Elektrik iletkenliği iyileştirilmiş polianilin membranların hazırlanma koşullarının ve kirlenme özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, öncelikle poli (2-akrilamido-2-metil-1-propansülfonik asit) (PAMPSA) ile yüklenmiş polianilin (PANI) yapısı oksidatif polimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiş ve sentezlenen PAMPSA yüklü PANI yapısı kullanılarak grafen (Gr) katkılı, elektriksel iletkenliği iyileştirilmiş kompozit membranlar hazırlanmıştır. Hazırlanan membranların yapısal ve morfolojik olarak karakterizasyonu yapılmış, performans ve kirlenme özellikleri incelenmiş ve elektriksel temizleme çalışmaları gerçekleştirilerek elektriksel iletkenlik iyileştirilmesinin temizlemede etkinliği değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen XRD incelemeleri Gr’in membran yapısına katkılandığını doğrulamıştır. Enine kesit SEM görüntü incelemeleri hazırlanan tüm kompozit membranların süngerimsi yapıda olduğunu, Gr katkısı varlığında üst yoğun tabakanın daha gözenekli ancak daha kalın hale geldiğini göstermiştir. İletkenlik ölçümleri Gr katkısı varlığında membran yapısının elektriksel iletkenliğinin yükseldiğini, %5 oranında Gr katkılı membranın 2,16x10-3 S/cm iletkenliğe sahip olduğunu ve bu değerin Gr katkısı içermeyen membrana göre 4,2 kat daha yüksek olduğunu göstermiştir. Dışlama çalışmalarında tüm membranların BSA için %90’ın üzerinde, HA için ise %80’in üzerinde dışlama performansı sergilediği görülmüştür. Kirlenme ve basit hidrolik temizleme çalışmaları sonucunda, BSA için toplam kirlenme oranlarının Gr katkısı ve artan Gr oranı ile yükselme gösterdiği ve katkısız membranda %75 seviyesinde olan kirlenme oranı %5 Gr katkılı membranda %77,6 seviyesine yükseldiği, kirlenmenin yüksek oranda tersinmez olduğu belirlenmiştir. HA ile kirlenmede ise nispeten daha düşük oranda kirlenme ve daha yüksek oranda tersinirlik elde edilmiştir. Elektriksel potansiyel uygulaması ile gerçekleştirilen temizleme çalışmaları, elektriksel temizlemenin klasik hidrolik temizlemeye göre hem katkısız hem de %5 oranında Gr katkılı membranda daha yüksek oranda tersinir kirlenme ve akı geri kazanım oranı eldesi sağladığını, %5 oranında Gr katkılı membranda BSA için tersinir kirlenme oranının %5,8’den %39,7 seviyesine, akı geri kazanım oranının ise %28,2’den %61,9 oranına yükseltilebildiğini göstermiştir. Çalışma sonuçları, Gr katkısı ile elektriksel iletkenlik iyileştirmesinin, membranların elektriksel temizleme etkinliğini artırdığı doğrulamıştır.

In this study, the poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (PAMPSA) doped polyaniline (PANI) structure was synthesised using the oxidative polymerisation method and graphene (Gr) modified composite membranes with improved electrical conductivity were then prepared using the synthesised PANI structure. The prepared membranes were characterised structurally and morphologically, their performance and fouling properties were investigated and electrical cleaning studies were carried out to evaluate the effectiveness of electrical conductivity improvement in cleaning. XRD analyses confirmed that Gr was modified into the membrane structure. Cross-sectional SEM image examination showed that all composite membranes were sponge like structure and the top dense layer became more porous but thicker with Gr doping. Conductivity measurements revealed that the electrical conductivity of the membrane structure increased with Gr doping and the membrane doped with 5% Gr had a conductivity of 2.16x10-3 S/cm, which was 4.2 times higher than the membrane without Gr modification. In the rejection studies, it was observed that all membranes exhibited rejection performance above 90% for BSA and above 80% for HA. As a result of fouling and simple hydraulic cleaning studies, it was determined that the total fouling rates for BSA increased with Gr modification and increasing Gr ratio and the fouling rate increased from 75% in the membrane without additive to 77.6% in the membrane with 5% Gr modified and the fouling was highly irreversible. HA fouling resulted in relatively lower fouling and higher reversibility. The electrical cleaning studies showed that electrical cleaning provided higher reversible fouling and flux recovery rates for both unmodified and 5% Gr modified membranes compared to simple hydraulic cleaning, and the reversible fouling rate for BSA was increased from 5.8% to 39.7% and the flux recovery ratio was increased from 28.2% to 61.9% for 5% Gr doped membrane. With the results of the study, it was confirmed that the improvement of electrical conductivity with Gr additive increases the electrical cleaning efficiency of the membranes.