Poliakrilonitril (PAN) ve poliviniliden florür (PVDF) polimerleri kullanılarak düz plaka membranların üretimi ve karakterizasyonu

Artan dünya nüfusla birlikte dünya kaynakları üzerindeki talep de aynı şekilde artmaktadır. Bu kaynaklar içerisinde en sınırlı bir kaynak olan suyun kullanımındaki edep ve mevcut suların kirletilmeden muhafaza edilmesi hayati önem arz etmektedir. Lakin artan sanayileşme, şehirleşme ve değişen tüketim alışkanlıkları, doğal denge üzerine aşırı bir kirlilik yüküyle müdahale etmektedir. Bu durumda doğanın muhafazası için çevre teknolojileri stratejik önem kazanmaktadır. Son yıllarda çevre teknolojilerinde ciddi gelişmeler sağlanmış, hükümetler ve firmalar çevreye yönelik ar-ge fonlarını arttırmışlardır. Fakat geliştirilen bir teknolojinin verim ve maliyet açısından uygulanabilir olması gerekmektedir. Çevre yatırımları gibi üretim maliyetleri üzerinde belirgin etkisi olan bir iktisadi kalemin uygulayıcıya külfet getirmeyecek şartları haiz olması elzemdir. Membran teknolojileri bu noktada ön plana çıkmaktadır. Atıksuların yeniden kullanılması, ileri arıtım, desalinasyon, konvansiyonel arıtma sistemlerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesi gibi noktalarda membran teknolojileri birçok diğer sisteme göre ön plana çıkmaktadır. Membran filtrasyonu sistemlerindeki gelişmeler, kimyasal arıtma sistemlerinin yerini membranların almasına sebep olmuştur. 2009 yılında 1,5 milyon dolar olan membran teknolojisi marketinin, 2020 yılına kadar 2,8 milyon dolarlık bir büyüklüğe ulaşması beklenmektedir. Polimerik membranların üretiminde kullanılan polimerlerin her biri farklı özellikler göstermektedir. Bu polimerlerden Poliviniliden florür (PVDF) polimeri yüksek fiziksel dayanımı nedeniyle Poliakrilonitril (PAN) polimeri ise yüksek su severliği (hidrofilikliği) nedeniyle membranların üretiminde kullanılmaktadır. Her iki polimer malzemesi için de geçmişte çok fazla membran üretim denemesi yapılmıştır. Ancak, ticari boyutta iki polimerinde bazı kısıtları olması nedeniyle, bu polimerlerin tekil olarak kullanılmasının yanında iki polimerin belirli oranda karışımının kullanılması düşüncesi ortaya çıkmıştır Tez kapsamında yapılan çalışmada iki farklı polimer kullanılmıştır. Kullanılan polimerlerden PAN hidrofilik özelliği ile bilinen ticari bir polimer olup diğeri özellikle mekanik dayanımı ile öne çıkan PVDF'tir. PAN, %12, %14, %16 olmak üzere ağırlıkça üç farklı konsantrasyonda uygulanmış ve por formunu değiştirmek amaçlı %2, %4 ve %6 konsantrasyonlarında 10000 Da ve 40000 Da'luk PVP denenmiştir. Ayrıca üretilen ilk seri membranlardan örnek membranlar seçilerek koagülasyon banyosu sıcaklığı 50 oC'ye çıkarılarak sıcaklığın etkisi gözlenmiştir. Kullanılan ikinci polimer olan PVDF ağırlıkça %14, %16, %18 konsantrasyonlarında denenmiş ve por düzenleyici 10000 Da'luk PVP %2, %4 ve %6 olmak üzere üç farklı konsantrasyonda denenmiştir. Ayrıca koagülasyon banyosu sıcaklığı etkisi PVDF için de yapılmıştır. PAN membranların hidrofilik özelliklerinden dolayı avantajlı olduklarını PVDF membranların mekanik dayanıklılıklarının iyi olduğu bilinmektedir. Bu iki polimerik malzemenin belli oranlarda karıştırılarak hem hidrofilik hem de dayanıklı membranların üretilip üretilemeyeceği incelenmiştir. Bu amaçla ağırlıkça %14 ve %16 lık polimer kombinasyonları PAN:PVDF=50:50, PAN:PVDF=60:40, PAN:PVDF=70:30, PAN:PVDF=80:20, PAN:PVDF=90:10 oranlarında denenmiştir. Üretilen bütün membranların permeabilite testleri, molekül ağırlık engelleme sınırı testleri, por çapı analizleri, mekanik dayanıklılık testleri, hidrofilisite (temas açısı) testleri, yüzey yükü testi, atomik kuvvet mikroskobu ile yüzey pürüzlülük analizleri ve taramalı elektron mikroskobu ile morfolojik incelemeleri yapılmıştır. Her iki polimer türünde de membran matsiksindeki polimer konsantrasyonu arttıkça akıda düşme olmaktadır fakat membranın ayırma kapasitesi artmaktadır. Ayrıca membranların mekanik dayanıklılığı da artmaktadır. Düşük oranda PVP ilavesi membranın arttırmaktadır. Lakin yüksek oranlarda bu mekanizma çalışmamaktadır. Özellikle PAN membranlarından PVP tam olarak uzaklaşmamaktadır. Karışık üretilen membranlarda membran morfolojisi beklendiği şekilde oluşmamıştır. Polimer çözeltilerinde beklenen homojenlik sağlanamamıştır.