Micellar enhanced ultrafiltration with nonionic surfactants (MEUF)

Bütanol elektronik, kozmetik ve tekstil gibi birçok farklı alandaki kimyasal süreçlerde ve diğer pek çok kimyasalın sentezinde kullanılan çok yönlü bir kimyasaldır. Fermantasyon ile yapılan bütanol üretim yöntemlerinde, fermantasyon sonucunda sulu ortamda bütanolün yanı sıra aseton ve etanol de açığa çıkmaktadır. ABE karışımı olarak adlandırılan bu karışımdan bütanolü ayırmak için kullanılan farklı yöntemler mevcuttur. Projenin temel amacı ise Misel Destekli Ultrafiltrasyon (MEUF) yöntemini kullanarak bu ayırma yöntemlerine alternatif bir yöntem geliştirmektir. MEUF yöntemi; yüzey aktif maddelerin (YAM) kullanımı ile belirli konsantrasyonların ve sıcaklık değerlerinin üzerinde misel adı verilen agregaları oluşturarak küçük organik maddeleri bu agregaların içine hapseder. Böylece ayrıştırılmak istenen malzemelerden çok daha büyük gözenek boyutuna sahip ultrafiltrasyon membranlarını kullanarak YAMların içine hapsedilen organik malzemeleri, çözeltinin geri kalanından ayırır. Çalışmada Pluronic adı verilen iyonik olmayan yapıda YAMlar kullanılmıştır. İlk olarak, sızma akış hızı ve yüzey aktif maddenin reddilme değerlerine dayalı olarak; membran seçimleri yapılmış (1 kDa ultrafiltrasyon membranı ve nanofiltrasyon membranı olarak NF90) ve seçilen membranların optimum çalışma basıncı 3 bar olarak belirlenmiştir. Membran ve basınç seçiminin ardından öncelikle iyonik olmayan YAMlardan Pluronic F127, P123, L101 ve L61 ve bunların farklı konsantrasyonlarında karışımları kullanarak, bütanolün reddedilme performansı belirlendi. En iyi bütanol ayırma performanslarını; 1kDa membran kullanıldığında ağırlıkça %6.21 P123 ve %0.5 L101 içeren karışım, NF90 membranı kullanıldığında ise ağırlıkça %1 L101'e ek olarak; ağırlıkça %3 ve %1 P123 içeren karışımlar sergilemiştir. En iyi performansı gösteren çiftlerden ABE içerisinde ağırlıkça %1 oranında Pluronic P123 ve %1 Pluronic L101 içeren karışımı kullanılarak yapılan ayırma işleminde ise yaklaşık olarak 1.35% aseton, 68.19% bütanol ve 26.87% etanol reddi elde edilmiştir. Ayrıca ağırlıkça 6.21% P123 + 0.5% L101'lik karışım ile yapılan testler sonucunda; 23.44% aseton, 66.09% butanol ve 19.97% ethanol reddi elde edilmiştir. 1 kDa membran ve ağırlıkça %6.21 Pluronic P123 + %0.5 L101 ile yapılan ABE deneylerinin sonucuna göre üç aşamalı bir filtrasyon için proses hesaplamaları yapıldığında: üçüncü aşamanın sonunda aseton, bütanol ve etanol konsantrasyonlarının sırasıyla 5.9, 74.2, 6.1 g/L olması beklenmektedir. Öte yandan, NF90 membran ve ağırlıkça %1 Pluronic P123 + %1 L101 için, sırasıyla 5.3, 99, 7.9 g/L konsantrasyonları beklenir.