TR2023015252A1 - Yağ-su emülsi̇yonlarinin ayriştirilmasinda kullanilmak üzere körlenme di̇renci̇ yüksek ve kolay temi̇zlenebi̇li̇r bi̇r memran ve bunun hazirlanmasi i̇çi̇n bi̇r yöntem - Google Patents

Abstract

Buluş, yağ-su emülsiyonlarının ayrıştırılmasında kullanılmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte, nanolifler ve hidrojel partiküllerden mamul bir membran ve bunun hazırlanması için bir yöntem ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME YAG-SU EMÜLSIYONLARININ AYRISTIRILMASINDA KULLANILMAK ÜZERE KÖRLENME DIRENCI YÜKSEK VE KOLAY TEMIZLENEBILIR BIR MEMRAN VE BUNUN HAZIRLANMASI içiN BIR YÖNTEM Bulusun Ilgili Oldugu Teknik Alan Bulus, yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte bir membran ve bunun hazirlanmasi için bir yöntem ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Günümüzde atik sulardan emülsiyon halindeki yagin ayrilmasinda membran teknolojisinden yararlanilmaktadir. Membran teknolojisinin en büyük sorunu ise körlenme adi verilen membran yüzeyinin ve içindeki gözeneklerin ayirma esnasinda sudan ayristirilmaya çalisilan yag damlaciklari ile dolmasi ve bir süre sonra membranin ise yaramaz hale gelmesidir. Bu da membranin sik sik temizlenmesini ya da degistirilmesini gerekli hale getirmektedir. Teknigin bilinen durumunda membranlarin körlenme dirençlerini artirmak için farkli yaklasimlari içeren çok sayida arastirma yapilmistir. Bu arastirmalar genelde hidrofilligi artirici bir polimer ya da bilesik ekleme, membran yüzeyini fiziksel ya da kimyasal islemlerle modifiye etme ya da süper hidrofiI-süper oleofobik ya da süper hidrofobik- süper oleofilik yüzeyler hazirlama seklindedir. Genel olarak hidrofilitenin artirilmasi oldukça kabul görmüs bir yöntemdir. Hidrofilligi artirilmis membranlarda yagin yüzeye tutunmasi azalmakta, bu da membranin körlenmesini geciktirmekte ve verimliligi artirmaktadir. Özellikle yüzeyin modifiye edilerek hidrofilligin artirilmasi sikça kullanilan bir yöntemdir. Ancak modifiye edilmis yüzey yeterince stabil olmamaktadir. Zaman içinde yüzey tabakasi membrandan kopup ayrilabilmekte bu da membranin hidrofilliginin zaman içinde azalmasina neden olmaktadir. Hidrofilligi azalmis olan membran körlenmektedir ve körlenme gerçeklestikten sonra membranin temizlenmesi genellikle kimyasal yollarla yapilmaktadir. Kimyasal temizlemeden kasit, membranin gözeneklerine ve yüzeyine yerlesen istenmeyen parçaciklarin kimyasal ajanlar yoluyla temizlenmesidir. Kimyasal temizleme islemi hem zaman alan hem de maliyetli bir islemdir. Teknigin bilinen durumunda yer alan yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilan membranlarin kisitliliklari ve yetersizlikleri, mevcut teknikte yüzeyleri körlenmeyi geciktirmek amaciyla modifiye edilmis olan membranlarda yüzey stabilitesinin yeterince saglanamiyor olmasi ve bundan kaynakli olarak membranin hidrofilliginin zaman içinde azalmasi ve bunun sonucunda membranin körlenmesi, körlenme gerçeklestikten sonra ise membran temizliginin sadece kimyasal ajanlar yoluyla mümkün olmasi ve bu durumun da zaman alici ve maliyetli bir süreç gerektiriyor olmasi gibi problemler dolayisiyla tüm bu problemlerin giderildigi, yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte bir membranin ortaya koyulmasi gerekli kilinmistir. Bulusun Kisa Açiklamasi Ve Amaçlari Bulusta yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte, nanolifler ve hidrojel partiküllerden mamul bir membran ve bunun hazirlanmasi için bir yöntem açiklanmaktadir. Bulusun bir amaci, yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek bir membranin ortaya koyulmasidir. Yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek bir membranin ortaya koyulmasi bulusa konu membranda hidrofilligin artirilmasiyla saglanmaktadir. Hidrofilligin artirilmasi durumunun körlenme