Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi 122. Sayı (Eylül 2018)

52 SU VE ÇEVRE TEKNOLOJİLERİ • 09 / 2018 MAKALE arıtılmasında, gazların ayrılmasında, elektrokimyasal proseslerde, biyome- dikal alanda kan ve idrarın diyalizi, oksijen kazandırılması, membran bazlı sensörlerde, kontrollü ilaç salı- nımı vb. gibi alanlarda kullanılmak- tadır. Sonuç olarak membranların uygulama alanları aşağıda özetlen- miştir (Aslan, 2016; AMTA, 2017; Ravanchi ve diğ., 2009; Bodzek ve diğ., 2012; Baker, 2012): • İçme suyu arıtımında • Evsel ve endüstriyel atıksuların arıtımında ve yeniden kullanımında • Tuzlu su arıtımında • Deniz suyundan içme suyu eldesinde • Gaz ayırımında • Sertlik, organik madde, mikrokirletici vb. gideriminde • Proses suyu eldesinde • Biyoenerji, biyogaz üretiminde • Metal giderimi ve geri kazanımında • Yarı iletken üretimi ve enerji sektörleri için yüksek saflıkta su eldesinde • Yiyecek ve içecek sektöründe (süt ve peynir üretimi, bira, şarap ve alkollü içki üretiminde) • Petrol endüstrisinde olefin/ parafin ayrımı, fenol ve aromatik bileşenlerin geri kazanımında, dehidrojenasyonda • Hemodiyaliz, kan oksijenatörleri, plazma ayrımı, kontrollü ilaç taşınımı vb. gibi medikal uygulamalarda • Bakteri/virüs ayırmada • Protein ve enzim ayrımı ve geri kazanılmasında • Protein çözeltilerinin yoğunlaştırılmasında 1.3. Membranların Tarihsel Süreçteki Gelişimi Membran teknolojisi, yaklaşık olarak 50 senedir aktif olarak çok farklı endüstri alanında kendine yer bulmaktadır. Ayrıca polimer kim- yası, elektrokimya, kimya mühendis- liği, çevre mühendisliği ve malzeme mühendisliği gibi bilim ve mühen- dislik konularında da membran tek- nolojileri aktif olarak çalışılmaktadır (Lonsdale, 1982). Membranlar tarihsel gelişimi içe- risinde kendine 1950’lerden önce yer bulsa da çok yaygın olarak kullanım alanına sahip değillerdi. O günden bugüne kadar membran teknolojile- rinin gelişiminde bazı kritik olaylar yaşanmıştır. Bunlardan ilki 18. yüz- yıla dayanmaktadır. Nollet, 1752’de bir tarafta su-etanol karışımı diğer tarafta su ortamı bulunurken, ara- daki malzemenin seçici olarak etanolü geçirdiğini keşfetmiştir. Nollet’in yarı geçirgen membran ve osmotik basınç kavramlarını ilk keşfeden kişi olduğu düşünülmektedir. Fick, 1855’de difüz- yon kanunlarını yayınlamıştır. Bu kanunlar, membran kalınlığı boyunca taşınımın ne şekilde gerçekleştiğini ilk kez tanımlamayı sağlamıştır (Fick, 1855). Yarı geçirgen membranlardaki kütle taşınımı üzerine daha sistema- tik çalışmaları ise Graham yapmış- tır. Graham, 1866’da farklı ortamlar kullanarak gaz difüzyonunu çalış- mış ve kauçuğun farklı gazlara karşı farklı geçirgenliğe sahip olduğunu keşfetmiştir. Membranlarla alakalı ilk çalışmalar hayvan mesaneleri ya da kauçuk gibi doğal malzemelerle denenmiştir. Traube, 1867’de ilk kez bakır-demir-siyanür kullanarak göze- nekli porselen üzerinde yarı geçirgen membran üretmiştir. Traube, van’t Hoff ve Pfeffer, osmotik basınç üze- rine çalışmalar yapmıştır (Van’t Hoff, 1887; Pfeffer, 1877). Daha sonra Nerst ve Plank, konsantrasyon veya elektrik potansiyel sürücü kuvvetleri altındaki elektrolitler için akı denklemlerini geliştirmiştir (Plank, 1888; Nernst, 1888). Donnan, 1911’de elektrolit- lerin varlığında membran üzerindeki denge ve potansiyel teorileri üzerine çalışmıştır (Lonsdale, 1982; Strath- mann ve diğ., 1975). 20. yy başlarından itibaren memb- ran bilimi ve teknolojisi yeni bir aşa- maya geçmiştir. Bechold, konsantre asetik asit içerisinde nitroselüloz çözeltisi kullanarak ilk sentetik memb- ranları üretmiştir. Bu membranların geçirgenlikleri asetik asit ve nitrose- lüloz oranları değiştirilerek ayarlan- mıştır. Bechold dışında, Bachmann ve Zsigmondy, Manegold, Grabard ve Elford gibi bilim insanları da memb- ran bilimi ve teknolojisine aynı dönem içerisinde katkıda bulunmuştur. Ters osmozun öncüsü olacak çalışmaları ilk kez Manegold, Michealis ve McBain gibi araştırmacılar 1920’lerde selo- fan ve selüloz-nitrat malzemeleri kullanarak gerçekleştirmişlerdir. Tuz veya elektrolit çözeltileri, bu memb- ranlardan basınç altında geçirilmiş, süzüntüde beslemeye göre daha az miktarda çözünmüş madde elde edil- miştir (Lonsdale, 1982). 1944 yılında ilk kez fonksiyonel hemodiyaliz cihazı üretilerek membranlar ilk kez büyük ölçekte biyomedikal alanda kullanıl- mıştır (Kolff, 1944). 1950’li yıllara kadar membranla- rın pratikteki uygulamaları çok fazla bulunmamaktaydı. Bu yıllardan sonra membranlar bilimsel olarak geliştiril- mesinin yanında, uygulamaya yöne- lik olarak da gelişmeye başlamıştır. Polimer kimyasındaki gelişmeler sayesinde özel taşınım özelliklerine sahip, mükemmele yakın mekanik ve ısıl dayanımları olan sentetik polimer- lerin geliştirilmesine olanak sağlamış olup, yeni membranların üretilmesi gerçekleşmiştir. Bu dönem içerisinde membran taşınım özellikleri, termo- dinamik olarak geri dönüştürülemez proseslere bağlı olarak açıklanmıştır. Ayrıca çözelti-difüzyon modeli gibi