Yüzeyi kaplanmış ultrafiltrasyon membranları ile içme sularındaki organik kirleticilerin arıtılabilirliği

Abstract

5, 10 ve 20 kDa moleküler ağırlık ayırma sınırına (MWCO'ya) sahip ultrafiltrasyon membranları; kitosan, titanyum dioksit ve çok duvarlı karbon nanotüp ile kaplanmıştır. Membranların kaplama öncesi, sonrası ve filtrasyon sonrası yüzey özellikleri atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi, mikroyapı ve yapı özellikleri Zayıflatılmış Toplam Yansıma-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spektroskopisi ve hidrofobik ve hidrofilik özellikleri temas açısı analizleri ile belirlenmiştir. Kaplama ile membranların yüzey ile mikro yapı özelliklerinin değiştiği hidrofilik özelliklerinin arttığı görülmüştür. Kaplanmış membranlarla İstanbul'un önemli su kaynaklarından olan Melen Nehri ve Terkos Gölü sularındaki doğal organik maddeler ile sentetik hümik asitin arıtılabilirliği bu çalışmada araştırılmıştır. Kaplanmış membranlarla organik madde ve dezenfeksiyon yan ürünü (DYÜ) giderme veriminin belirlenebilmesi için toplam organik karbon (TOK), UV254, SUVA254 ve trihalometan oluşturma potansiyeli (THMOP) parametreleri analiz edilmiştir. Özellikle TOK ile THMOP giderme verimleri birbirlerine yakın oranlarda gerçekleşmiştir. Kitosanla kaplanmış membranlarda Terkos Gölü suyunda %25, Melen Nehri suyunda %60 TOK giderim verimi elde edilmiştir. TiO2 ile kaplanmış membranlarda Terkos Gölü suyunda %22, Melen Nehri suyunda %59 TOK giderim verimi elde edilmiştir. Çok duvarlı karbon nanotüp ile kaplanmış membranlarda Terkos Gölü suyunda % 37 ve Melen Nehri suyunda %62 oranında en yüksek TOK giderim verimleri elde edilmiştir. Sentetik hümik asit çözeltisinde en yüksek TOK ve THMOP'nin giderme verimi yaklaşık %91 ile kitosanla kaplanmış membranlarla elde edilmiştir.

Surface of ultrafiltration membranes with 5, 10 and 20 kDa molecular weight cut-off (MWCO) were coated using chitosan, titanium dioxide and multiwalled carbon nanotubes (MWCNT). Surface morphologies of raw and coated membranes before and after filtration were observed by atomic force microscope (AFM), scanning electrone microscobe (SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Effect of coating on microstructural characteristics of membrane was monitored by Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infra-Red (ATR-FTIR) spectroscopy analyses while contact angle values were used to determine the hydrophobicity and hydrophilicity of membranes. The analyses indicated that coating changed structure and microstructure characteristics and increased hydrophilic properties of membranes. Coated membranes were applied for the removal of natural organic matters from Melen River and Terkos Lake in Istanbul. Additionaly, performance of coated membrane for humic acids removal was tested on synthetic solution. Analyses of total organic carbon (TOC), UV254, SUVA254 and trihalomethane formation potential (THMOP) were performed to determine the performance of coated membranes for the removal of organic matter and disinfection by-products. In particular, decrease in TOC and THMOP values was closer each other. Chitosan coated membranes have TOC removal efficiencies with %25 from Terkos Lake and %60 from Melen River. TiO2 coated membranes have TOC removal efficiencies with %22 from Terkos Lake and %59 from Melen River. Multiwalled carbon nanotube coated membranes have the highest TOC removal efficiencies with 37% from Terkos Lake and 65% from Melen River. However, chitosan coated membranes performed the highest TOC and THMOP removal as 91% from synthetic humic acid solution.