direncini artirdigi her ne kadar biliniyor olsa da bulusa konu membranda körlenme direncinin maksimuma çikarilmasi nano ya da mikro boyutlu isiya duyarli bir hidrojel kullanimiyla saglanmaktadir. Nano ya da mikro boyutlu isiya duyarli bir hidrojel, membranin hazirlanmasi esnasinda nanolifler arasina yerlestirilmekteir. Bulusa konu membran özelinde gerçeklestirilen hidrofillestirme islemi yüzey modifikasyonu seklinde olmadigindan zaman içerisinde yüzeyin asinmasiyla ortaya çikabilecek hidrofilligin azalmasi sorunu ortadan kaldirilmaktadir. Bulusun bir diger amaci, yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, kolay temizlenebilir özellikte bir membranin ortaya koyulmasidir. Bulusa konu membranin hazirlanma yönteminde elektro lif çekim (elektro egirme) ve elektro püskürtme (elektro spreyleme) islemleri es zamanli kullanilarak, selüloz asetat nanolifleri arasina isiya duyarli bir hidrojel olan poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) partikülleri dahil edilmekte ve kompozit bir yapi olusturulmaktadir. Bu kompozit yapinin en önemli farki isiya duyarli hidrojel partikülleri araciligiyla membran yapi içindeki gözenekliligin degistirilmesini mümkün kiliyor olmasidir. Bu durum özellikle körlenme gerçeklestikten sonra membranin temizlenmesini kolaylastirmaktadir. Sicakliga duyarli hidrojellerin, sicakliga karsi tepki gösterdikleri bir sicaklik degeri olmakla birlikte bu deger en düsük kritik çözelti sicakligi (LCST) olarak adlandirilmaktadir. PNlPAM hidrojeli için bu deger altinda hidrojeldeki amid grup su molekülleriyle bir araya gelerek çözünmekte ve hidrojel su tutucu özellik göstermektedir. Sicaklik bu degerin üzerine çiktiginda ise hidrojen baglari zayiflamakta ve hidrofob gruplar arasindaki etkilesim artmakta, su yapidan çikartilmakta ve hidrojel büzülmektedir. Normal çalisma sartlarinda en düsük kritik çözelti sicakliginin (LCST) altinda çalisilacagindan hidrojeller siserek membran yapindaki gözenek boyutunu küçültmektedir. Körlenme gerçeklestikten sonra membrani temizlemek için, kritik sicaklik degerinin üzerindeki su ile yikama yapilmasi durumunda bile yapi içerisindeki hidrojeller hidrofob hale geleceginden büzülmekte ve membran yapinin gözenekliligini artmaktadir. Bu da gözeneklere dolan kirliligin daha kolay temizlenmesini saglamaktadir. Bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membran yapilanmasinda isiya duyarli hidrojel kullanilmasi sayesinde membran içindeki gözenek boyutu istenilen zamanda degistirilebilmektedir. Sekillerin Açiklamasi Sekil 1. Selüloz asetat (CA) nanolifleri ve poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerinden olusan kompozit membranin Taramali Elektron Mikroskopu (SEM) kesit görüntüsü. Sekil 2. Selüloz asetat/poli(N-izopropilakrilamid) (CA/PNlPAM) kompozit membraninin SEM EDS Analizi. Sekil 3. CA/PNlPAM kompozit membranin gözenek boyutu dagilimi. Sekil 4. Yag-su emülsiyonun ayirma öncesi ve sonrasi optik mikroskop görüntüleri. Sekil 5. CA/PNlPAM membrani ile yag-su emülsiyonu ayirma islemi sonrasi UV- spektrumlari. Burada; C:Ayçiçek yagi/su emülsiyon, D: Süzüntü (CA/PNlPAM) ve E: Saf su'dur. Sekil 6. 10 döngü boyunca yag su emülsiyonunun ayrilmasi sirasindaki akidaki degisimin gösterildigi Aki-Döngü sayisi grafigi. Burada; F: CA/PNlPAM'dir. Sekil 7. Sicaklik degisiminin membran geçirgenligine etkisi. Farkli sicakliklardaki suyun beslenmesi esnasinda Aki da görülen degisim. