Separation of volatile fatty acids via pervaporation

Abstract

Organik asitler endüstriyel uygulamalarda geniş bir kullanım alanına sahip olmakla beraber ağırlıklı olarak fosil kaynaklardan elde edilmektedir. Uçucu yağ asitleri (UYA) gibi değerli organik asitlerin organik içeriği yüksek atıklardan üretilmesi mümkün olmakta ve organik içeriği yüksek atıkların bertaraf edilmesine alternatif yöntemler sunabilmektedir. Bu çalışmada, UYA'ların sentetik olarak hazırlanan UYA solüsyonundan pervaporasyon sistemi ile ayrıştırılmasında gaz (politetrafloroetilen (PTFE) membran) ve sıvı membran (tridodecylamine (TDDA) dolgulu PTFE membran) kullanılmıştır. Ek olarak, pervaporasyon sisteminin UYA ayrımındaki verimini incelemek için membran destek malzeme, boru sistemi malzemesi, sirkülasyon debisi, konsantrasyon ve tekil UYA etkileri denenmiştir. Ayrıca; akı, seçicilik ve aktivasyon enerjisi bakımından sıcaklığın membran ayrım verimi üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir. Gaz ve sıvı membranlara ek olarak, farklı polimer ve kimyasal oranları ile hidroksil sonlu polidimetilsiloksan (PDMS-OH) ve vinil sonlu polidimetilsiloksan (PDMS-Vinyl) kullanılarak kompozit membranlar üretilmiştir. Çalışmanın sonuçları; işletme sıcaklığının besleme solüsyonunu konsantre etmeyi başardığı ve sıvı membranın pervaporasyon ile UYA ayrımında verimli olduğu göstermiştir. TDDA dolgulu PTFE membranda hidrofilisitenin artması ve aktivasyon enerjisinin düşmesinin sonucunda UYA akısı ve membran seçiciliğinin arttığı gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak, transfer mekanizmasının sadece difüzyon olduğu polimerik kompozit membranlarda polimer oranın UYA ayrımında önemli etkisi bulunmaktadır. Ayrıca, gaz ve sıvı membranlara kıyasla tüm UYA'lar için en yüksek membran seçiciliği kompozit membran ile elde edilmiştir.

Organic acids have wide variety of industrial application and they are mainly produced from fossil resources. Valuable organic acids such as volatile fatty acids (VFAs) can also be produced from organic-rich wastes which would provide and alternative method for the disposal of organic-rich wastes. This study assesses the pervaporation separation of VFAs from synthetic VFA mixture via gas membrane (polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane) and liquid membrane (tridodecylamine (TDDA) impregnated PTFE membrane). Membrane support material, tubing type, flowrate, concentration and individual VFAs effects were evaluated to enhance VFA separation efficiency of pervaporation systems. Moreover, effects of temperature on the separation efficiency of membranes in terms of flux, selectivity, and activation energy was investigated. In addition to gas and liquid membranes, hydroxyl terminated polydimethylsiloxane (PDMS-OH) and vinyl terminated polydimethylsiloxane (PDMS-Vinyl) membrane were manufactured as composite membrane with different composition and polymer ratios. The results of the study revealed that operational temperature concentrated feed stock and liquid membrane enhanced the separation efficiency of VFAs via pervaporation. The TDDA impregnated PTFE membrane generally results in increase of VFA flux and selectivity as a result of increased hydrophilicity and decreased activation energies of the membrane. Additionally, in polymeric composite membranes, where the only transfer mechanism is diffusion, polymer ratio significantly influences the VFA separation efficiency. Furthermore, higher membrane selectivity was observed with composite membranes for all VFAs than the gas and liquid membranes.