Fabrication and characterization of silver embedded polymeric membranes for waterand wastewater treatment - Eren, Koray (My University, 2014)
İçme suyu arıtımında membran prosesler, desalinasyon, yumuşatma, çözünmüş organik madde, renk, parçacık ve mikroorganizma giderimi amaçlarıyla kullanılmaktadır. Mermbranların arıtma işlemlerinde kullanımı, uygun maliyetli hale gelmeleri ve daha iyi performans gösterebilmeleri nedeniyle artmaktadır. İdeal bir membranın yüksek akı ve geçirgenliğe, mekanik dayanıma, dar gözenek çapı dağılımına sahip olması ve tıkanmaya karşı eğiliminin düşük olması beklenir. Membran teknolojilerinde en kısıtlayıcı etken membran tıkanıklığıdır. Membran tıkanıklığı; membran kimyası hidrofobikliği ve morfolojisi gibi faktörlerce belirlenir. Organik maddeler ve mikroorganizmaların yarattığı membran tıkanıklığı, membranın su geçirgenliğini düşürerek performansının düşmesine neden olur. Membran yüzeyindeki biyofilm tabaka zamanla kalınlaşır ve membranın geri yıkanmasıyla giderilemeyecek kalıcı bir tabaka haline gelir. Metal iyonları salımı özellikleriyle metaller antimikrobiyal özellik gösterirler. Gümüş nanoparçacıkların, düşük konsantrasyonlarda dahi mikroorganizmalarla temasıyla bakteriyel çoğalmayı durdurdukları bilinmektedir. Buradaki ana mekanizmanın, Ag+ iyonları salınımının hücre duvarında tahribat yaratması, RNA replikasyonunu durdurması ve solunumun bloke edilmesi olduğuna inanılmaktadır. Gümüş nanoparçacıklar ile kaplı bir yüzey, bir çözeltideki nanoparçacıkların gösterdiği antimikrobiyal etkiye benzer etki gösterme potansiyeline sahiptir. Gümüş nanoparçacıklar ile polimerlerin birleşimi ile membran üretimi, gelişmiş optik, iletkenlik ve antibakteriyel özellikleri nedeniyle son yıllarda ilgi görmeye başlamıştır. Gümüş nanoparçacık taşıyıcısı polimer kompozitin üretimi sırasında dikkate alınması gereken hususlar düşük miktarlarda gümüş nanoparçacık kullanımı ile bu etkinin yaratılabilirliği ve gümüş nanoparçacıkların polimer içinde homojen bir şekilde dağıtılabilirliğidir. Bununla birlikte bu kompozitlerin uzun süre etkili kullanımları yüzeylerinin etkili bir şekilde gümüş ile kaplanmış olmasına bağlıdır Bu çalışmanın amacı gümüş nanoparçacık katkılı kompozit membran üretimi ve karaketerizasyonudur. Membran malzemesi olarak polisülfon ve katkı polimeri olarak hidrofilikliği arttırmak üzere polivinilpirolidon kullanılmıştır. Gümüş nanoparçacık içeren polisülfon-polivinilpirolidon ultrafiltrasyon membranlarının doğal organik madde içeren yüzey sularının arıtımındaki etkisi araştırılmıştır. Yüzey suyu örnekleri ve hidrofilik doğal organic maddeyi temsilen sentetik olarak hazırlanmış, bir tür polisakkarid olan sodyum aljinat içeren çözelti ile tıkanma, hidrolik permeablite ve akı azalması deneyleri yapılmıştır. Ek olarak, membran kompozitlerinden çevreye zararlı etkileri olabilecek olası gümüş nanoparçacık geri salımı araştırılmıştır.

Membrane processes are used for desalting, softening, removal of dissolved organics, color, particles and microorganisms in drinking water treatment. Membrane utilization in the treatment processes is increasing due to their increasing cost-effectiveness and better performance characteristics. An ideal membrane should give high fluxes, should have high strength, a narrow pore-size distribution, and minimal propensity for fouling. Major limitation of the membrane technology is fouling, which is determined by factors such as membrane chemistry, hydrophobicity, and membrane morphology. Membrane fouling caused by organic substances and microorganisms deteriorates membrane performance by decreasing water permeabilities. Biofilm layer on the membrane surface accumulates in time and forms a permanent fouling which is difficult to remove with backwashing. Metals exhibit antimicrobial properties by releasing ions. It has been known that silver nanoparticles (AgNPs) come into contact with microorganisms and inhibit bacterial growth even at very low concentrations. Main mechanism is believed to be the release of Ag+ ions resulting in damage to the cell wall, inhibiting the RNA replication process and blocking the respiration process. A substrate surface with AgNPs has a potential to show antimicrobial effects as the dispersed nanoparticles exhibit the same behavior in solution. A combination of polymeric materials with AgNPs in membrane fabrication has attained much attention recently due to the outstanding optical, high conductivity and antibacterial properties of silver. The combination of polymer and AgNPs may enhance the antibacterial property due to the protection offered by polymer-hosting. The high antibacterial activity with very low loading and the improved distribution of silver particles in the polymer matrix are the essential properties that need to be taken into account during the fabrication of this composite. However, the long-term stability and efficient operation of these composites require surfaces that completely filled with Ag over the prolonged operational time periods. The objective of this study is the fabrication and characterization of silver nanoparticle composite membranes. Polysulfone was used as the main membrane polymer and polyvinylpyrrolidone was utilized as the polymer additive to impart hydrophilicity. The effectiveness of polysulfone-polyvinylpyrrolidone ultrafiltration membranes including silver nanoparticles in different compositions was investigated for the treatment of surface waters including natural organic matter. Fouling, hydraulic permeability and flux decline were evaluated using a surface water samples as well as a synthetically prepared solution including sodium alginate, one kind of polysaccharide, as model hydrophilic natural organic matter. In addition, potential release of the AgNPs within the membrane composite was investigated as they may affect environmental endpoints.
Keywords: Çevre Sağlığı; Membran; Metaller; Organik Kimya; Su Arıtımı