Saf ve zeolit katkılı sodyum aljinat ve poli(dimetil siloksan) membranların pervaporasyon uygulaması

Abstract

Ayırma ve saflaştırma işlemleri kimyasal süreçlerin en önemli kısmını oluşturmaktadır çünkü ürünlerin diğer bileşenlerden bozunmadan ve yüksek saflıkta ayrılması gerekmektedir. Bu ayırma işlemleri bir dizi basamaklardan oluşmaktadır ve basamaklar arttıkça işlem maliyetleri de artmaktadır. Pervaporasyon, sıvı bileşenlerin yüksek saflıkta ayrıldığı düşük maliyetli bir membran prosesidir. Özellikle alkol ayırma alanında dünya çapında yüzlerce kurulu pervaporasyon tesisi bulunmaktadır. Pervaporasyonun performans ve verimi uygun membran seçimine bağlıdır. Bu tez çalışmasında, referans çözelti olarak etanol-su çözeltisi seçilmiştir. Bu çözeltiden suyu ayırmak için hidrofilik saf ve 4A zeolit katkılı Sodyum aljinat membranları, etanolü ayırmak için ise hidrofobik saf ve ZSM-5 zeoliti katkılı Poli(dimetil siloksan) membranları hazırlanmıştır. Hazırlanan membranlar ile yapılan pervaporasyon testleri sonucunda akı ve seçicilik değerleri hesaplanmıştır. Akı ve seçicilik değerlerinin, besleme konsantrasyonlarına, zeolit yükleme oranlarına, çapraz bağlayıcı seçimlerine, zeolit boyutuna, membran hazırlama koşuluna bağlı olarak değişimi incelenmiştir. Yapılan analizler ile membran yapısı belirlenmiştir. Deneyler sonucunda, membrana eklenen zeolit oranı arttıkça membran akı ve seçiciliğinin arttığı, membranın seçici olduğu bileşenin beslemedeki konsantrasyonunun arttırılması ile membran akısının arttığı ancak seçiciliğinin düştüğü görülmüştür. Membrana eklenen zeolit boyutunun seçicilik değerine etki etmediği ancak membran hazırlama koşullarının ve çapraz bağlayıcı çeşidinin pervaporasyon performansını etkilediği görülmüştür. Besleme çözeltisinin sıcaklığının artması, akı değerlerini arttırmış ancak seçicilik değerlerini düşürmüştür.

Separation and purification operations are the most important part of chemical reactions since it is important to obtain high purity product without decomposition. These operations consist of serial expensive steps. Pervaporation is an efficient and cost effective membrane process which separate liquid components. It is known that over hundreds PV plants have been established around the world in the field of alcohol dehydration. Pervaporation performance is mainly depends on the selection of appropriate membrane materials. In this work, ethanol-water mixtures have been selected as reference feed. Pristine and 4A filled Sodium alginate membranes, pristine and ZSM-5 filled poly(dimethyl siloxane) membranes have been prepared to separate water and ethanol from the feed mixtures respectively. After the pervaporation tests, flux and selectivity values have been calculated. The effect of feed composition, zeolite loading, cross-linking agent type, zeolite size and membrane preparation condition have been investigated. The membrane morphologies and chemical properties have been evaluated according to the analysis. It is observed that both flux and selectivity increased as increasing zeolite content in membrane matrix. Flux values increased but selectivity values decreased as increasing the composition of component which is selected by the membrane. The pervaporation performance has not been affected by the size of zeolite as well but membrane preparation and cross-linking agent type selection have influenced the flux and selectivity.