Grafen Oksit Nanotabakaların Plazma Yüzey Modifikasyonları ve Yağ-su Ayrımı için Ultrafiltrasyon Membran Üretiminde Kullanılması

Abstract

Bu tez çalışmasında fonksiyonel polimerik ince filmler grafen oksit (GO) nano tabakalar üzerine çevre dostu bir teknik olan plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemi (PECVD) ile kaplanmıştır. Yüzeyi ince polimerik film kaplı GO nano tabakalar yağ-su ayrımı için kullanılacak gelişmiş yüzey özelliklerine sahip ultrafiltrasyon (UF) membran üretimi için kullanılmıştır. Fonksiyonel polimer kaplamalar olarak hidrofobik özellikte poli(hekzaflorobütil akrilat) (PHFBA) ve hidrofilik özellikte poli(dietilaminoetil metakrilat) (PDEAEMA) çalışılmıştır. Kaplanan filmlerin kimyasal yapıları FTIR ve XPS analizleri ile açığa çıkarılmıştır. Fonksiyonel ince filmler ile kaplanmış GO katkılı ultrafiltrasyon membranlarının yağ-su ayırımı performansını açığa çıkarmak için su akış hızı ve yağ tutma testleri yapılmıştır. Hidrofilik PDEAEMA-GO nano tabakaları ile katkılanmış membranlarda, hidrofobik PHFBA-GO nano tabakalar ile katkılanmış olan membranlara göre yağ-su ayırımı, kirlilik önleyici direnç ve su geri kazanım oranı bakımından daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Bu durumun PDEAEMA-GO ile polimer matris etkileşiminin daha iyi olmasının yanı sıra, modifiye edilmiş GO nanotabakalar arasındaki aglomerasyonun azalmasından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. PDEAEMA-GO ile katkılanan membranların saf su akısı değerlerinin modifiye edilmemiş GO ile katkılanmış membranlara göre %85 daha yüksek olduğu; bununla birlikte yağ giderme hızının ise neredeyse değişmediği sonucuna ulaşılmıştır.

In this work, an environmentally friendly surface modification method based on plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) was employed to deposit functional polymeric thin films onto graphene oxide (GO) nanosheets which were subsequently used to develop ultrafiltration (UF) membrane with improved surface properties for oily solution treatment. Two different monomers, namely hexafluorobutyl acrylate (HFBA) and diethylaminoethyl methacrylate (DEAEMA) were individually used to modify GO via PECVD method and the results from instrumental analyses confirmed the successful deposition of respective functional material onto the nanomaterials. All the developed membranes were characterized with a series of analytical instruments to support the findings of membrane filtration performance. The results indicated that the membrane incorporated with DEAEMA-GO (coated with hydrophilic polymer) could achieve better results in terms of oil rejection, antifouling resistance and water recovery rate than the membrane incorporated with HFBA-GO (coated with hydrophobic polymer). This is due to the reduced agglomeration between modified GOs as well as better interaction of hydrophilic-coated GOs with polymer membrane. Compared to the pure water flux of the membrane incorporated with unmodified GO, the membrane incorporated with DEAEMA-GO achieve approximately 85% higher value with oil removal rate remained almost unchanged.