NOx gideriminde kullanılmak üzere porfirin kaplı membran geliştirilmesi

Abstract

Havadaki azot oksit (NOx) gazları en önemli hava kirletici parametrelerinden bir tanesidir. NOx gazlarının temel kaynağı fosil yakıt kullanımı olmakla beraber nitrik veya adipik asit üretimi de NOx emisyonuna neden olmaktadır. Hareketli kaynaklar, fosil yakıt kullanımından kaynaklanan NOxların yaklaşık yarısını oluşturmaktadır. Yanma kaynaklı NO gazı yüksek sıcaklıkta oluşur ve kaynak çıkışında NOx'ın %90'ı bu formdadır. Atmosfere çıktıktan sonra yükseltgenerek NO2 formuna dönüşmektedir. NOx gazları için hem ortam hava kalitesi hem de endüstriyel emisyon limitleri bulunmaktadır. Bu nedenle maliyetli NOx kontrol yöntemleri söz konusu limit değerleri sağlayabilmek için kullanılmaktadır. NO gazının biyolojik proseslerle giderimi son yıllarda araştırılan bir konu olup bu prosesin ilk basamağı NO'nun mikroorganizma tarafından kullanımını sağlamak üzere suya etkin bir şekilde transfer edilmesini içerir. BioDeNOx denilen yöntemle düşük çözünürlüklü NO'nun gaz fazdan su faza geçiş verimi demir EDTA gibi kelat yapıcı maddeler kullanılarak artırılmaktadır. Bu tez çalışmasında ise NO'nun demir porfirinle modifiye edilerek yüzeyde NO bağlayıcılığı kazandırılmış bir membran üretilmesi hedeflenmiştir. PA ve PVDF olmak üzere iki farklı membranın sentezelenen mono karboksilli tetra fenil porfirinle modifikasyon işlemi gerçekleştirilmiş ve modifiye edilen membranlar karakterize edilmiştir. Tabaka halindeki PA ve PVDF membranların yüzeyleri kimyasal ve polarizasyon yöntemleriyle aktifleştirilerek, sentezlenen mono karboksil tetra fenil porfirin karboksil-amin bağlarıyla yüzeye bağlanmıştır. Karboksil gruplu porfirinlerin iki farklı membrana bağlama yöntemi optimize edilmiştir. Elde edilen modifiye membranların yüzey hidrofobikliği, pürüzlülüğü, morfolojisi ve elementel içeriği belirlenmiştir. UV spektrofotometresi ile yapılan ölçüme göre PA membran yüzeyinde 14.3 µg/cm2 mono karboksi tetra fenil porfirin bağlandığı hesaplanmıştır. Sıvı faza geçirilemeyen PVDF membran içinse EDS ölçümlerinde yüzeydeki demir oranı %7.3 olarak tespit edilmiştir.

Nitrogen oxide (NOx) gases, is one of the most important air pollutants in the atmosphere. Although the main source of NOx is fossil fuel use, nitric and adipic acid production also cause NOx emissions. Mobile sources account for the half of the NOx emitted from fossil fuel use. NO gas from combustion forms at high temperature and 90% of NO2 in the off gas is in this form. NO is transformed into oxidized form after exiting the stack. There exist both ambient air quality standarts and emission standards for NOx gases. Therefore, relatively expensive NOx control methods have been using to meet the limit values.Research on biological NOx control technologies has been an active study area in recent years. The first step in such a control process is transferring of NO gas into aqeous phase in which microorganisms use it as nitrogen sources. So called BioDeNOx process achieves this transfer efficiently by using chelating agents such as iron EDTA. In this thesis on the other hand, it is aimed to produce iron porphyrin modified a NO binding membrane to be used in biological NOx removal processes. PA and PVDF membrane thus were modified by binding mono carboxylic tetra phenyl porphyrin onto the surface and this new surfaces were characterized. Flat sheet PA and PVDF membrane surfaces were first activated by chemical treatmentn and polarization methods respectively and the synthesized mono carboxyl tetra phenyl porphyrin is bonded to the surface of these membranes. These membrane-binding methods were optimized for synthesized porphyrins and membrane couples were determined. Surface hydrophobicity, roughness, morphology and elemental content of the resulting modified membranes were determined. It was calculated that per unit area of the PA membrane 14 µg/cm2 mono carboxyl iron tetra phenyl porphyrin were bonded to the surface based on the UV spectrophotometer measurement in liquid phase. The iron content of modified PVDF membrane surface was measured as 7.3% based on EDS analysis.