kaplama yapılmış nanofiber membranların partikül filtrasyon performanslarının belirlenmesi

20. Yüzyılın başlarında icat edilmesine rağmen 70'lerin sonunda ticarileşmeye başlayan membran filtreler artık günümüzde oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaya ve konvansiyonel sistemlerin yerini almaya başlamıştır. Membran filtre teknolojisi henüz konvansiyonel sistemlere göre daha pahalıdır. Ancak yapılan ar-ge çalışmaları ile beraber neredeyse maliyet ve işletme olarak konvansiyonel sistemlerle eşit hale gelmiştir ve maliyetleri gittikçe daha da azalmaktadır. Membran filtrasyon teknolojilerinin maliyetlerinin azaltılabilmesi için hem yeni ve düşük enerjili doğa dostu proseslerin geliştirilmesine hem de düşük maliyetli membran filtreler üretilebilmesine çalışılmaktadır. Membran, seçici geçirgen bir tabaka ile iki farklı fazı veya ortamı birbirinden ayıran bir tabakadır. Membranlarla ayırma teknolojileri iki temel prensibe dayanır. Birincisi, membran yönünde akışı sağlamak için itici bir kuvvet uygulanmasıdır. İkincisi ise bazı maddelerin membrandan geçişini engelleyen ayırma faktörünün olmasıdır. Daha düşük maliyetli ve yüksek performanslı membran filtre üretim çalışmalarından biri elektrospinning işlemi ile membran üretilmesidir. Elektrospinning (elektro-eğirme) polimer çözeltisinin ya da polimer eriyiğinin bir jet kullanılarak elektrostatik olarak çekilmesiyle oluşan, nanometre ile mikrometre seviyesinde değişen liflerin üretilmesini sağlayan kolay ve çok yönlü bir yöntemdir. Birçok farklı polimer türünden nano lif eldesi için elektrospinning oldukça verimli ve ekonomik bir metoddur. Elektrospinning, prensip gereği bir polimer çözeltisini ya da eriyiğini elektriksel olarak yükleyerek bir iğneden ya da kapilar bir uçtan püskürtmeye dayanır. Güç kaynağının elektrotlarının bağlanmasıyla, oluşan polimer jeti iğne ucundan toplayıcıya doğru elektrik alan şiddetine bağlı olarak çekilir. Çözeltide buharlaşmanın gerçekleşmesiyle, toplayıcı üzerinde liflerin birikimi sağlanır. Hemen hemen bütün TO (ters osmoz) membranları şuan ince film kompozit kaplama tekniğiyle yapılmaktadır. Bu teknikle üretilen TO membranları etkileyici derecede daha fazla tuz reddine ve su akısına sahiptir. Ara yüzey polimerizasyon gözenekli destek üzerine ince bir tabaka kaplamayı sağlayan bir tekniktir. İki karışmayan çözücünün ara yüzeyinde iki çok reaktif monomer arasında (veya biri ön polimer) bir polimerizasyon reaksiyonu meydana gelir. Genellikle ultrafiltrasyon veya mikrofiltrasyon membran olan destek tabakası reaktif bir monomer yada genellikle amin tipi ön polimer ihtiva eden sulu bir çözelti içerisine daldırılır. Film (yada fiber) daha sonra çoğunlukla asit klorürden oluşan su ile karışmayan diğer reaktif monomerin bulunduğu ikinci banyoya daldırılarak çözülür. Bu iki reaktif monomer (örneğin asit klorür ve amin) yoğun bir üst tabaka oluşturmak üzere birbirleri ile reaksiyona girerler. Ham membranlar ile ince film kompozit tabakayla kaplanmış membranların karakterizasyon analizleri sonunda birbirleri arasında bariz bir fark olduğu açıkça görülmektedir. Bu çalışmada, farklı sürelerde elektrospinning yöntemi ile dökümü sağlanan nanofiber membranların, yüzeyleri ince film kompozit tabaka ile kaplanarak partikül tutunumuna olan etkisini gözlemlenmiştir. Yapılan denemelerde, ince film kaplama metodunun membranın döküm süresine göre etkinliğinin nasıl değiştiği ve buna bağlı olarak tuttuğu partikül verimleri incelenmiştir. Çalışmada, sülfonlanmış polisülfondan üretilen membran destek tabakası olarak kullanılmıştır. Yüzeyi ikinci bir poliamid tabaka ile kaplanıp, içerisinden farklı boyutlardaki polistiren (PS) partikülleri geçirilmiş ve tutunum performansı incelenmiştir. Ham membranlar ile ince film kompozit tabakayla kaplanmış membranların karakterizasyon analizleri sonunda birbirleri arasında bariz bir fark olduğu açıkça görülmektedir. İnce film kompozit kaplama yapılmış 4 saatlik membran nanofiltrasyon membranı olarak elde edilmişken, 3 saatlik membran ultrafiltrasyon membranı olmuştur. Bulanıklık ve UV254 giderim verimleri 3 ve 4 saatlik membran arasındaki kaplama farkını açıkça ortaya koymuştur. Kaplamanın yetersiz olduğu 3 saatlik membranın giderim verimleri gayet düşükken, 4 saatlik membran için oldukça yüksek verimler elde edilmiştir.