Özet:
Polimerik yoğun membranlar kullanarak ayırma işleminin gerçekleştirildiği
pervaporasyon yöntemi farklı uygulama alanlarında yaygın şekilde
kullanılmaktadır. Diğer membran proseslerinde olduğu gibi pervaporasyon
yönteminde de en önemli bileşen membran olduğundan, ayrılması gereken
karışımdan hedef bileşeni seçici bir şekilde tercih edebilecek ve yüksek akı değerleri
verebilecek uygun membran malzemelerinin belirlenmesi gerekmektedir. Ayrıca,
pervaporasyon sıvı karışımların ayrılmasında kullanılan bir ayırma yöntemi
olduğundan ve özellikle azeotropik karışımların ayrılmasını sağlayabildiğinden,
polimer-sıvı etkileşim ve sıvı-sıvı ikili etkileşimlerinin hesaplanması, aktivite
katsayılarının ve diğer termodinamik özelliklerinin belirlenmesi, membran boyunca
taşınım olayının çözümlenmesinde oldukça önemlidir. Etanol, bütanol ve aseton
sanayinin birçok dalında yaygın biçimde ve yüksek miktarlarda kullanılan
çözücülerdir. Bu kimyasalların farklı uygulama alanlarında birbirleriyle ve su ile
oluşturdukları karışımların ayrılmasına yönelik daha etkin ve ekonomik çözümlerin
oluşturulması gerekmektedir. Organik-su karışımlarından organiklerin geri
kazanılması veya organik-organik karışımlarının ayrılmasında polidimetilsiloksan
(PDMS) sıklıkla kullanılan polimerlerden birisidir. Polidimetilsiloksan yüksek zincir
hareketliliği, düşük mekaniksel direnci ve düşük seçicilik değerleri vermesi
nedeniyle farklı inorganik dolgular kullanılarak özelliklerinin geliştirilmesi
gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, etanol, bütanol, aseton ve su
kimyasallarının saf halleri ve ikili karışımları ele alınarak yoğunlukları belirlenmiş,
farklı sıcaklıklarda izotermal buhar-sıvı denge hesaplamaları gerçekleştirilmiş,
UNIFAC yöntemiyle aktivite katsayılarının kestirimi yapılmış ve ikili etkileşim
parametreleri hesaplanmıştır. Saf madde pervaporasyon deneylerine yönelik olarak
homojen ve zeolit NaY, zeolit 5A ve nano boyutlu TiO2 dolgulu polidimetilsiloksan
membranlar hazırlanmıştır. Hazırlanan membranlar Fourier dönüşümlü kızılötesi
spektroskopisi (FTIR), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), termal gravimetrik
analiz (TGA) ve mekanik testlerle karakterize edilmiştir. Farklı sıcaklıklarda
sorpsiyon deneyleri yapılarak membran-çözücü etkileşim parametreleri
hesaplanmıştır. Membran karakterizasyon çalışmaları sonucunda belirlenen zeolit
NaY dolgulu polidimetilsiloksan membran kullanılarak farklı sıcaklıklarda saf
etanol, bütanol, aseton ve su için tekli geçirgenlik testleri yapılarak membran
performansı ortaya konmuştur. Pervaporasyon yönteminde membran boyunca
taşınım modellenmesinde en çok kullanılan yaklaşımlardan biri çözünme-difüzyon
modelidir. Serbest hacim teorisi kapsamında bu model kullanılarak tekli bileşen
modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiş, deneysel verilerin model sonuçlarıyla
uyumlu olduğu belirlenmiştir.
