48 SU VE ÇEVRE TEKNOLOJİLERİ • 08 / 2025 MAKALE karbondioksiti, petrokimya işleme uygulamalarında nitrojen ve oksijeni veya hidrokarbon karışımlarından hidrojeni ayırmak için kullanılan gaz ayırma membranlarında ticari olarak genelde üretiminin kolay olması ve malzeme maliyetinin düşük olması nedeniyle polimerik membranlar tercih edilmektedir (Freeman, 1999). Bulunduğu sıcaklığa göre camsı veya kauçuk yapıya sahip olabilen polimerlerin fiziksel özellikleri ve kimyasal yapıları üretilen membran karakterini etkilemektedir. Polimerlerin camsı halden kauçuk hale geçtiği ve polimer malzemenin zincir özelliklerinin değiştiği bir camsı geçiş sıcaklığı (Tg) bulunmaktadır. Tg değerinin altında polimer zincirleri düşük hareket kabiliyetinde ve sınırlı hareketler gerçekleştirmektedir. Tg değerinin üstünde ise polimer zincirleri daha hareketlidir. Tg’nin altındaki polimerler camsı polimerler olarak adlandırılır, katı ve rijit yapıdadırlar. Tg’nin üstündeki polimerler, kauçuksu polimerler olarak adlandırılır, yumuşak ve esnek yapıdadırlar (Mushtaq vd., 2013). Genellikle camsı polimerler yüksek mekanik özelliklere ve seçiciliğe, daha iyi ince film oluşumuna ve düşük molekül ağırlıklı türlere karşı daha yüksek geçirgenliğe sahiptir. Ancak uzun vadede çalıştıklarında membranların geçirgenlikleri azalmaktadır. Kauçuksu polimerler ise düşük seçicilik ve plastikleşmeyi önleme özellikleriyle birlikte yüksek geçirgenliğe sahiptir (Abbasian ve Takht Ravanchi, 2023). Selüloz asetat, poliimid, polikarbonat, poli(fenilen oksit) ve polisülfon gibi camsı polimerlerden üretilen membranlar, endüstride yüksek gaz seçiciliği nedeniyle tercih edilmektedir (Hou vd., 2022). Ancak, geçirgenliğin ve seçiciliğin ayırma sürecinde belirleyici bir rol oynadığı çözelti difüzyon mekanizmasıyla çalışan polimerik gaz ayırma membranları, düşük kimyasal ve termal stabiliteleri ve fiziksel yaşlanmayla zamanla düşen geçirgenlikleri nedeniyle sınırlamalarla karşı karşıyadır. Ticari olarak uygun bir membran, fizikokimyasal stabiliteyi daha uzun bir ömürle korurken, üstün geçirgenliğe ve seçiciliğe sahip olmalıdır (Singh vd., 2024). Literatürde polimerik membranların ayırma performansını geliştirmek için çeşitli polimer modifikasyon teknikleri araştırılmıştır. Bunlar: • Çapraz bağlanma, • Karışık matris membran, • Polimer karıştırma, • İyonik sıvıların kullanımı olarak sınıflandırılabilir. (Adewole vd., 2013; Shei Ming vd., 2022). Çapraz bağlanma, polimer zincirleri arasında ağ yapısı oluşturan bir işlemdir. Çapraz bağlanma metodunun avantajı, üretilen membranın termal, kimyasal ve mekanik stabilitesinin artmasıdır. Çapraz bağlanma işleminde polimer zincirinin hareketliliği azaldığında geçirgenlik de azalır ancak seçicilik artar. Çapraz bağlanma kimyasal reaksiyon, radyasyon, ısıl işlem ve fiziksel ağ oluşturma yoluyla sağlanabilir (Liu, 2001). Nano-kompozit membranlar olarak da bilinen karışık matris membranlar, membranın performansını arttırmak için polimer matrise zeolitler gibi dolgu maddeleri ekleyen üretim yöntemleridir. Dolgu malzemelerinin eklenmesiyle membranlar daha yoğun hale gelir ve daha sert yapılar oluşturur. Bu kombinasyon aynı zamanda seçicilik ve geçirgenlik dahil olmak üzere membran özelliklerini de geliştirebilir (Al-Rowaili vd., 2023). Polimer karıştırma yöntemi, membran imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntem, iki farklı polimerin özelliklerini gösteren yeni sentezlenmiş polimerik membranlar oluşturması nedeniyle bir avantaja sahiptir. Polimerlerin ayırt edici fiziksel ve kimyasal özellikleri gaz ayırmada kullanılmak üzere yüksek performansa sahip bir polimerik membranın sentezlenmesi için birleştirilebilir. Camsı bir polimer kauçuksu bir polimerle karıştırıldığında, saf bir polimere göre daha yüksek mukavemete ve termal stabiliteye sahip yeni bir polimer elde edilebilir. Polimer karıştırma yöntemi, imalat maliyetini azaltmasının yanında polimerik membranların seçiciliğini, geçirgenliğini ve performansını optimize etmek için tercih edilmektedir (Mannan vd., 2013). Organik katyonlar ve inorganik anyonlardan oluşan iyonik sıvılar kullanılarak membranlar yüksek seçicilik ve geçirgenlikle üretilebilmektedir. İyonik sıvılar, benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı gaz ayırma uygulamalarında ilgi görmüştür (Friess vd., 2021). MOF’lar, geniş yüzey alanları, kimyasal işlevsellikleri, ayarlanabilir gözenek boyutları ve yüksek gözenekliğe sahip olmalarından dolayı membran malzemeleri olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, MOF içeren membranlarının büyük ölçekli imalatı MOF kristallerinin kontrolü sebebiyle zorludur. Ancak, son yıllarda MOF ve karışık matris membran teknolojisi kullanılarak oluşturulan membranlar, gaz ayırma performansı için yüksek geçirgenlik ve seçicilik elde etme konusunda umut vaat etmektedir (Şekil 3.) (S. Yu vd., 2024; Duan vd., 2023). Daglar vd. (2022) yaptıkları bir çalışmada, MOF/polimer karışık matris membranın üst performans sınırlarını belirlemişlerdir. Farklı MOF/polimer karışık matris membranın gaz geçirgenliği ve seçiciliği, 11 farklı ayırma için (He/H2, He/
RkJQdWJsaXNoZXIy MTcyMTY=