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bulus, yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte, nanolifler ve hidrojel partiküllerden mamul bir membran ve bunun hazirlanmasi için bir yöntem ile ilgilidir. Hidrofilligin artirilmasi durumunun körlenme direncini artirdigi her ne kadar biliniyor olsa da bulusa konu membranda körlenme direncinin maksimuma çikarilmasi nano ya da mikro boyutlu isiya duyarli bir hidrojel kullanimiyla saglanmaktadir. Nano ya da mikro boyutlu isiya duyarli bir hidrojel, membranin hazirlanmasi esnasinda nanolifler arasina yerlestirilmekteir. Bulusa konu membran özelinde gerçeklestirilen hidrofillestirme islemi yüzey modifikasyonu seklinde olmadigindan zaman içerisinde yüzeyin asinmasiyla ortaya çikabilecek hidrofilligin azalmasi sorunu ortadan kaldirilmaktadir. Bulusa konu membranin hazirlanma yönteminde elektro lif çekim (elektro egirme) ve elektro püskürtme (elektro spreyleme) islemleri es zamanli kullanilarak, selüloz asetat nanolifleri arasina isiya duyarli bir hidrojel olan poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) partikülleri dahil edilmekte ve kompozit bir yapi olusturulmaktadir. Bu kompozit yapinin en önemli farki isiya duyarli hidrojel partikülleri araciligiyla membran yapi içindeki gözenekliligin degistirilmesini mümkün kiliyor olmasidir. Bu durum özellikle körlenme gerçeklestikten sonra membranin temizlenmesini kolaylastirmaktadir. Bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membran yapilanmasinda isiya duyarli hidrojel kullanilmasi sayesinde membran içindeki gözenek boyutu istenilen zamanda degistirilebilmektedir. Bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membran; selüloz asetat (CA) nanolifleri arasina yerlestirilmis poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerini içermektedir. Bulusun bir uygulamasinda bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membran; tüm ürüne oranla agirlikca %35-65 oraninda selüloz asetat (CA) nanolifleri arasina yerlestirilmis tüm ürüne oranla agirlikca % 35-65 oraninda poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerini içermektedir. Bulusun bir uygulamasinda bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membran; tüm ürüne oranla agirlikça %52 oraninda selüloz asetat (CA) nanolifleri arasina yerlestirilmis tüm ürüne oranla agirlikça %48 oraninda poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerini içermektedir. Bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte bir membranin hazirlanmasi için bir yöntem; i. dimetilformamid (DMF)/aseton içerisinde selüloz asetat çözeltisinin hazirlanmasi ve hazirlanan çözeltinin elektro lif çekim sistemindeki siringaya beslenmesi ve püskürtülmesi ve püskürtülen selüloz asetat polimerinin döner silindir seklindeki bir toplayici üzerinde toplanmasi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekiminin gerçeklestirilmesi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken bununla es zamanli olarak DMF içerisinde hazirlanan poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) çözeltisinin döner silindire gönderilmesi ve böylelikle negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken; pozitif (+) polaritede PNlPAM çözeltisinden püskürtme yapilmasi ile birlikte döner silindir üzerinde selüloz asetat nanolifleri arasina yerlestirilmis PNlPAM hidrojel partiküllerinden olusan kompozit bir membran yapinin elde edilmesi islem adimini içermektedir. Bulusun bir uygulamasinda bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte bir membranin hazirlanmasi için bir yöntem; i. /aseton içerisinde agirlikça %10-18'lik selüloz asetat çözeltisinin hazirlanmasi ve hazirlanan çözeltinin elektro lif çekim sistemindeki siringaya beslenmesi ve 10-15 cm'lik mesafeden 10-15 kV altinda 0,1-0,2 ml/sa hizinda püskürtülmesi ve püskürtülen selüloz asetat polimerinin döner silindir seklindeki bir toplayici üzerinde toplanmasi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekiminin gerçeklestirilmesi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken bununla es zamanli olarak DMF içerisinde agirlikça % akis hizinda döner silindire gönderilmesi ve böylelikle negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken; pozitif (+) polaritede PNlPAM çözeltisinden püskürtme yapilmasi ile birlikte döner silindir üzerinde selüloz asetat nanolifleri arasina yerlestirilmis PNlPAM hidrojel partiküllerinden olusan kompozit bir membran yapinin elde edilmesi islem adimini içermektedir. Bulusa konu yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere, körlenme direnci yüksek ve kolay temizlenebilir özellikte, selüloz asetat (CA) nanolifleri arasina yerlestirilmis poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerini içeren bir membrana ait Taramali Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri Sekil 1'de gösterilmektedir. Bulusa konu membranin selüloz asetat (CA) nanolifleri ve poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerinden olustugunu ispat eden SEM-EDS analizinin sonucu Sekil 2'de gösterilmektedir. Selüloz asetatin ve PNlPAM'nin kimyasal formülleri sirasiyla (C2H402)n ve (CsH11N0)n'dir. Bu iki polimer arasinda ayirici element azot oldugu için, EDS analiziyle lif ve partikül yapilarinda azotun varligina bakilmistir. Lif yapilarinda azot elementi bulunmamaktadir. Partikül yapilarinda ise azot tespit edilmistir. Bulusa konu membranin gözenek boyut dagilimi Sekil 3'te gösterilmektedir. Gözenek dagilimi yogunluklu olarak 4-18 pm arasindadir. Bulusa konu membranin ayirma performansinin degerlendirilmesi için yag-su emülsiyonlari hazirlanmistir. Membran filtrasyon düzenegine yerlestirilip yerçekimi etkisi altinda filtrasyon islemi gerçeklestirilmistir. Daha sonra süzüntünün optik mikroskop görüntüleri yag-su emülsiyonunun optik mikroskop görüntüleri ile karsilastirilmistir. Optik mikroskop görüntüleri süzüntü içinde yag damlaciklarinin olmadigini göstermektedir. Membran emülsiyon halindeki yag damlaciklarini basariyla ayirmaktadir. Sekil 4'te yag-su emülsiyonun ayirma öncesi ve sonrasi optik mikroskop görüntüleri yer almaktadir. Optik mikroskop görüntüleri disinda toplanan süzüntülerdeki yag tayini UV- spektrofotometre ile incelenmistir. Sekil 5'teki süzüntü spektrumlari karsilastirildiginda filtrasyon sonunda elde edilen süzüntünün spektrumunun saf su spektrumuna yakin oldugu görülmektedir. Bu da yagin büyük oranda tutuldugunu göstermektedir. Bulusa konu membranin geçirgenlik performanslari Denklem 1 (aki) ile körlenme dirençleri nicel olarak Denklem 2 (aki geri kazanim orani, FRR) ile hesaplanmistir Scientific, Genesys 108). Reddetme orani(RR) Denklem 3 ile hesaplanmistir[2]. m2*sa Burada; ]:Aki ( ) V: Toplam emülsiyon hacmi (m1) A: Membran yüzey alani (cm2) ; t: ayirma islem süresi (dk) 0 FRR = "-2 Denklem 2 Burada; Saf su akisi, Jwi: Emülsiyon ayrimindan önce; Jw2: Emülsiyon ayrimindan sonra o RR = 1 - :-P Denklem 3 Burada; Yag konsantrasyonu, Cp: Süzüntü ; Cr: Emülsiyon Sekil 6'da on döngü boyunca filtrasyon islemi sirasinda akidaki degisimi gösteren grafik yer almaktadir. CA/PNlPAM membranin akisinda baslangiçta gözlenen düsüs, membran içine yerlestirilen hidrojellerin suyla temasinda siserek gözenekleri daraltmasindan kaynaklanmaktadir. On döngü sonunda bulusa konu CA/PNlPAM membraninin aki düsüs orani %85, reddetme orani ise %94'dür. Bulusa konu membraninin sicaklik duyarlilik özelligini test etmek için 4 farkli sicaklikta Denklem 1 kullanilarak akilari hesaplanmistir. Membranin içine yerlestirilen PNlPAM hidrojelinin en düsük kritik çözelti sicaklik (LCST) degerinin üstündeki (32°C<) ortamda büzülme davranisi göstermesi sayesinde, membranin gözenek boyutlari büyütülmüs ve membran geçirgenligi artirilmistir. Sicaklik düsürülerek bu islemin tersinebilir oldugu ispatlanmistir. TR TR TR TR

Claims (6)

ISTEMLER
1. . Yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membran olup, özelligi; selüloz asetat (CA) nanolifleri arasina yerlestirilmis poli(N- izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerini içermesidir.
