Ters osmoz membranları için destek tabakası üretiminin pilot ölçekli sistemde optimizasyonu

Su, doğanın ve içerisinde barındırdığı bütün varlıkların canlılığını sürdürebilmesi için gerekli olan en önemli maddedir. Yeryüzünün 2/3'ü sularla kaplı olmasına rağmen bu kaynakların %97,5'ini tuzlu sular, %2,5'ini ise tatlı sular oluşturmaktadır. İçilebilir su kaynakları; düzensiz kentleşme, aşırı nüfus artışı ve artan sanayileşme gibi nedenlere bağlı olarak giderek azalmaktadır. Ülkeler, yılda kişi başına düşen su miktarı bakımından su fakiri, su azlığı çeken ve su zengini ülkeler olarak üç grupta sınıflandırılır. Su stresi çeken bir ülke olarak tanımlanan ülkemizde kişi başına düşen su miktarı 1520 m3'tür. 15 yıl içinde kişi başına düşen su miktarının 1100 m3'e düşeceği ve su fakiri kategorisinde yer alan ülkelerden olacağımız öngörülmektedir. Bu veriler göz önüne alındığında ve mevcut su kaynaklarındaki azalma düşünüldüğünde son zamanlarda deniz suyunun arıtılarak içme ve kullanma suyunda kullanılması kaçınılmaz bir gerçek haline gelmiştir. Küresel su kaynaklarına katkıda bulunabilmek amacıyla günümüzde deniz suyunun desalinasyon ile arıtımı göze çarpmaktadır. Su kaynaklarındaki bu istatiksel veriler göz önüne alındığında her geçen gün artan su ihtiyacı desalinasyon tesislerine yönelimi zorunlu hale getirmiştir. Desalinasyon tesislerinde en çok kullanılan membran prosesi ters osmozdur. Ters osmoz prosesinde, dinamik basınç tuz çözeltisinin osmotik basıncının üzerine çıkmak için uygulanmaktadır. Bu da, membranın tuz çözeltisi içeren tarafından temiz su içeren tarafına suyun geçmesini sağlamaktadır. Tuzlar ters osmoz membranı ile tutulmakta ve ayırım gerçekleştirilmektedir. Ters osmoz membranları üç kısımdan oluşmaktadır. Bunun ilki polyester tabakadır. İkinci kısım polyester tabakasının üzerine gelen destek tabakadır ve üçüncü kısım da destek tabakanın üzerine gelen aktif tabakadır. Ters osmoz prosesinde ayrım her ne kadar aktif tabakada gerçekleşse bile destek tabakasının performans üzerine önemli etkileri vardır. Destek tabakasının kimyası, içeriği, por çapı büyüklüğü, por çaplarının dağılımı, kesit morfolojisi performansı doğrudan etkilemektedir. Bu çalışmanın amacı çözelti konsantrasyonunu, su ve ortam sıcaklığını sabit tutarak pilot ölçekli flat sheet cihazını beş farkli çekme hızına ayarlayarak çekme hızının por çapına olan etkisi ve destek tabakasının optimizasyonunu araştırmaktır. Çalışmada düz plaka ters osmoz membranlar üretilmiş olup, destek tabaka üretimi pilot ölçekli flat sheet cihazında yapılmıştır ve ters osmoz membran elde etmek için üzerine ince film kaplanma yöntemiyle tfc yapılmıştır. Çalışma; 15°C ve 25°C olmak üzere iki ayrı flat sheet cihazının su banyo sıcaklığı ayarlanmıştır. Membran dökümü süresince ortam 25°C sabit oda sıcaklığında tutulmuştur. Bu iki sıcaklıkta da cihazın çekme hızı beş farklı hıza ayarlanmıştır. Bu hızlar; 4m/dk, 5m/dk, 6m/dk, 7m/dk ve 7,4m/dk'dır. Böylece 5 adet 15°C'de ve 5 adet 25°C'de olmak üzere toplam 10 adet destek tabakası dökülmüştür. Destek tabakası çözeltisinde polimer olarak polisülfon, polivinilprolüdon (PVP) ve organik çözücü olarak da dimetilformamid (DMF) kullanılmıştır. Daha sonra bu destek tabakalarına temas açısı, permeabilite, optik profilometre ve SEM analizleri yapılarak por çaplarının dağılımı karakterize edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında üretilen destek tabakalarına ince film kaplanarak ters osmoz membranları elde edilmiştir. İnce film kompozit kaplama (TFC) ile destek tabakanın üzerine aktif tabaka kaplanmıştır. Çalışmanın sonucunda, elde edilen ters osmoz membranların tuz tutunumuna, akısına ve SEM görüntülerine bakılarak destek tabakasının ters osmoz membranlarının performansına olan etkisi araştırılmıştır. Sonuç olarak, bu çalışma için sıcaklık artışı ve çekme hızı artışının genellikle destek tabakasının yapısını hedeflenen parametrelerin aksi yönünde değiştirdiği için en uygun destek tabakasının 15 ℃'de ve 4 m/dk çekme hızında üretilebileceğini göstermektedir.