Zeolit katkılı polimerik membranların pervaporasyon uygulamaları

Abstract

Azeotrop oluşturan, kaynama noktaları birbirine yakın ve ısı ile bozunabilen sıvı karışımların ayrılması için enerji tüketimi yüksek klasik teknolojilere ekonomik yönden alternatif olarak ortaya çıkan pervaporasyon, membranla ayırma sürecidir. Pervaporasyonda yüksek seçicilik ve yüksek akı değerleri gösteren membran malzemeleri tercih edilmektedir. Membran ayırma süreçlerinde son yıllarda selüloz membranların ticari uygulamalarında büyük bir artış yaşanmaktadır. Selüloz membranların hidrofilik özellik göstermeleri, selüloz polimerinin doğada fazla miktarda bulunması, yinelenebilir olması, ucuz olması, biyolojik olarak parçalanabilirliğin yüksek olması ve çevre dostu doğal bir polimer olması gibi özellikler selüloz kullanımını cazip kılmaktadır. Selülozun çevre kirliliğine neden olmaması yanında petrokimya ürünlerinin yerini alması da selüloz kullanımını arttıran nedenlerden biri olarak görülmektedir.Kimyasal selülozdaki selüloz polimerinin çeşitli çözücülerin kullanılması ile selüloz türevlerine (eter ve ester) veya çözünmüş selüloz ürünlerine (elyaf, film, membran, sünger, vb.) dönüştürülmesi mümkün olmaktadır. Son yıllarda viskoz yöntemi yerine, çevre dostu bir yöntem olan NMMO (N-Metilmorfolin-N oksit) sürecinin kullanımı ile selüloz çözeltisinin elde edilmesi mümkün olmaktadır.Bu çalışmada pervaporasyon membranı olarak kullanılmak üzere linter selülozun NMMO'da çözünmesi sonucu selüloz esaslı membran üretimi gerçekleştirilmiştir. Gözeneksiz yapıda membran elde edilmesi için selüloz çöktürme koşulları ve selüloz konsantrasyonunun etkisi araştırılmıştır. Ayrıca çözme işlemini daha kısa sürede gerçekleştirebilmek için mikrodalga ısıtma işleminin başarılı bir şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir. Zeolit katkılı ve katkısız membranların sulu organik karışımlardan suyun pervaporasyon ile uzaklaştırılmasındaki etkileri incelenmiştir. Zeolit katkılı membranın gliserin-su karışımından suyun uzaklaştırılmasında yüksek seçicilik (1680) ve akı (400 gr/m2.saat) değeri elde edilmiştir. Etilen glikol/su karışımında ise kitosan kaplı zeolit 4A katkılı membran ile yapılan pervaporasyon çalışmaları sonunda, besleme akımında su içeriğinin azalması ile seçici bir ayırım sağlandığı gözlemlenmiştir.Anahtar Kelimeler : Selüloz membranlar, pervaporasyon, organik-su ayrımı, zeolit katkılı membranlar

Pervaporation is a new membrane separation process emerging as an economical and simple alternative to conventional energy-intensive technologies for separating azeotropic, close-boiling, and temperature sensitive liquid mixtures. Membrane materials in pervaporation with high selectivity and flux are required. Cellulose membranes have found extensive commercial applications in membrane separation processes, because of their relatively low cost, and their remarkable hydrophilic properties. Cellulose is one of the most abundant and oldest natural polymers; it can be a primary chemical resource of the future because it is renewable, biodegradable, biocompatible and derivatizable. Making use of cellulose not only protects the environment from pollution but also saves the limited oil resources because of its potential to substitute for some petrochemicals.By using various solvents, cellulose in chemical pulp is converted into cellulose derivatives (ethers and esters) and regenerated materials (fibers, films, food casing, membranes, sponges). In recent years N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) solvent has been used for the dissolution of the cellulose and this technology is also known as environmentally friendly compared with the common method named viscose process.In the present work, cellulose membranes were prepared from the dissolution of linter pulp in NMMO to use as the pervaporation membrane. The effect of the cellulose concentration and coagulation conditions, such as temperature and bath composition, on the preparation of nonporous membrane was investigated. It was showed that microwave heating could be used successfully in the dissolution of the cellulose. Zeolite filled and unfilled cellulose based membranes were used in the pervaporation of the some mixtures. Zeolite filled membranes gave high selectivity (1680) and flux (400 gr/m2.h) in the dehydration of water from glycerin mixture. For the pervaporation of ethylene glycol-water mixture, chitosan coated zeolite 4A filled membrane showed the highest selectivity for the feed solution with low water content.Key words : Cellulose membranes, pervaporation, zeolite filled membranes, organic/water separation