2. . Istem 1'e göre bir membran olup, özelligi; tüm ürüne oranla agirlikca %35-65 oraninda selüloz asetat (CA) nanolifleri arasina yerlestirilmis tüm ürüne oranla agirlikca % hidrojel partiküllerini içermesidir.
3. . Istem 2'ye göre bir membran olup, özelligi; tüm ürüne oranla agirlikça %52 oraninda selüloz asetat (CA) nanolifleri arasina yerlestirilmis tüm ürüne oranla agirlikça %48 oraninda poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) hidrojel partiküllerini içermesidir.
4. . Yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membrani hazirlama yöntemi olup, özelligi; i. dimetilformamid (DMF)/aseton içerisinde selüloz asetat çözeltisinin hazirlanmasi ve hazirlanan çözeltinin elektro lif çekim sistemindeki siringaya beslenmesi ve püskürtülmesi ve püskürtülen selüloz asetat polimerinin döner silindir seklindeki bir toplayici üzerinde toplanmasi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekiminin gerçeklestirilmesi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken bununla es zamanli olarak DMF içerisinde hazirlanan poli(N-izopropilakrilamid) (PNlPAM) çözeltisinin döner silindire gönderilmesi ve böylelikle negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken; pozitif (+) polaritede PNlPAM çözeltisinden püskürtme yapilmasi ile birlikte döner silindir üzerinde selüloz asetat nanolifleri arasina yerlestirilmis PNlPAM hidrojel partiküllerinden olusan kompozit bir membran yapinin elde edilmesi islem adimini içermesidir.
5. 5. Istem 4'e göre bir yöntem olup, özelligi; i. /aseton içerisinde agirlikça %10-18'lik selüloz asetat çözeltisinin hazirlanmasi ve hazirlanan çözeltinin elektro lif çekim sistemindeki siringaya beslenmesi ve 10-15 cm'lik mesafeden 10-15 kV altinda 0,1-0,2 ml/sa hizinda püskürtülmesi ve püskürtülen selüloz asetat polimerinin döner silindir seklindeki bir toplayici üzerinde toplanmasi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekiminin gerçeklestirilmesi ve negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken bununla es zamanli olarak DMF içerisinde agirlikça % akis hizinda döner silindire gönderilmesi ve böylelikle negatif (-) polaritede selüloz asetat çözeltisinden lif çekimi gerçeklestirilirken; pozitif (+) polaritede PNlPAM çözeltisinden püskürtme yapilmasi ile birlikte döner silindir üzerinde selüloz asetat nanolifleri arasina yerlestirilmis PNlPAM hidrojel partiküllerinden olusan kompozit bir membran yapinin elde edilmesi islem adimini içermesidir.
6. 6. Istem 4 veya 5'ten herhangi birine göre bir yöntem ile hazirlanan yag-su emülsiyonlarinin ayristirilmasinda kullanilmak üzere bir membran.