Nanokompozit Membran Üretimi ve Yağ İçeren Atıksuların Arıtımında Uygulanması

Abstract

Endüstriyel yağlı atıksular çelik, gıda, tekstil, deri, petrokimya ve metal gibi çeşitli endüstriler tarafından üretilmekte ve ciddi çevre sorunlarına sebep olmaları nedeniyle alıcı ortama deşarj edilmeden önce arıtılmaları gerekmektedir. Bu bağlamda; membran ayırma süreçlerinin kullanım kolaylığı, etkin ayırma kapasitesi, düşük enerji tüketimi ve maliyet gibi avantajları nedeniyle yağlı atık su arıtımında yeni ve yeşil bir teknoloji olarak gelişim göstermektedir. Özellikle mikrofiltrasyon (MF) ve ultrafiltrasyon (UF) membranları, stabil su kalitesi, küçük alan gereksinimi, kimyasal ilavesine gerek olmaması, yüksek kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderimi ve düşük enerji gereksinimi gibi avantajlarından dolayı yağlı atık su arıtımlarında önemli bir rol oynamaktadır. Fakat membran proseslerin en büyük sorunu tıkanma problemidir. Bu sorunun üstesinden gelmek için, birçok araştırmacı daha yüksek hidrofiliklik ve tıkanma direnci özelliklerine sahip yüksek performanslı membran üretimi konusunda araştırmalarını yoğunlaştırmıştır. Bu çalışmada, Al2O3 ve CaCO3 nanoparçacıkların kullanıldığı düz tabaka PSF/PEI nanokompozit membranlar faz dönüşümü yöntemi ile üretilmiştir. Üretilen anokompozit membranların yapısal özellikleri ve filtrasyon performansı üzerine Al2O3 ve CaCO3 nanoparçacıklarının etkisi, araştırılmıştır. Üretilen yeni nesil nanokompozit membranlar taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometre (FTIR), temas açısı, gözeneklilik, su akısı, termogravimetrik analiz (TGA), atomik kuvvet mikroskopu (AFM), X-ışını kırınımı (XRD) , BSA reddi, gerilme mukavemeti ve viskozite ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Yeni nesil nanokompozit membranların yağ/su emülsiyon ayrımına karşı membran geçirgenlik performansı ve tıkanmaya direnç özellikleri, sentetik ve gerçek sanayi yağlı atıksu için değerlendirilmiştir. Sonuçlar, yüksek permeabilite ve tıkanma direnci nedeni ile yağlı su arıtımı için bu çalışmada üretilen nanokompozit membranların büyük bir potansiyeli olduğunu göstermiştir. Tüm Al2O3 ve CaCO3 nanokompozit membranlar ile %90'ın üzerinde yağ giderimi elde edilmiştir.Industrial oily wastewaters are generated by various industries such as steel, food, textile, leather, petrochemical and metal milling and should be treated before discharging natural environment due to its serious environmental problems. With this view, membrane separation processes have promote a significant development of novel and green technology for oily wastewater treatment due to its clear advantages, for instance, ease in operation, efficient separation, low energy consumption and cost. Specially microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) membranes are playing a more prominent role in the oily wastewater treatments because of many advantages like as stable effluent quality, small area requirement, no chemicals addition, high chemical oxygen demand (COD) removal and low energy need. But the main drawback of membrane processes is the fouling problem. To overcome this problem, many researchers effort fabrication of high performance of membrane with higher hydrophilicity and antifouling properties. In this study, flat-sheet PSF/PEI nanocomposite membranes using Al2O3 and CaCO3 nanoparticles were prepared by phase inversion method. The effect of Al2O3 and CaCO3 nanoparticles were investigated on the structural properties and filtration performance of the nanocomposite membranes. Prepared membranes were characterized with scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), contact angle, porosity, water flux, thermogravimetric analysis (TGA), atomic force microscope (AFM), X-ray diffraction (XRD), BSA rejection, tensile strength, and viscosity measurements. Membrane permeability performance and antifouling properties towards oil water emulsion separation of these new generation nanocomposite membranes were evaluated for synthetic and real industrial oily wastewater. The results showed that there is a great potential to use these nanocomposite membranes for oily water treatment with higher permeability and antifouling capacity. All Al2O3 and CaCO3 nanocomposite membranes reached higher oil rejection ratios over 90%.