İçme suyu arıtma tesislerinde önemli bir ayırma teknolojisi olan ultrafiltrasyon membranları, protein saflaştırmasından kan filtrasyonu ve arıtımına, içecek saflaştırmasından metal iyon geri kazanımına kadar geniş bir yelpazede hayati önem taşıyorlar. ABD Ulusal Bilim Vakfı, Massachusetts Amherst Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü'nde Doç. Dr. Jessica Shiffman'a ultrafiltrasyon membranlarının daha da geliştirmesi için iki yıllık hibe olarak 174 000 $ tahsis etti.

Schiffman'ın "BRIGE: Engineering Antifouling Ultrafiltration Membranes Using Polycationic Nanofibers" adlı araştırması, yaklaşık 260 başvuru arasından finanse edilen 25 projeden sadece birisi.

Ultrafiltrasyon, bir akışkanın yarı geçirgen bir zar içinden hidrostatik basınç yardımı ile geçirilerek sıvı akımlardan yabancı maddeleri ayırmak için su arıtımında ve birçok endüstriyel işlemde kullanılan bir işlemdir. Bu işlem sırasında akışkanın ve düşük molekül ağırlıklı çözünenlerin membrandan geçmesine izin verirken, yüksek molekül ağırlıklı ve katı maddeler tutulur. Bu proses esnasında, membran aynı zamanda algler, kum, mantarlar ve diğer safsızlıkları da tutmaktadır.

Bu polimerik membranlar, su saflaştırmasında en iyi teknoloji olarak kabul edilirken, biyolojik kirlilik veya ishal ve koleraya sebep olan mikropların membran üzerinde birikip çoğalması nedeni ile uzun süreli kullanımlarında bazı zorluklar meydana gelmektedir. Kirlenen membranlar, genellikle fiziksel ve ağır kimyasal yöntemlerin uygulanmasıyla temizlenebiliyor. Bu temizlik işlemleri de proseste zaman kaybına ve maliyetin artmasına sebep olurken membranı bozunmasını ve yaşam süresini de negatif olarak etkilemektedir.

Schiffman da projesini özetlerken; "Bu araştırmanın amacı, yeni nesil ultrafiltrasyon membranlarının, daha az temizlenmeye ihtiyaç duyacak hale gelerek işletim sistemlerinde daha uzun süreli kullanımını sağlamak" ifadelerini kullanıyor. Burada amaç, işlem görmemiş çözeltinin membranla ilk temas ettiği yer olan membranın üst yüzey kısmına 'aktif' bir antimikrobiyal tabaka yerleştirmek.

Schiffman, "Yarı geçirgen bir zarın yüzeyini değiştirdiğiniz için akının azalması, burada isteyeceğiniz en son şey. Bunu önlemek için, yüzeye, ultra-yüksek gözenekli liflerden oluşan bir ağ ekleyeceğiz. Her bir lifin çapı 50 nanometre ve birçok katyonik yüzey yükleri sağlayacaktır. Pozitif yükler, mikropları öldürecek ve böylelikle ağır kimyasal temizleyicilere olan ihtiyacı ortadan kaldıracaktır" diye belirtti.

Teknik olarak, Schiffman'ın araştırması ultrafıltrasyon membranlara çok ince bir tabaka olarak uygulanan ve çalışma koşulları altında mikropları inaktif hale getirebilen yüksek gözenekli nano elyaflı matlar arasında önemli bir yapı-özellik ilişkisi sağlayacak. Bu nanoyapılar ile geliştirilmiş ultrafiltrasyon membranlar, yerel belediyeler ve gelişmemiş toplumlarda güvenli, yüksek kalitede su sağlayarak, yerel, ulusal ve küresel ölçekte su kalitesini etkileme potansiyeline sahip. Bu çalışmanın su arıtma için membranların işlevselliğini ve ömrünü geliştirmesine ek olarak, geniş bir yelpazedeki endüstriyel ayırma işlemlerinde kullanılan membranların düzgün işleyişi üzerinde de önemli etkileri vardır.

Ultrafiltrasyon membranlar organik madde, biyolojik atıklar ve "diğer yapışkan madde" ile kirlendiğinde etkilerini kaybediyorlar. Schiffman, mekanik ovma, ağartıcı ya da değişik antibakteriyel yıkama ile temizlenebileceğini, ancak tüm bu işlemlerin, membranın kullanım süresini azaltma eğiliminde olduğunu belirtiyor.

En sonunda membran kirlenir ve temizlenemezse, değiştirilmesi gerekir. Membran değişimi hem zaman alan hem de maliyeti yüksek olan bir işlem. Schiffman, bu değiştirme işlemi esnasında sistemin durdurulma süresi, kullanılmış membranın çevreye zarar vermeyecek şekilde ıskartaya çıkarılması ve yeni membranların maliyeti gibi sıkıntıların olduğunu söylüyor.

Bu yüzden Schiffman stratejisi, zarın yüzeyinde oldukça gözenekli nanofiber bir ağ oluşturmak. Schiffman, "Nano-ölçekli bir örümcek ağı olarak düşünün. Bu akış özelliklerine herhangi bir şekilde müdahale etmez ve mikropları öldürür. Aynı zamanda ölü mikrop, yosun, mantar, kumüstte periyodik olarak kazınan diğer organik atıkları tutarak membranın kirlenmesini azaltacaktır. ".

Schiffman'ın araştırması yalnızca arıtılmış suyu tutmayı değil, aynı zamanda membran gözeneklerini açık ve işlevsel kılabilmeyi de vadediyor. Schiffman amaçlarının verimi geliştirmek olmadığını, membranın çalışabilir olduğu ömrü boyunca aynı işlevselliğini korumak olduğunu söyledi.

Schiffman'ın yeni ve geliştirilmiş membranları gelişmekte olan ülkelerde, küçük kırsal su işleme tesislerinden, büyük şehirlerdeki karmaşık su arıtma tesislerine, bahsi geçen endüstriyel ayırma işlemleri için kullanılabilir. Ama Schiffman geliştirdiği bu teknolojiyle ilgili gelişmekte olan ülkelerde güvenli içme suyu sağlamada kullanılacak bir yöntem olacağı için ayrı bir heyecan duyuyor.

Küresel çaptaki çocuk ölümlerinde ikinci önemli neden olarak ishal bulunmaktadır. Membran bazlı teknolojiler bu ölüm hızını etkili bir şekilde azaltabilecekken, membran performansını koruma maliyetleri gelişmekte olan ülkelerin temiz içme suyuna erişimini engelliyor.

Schiffman, teknolojilerinin böyle ülkeler için mükemmel olacağını söyledi. "Yoksul ve dezavantajlı bir alanda ultrafiltrasyon bazlı su istasyonu işletiyorsunuz diyelim, tüm kârınızı insanlara temiz su sağlayarak elde ediyorsunuz, elde ettiğiniz bu parayı yeni membranlar alarak harcamayacaksınız. İşte bizim teknolojimiz, böyle küçük işletmelerin daha uzun süre temiz su sağlamasını garanti ediyor," diye belirtti. (Eylül 2013)

Orjinal Metin : http://che.umass.edu/news/meet-next-generation-antimicrobial-separation-membranes-treating-drinking-water

Türkçe'ye hazırlayan : Çağla Çıbuk

Siz de KimyaMuhendisi.com Çeviri Ekibi'ne Katılın


Yorum eklemek için üye girişi yapmalısınız.