KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Politeknik Dergisi / 2026 / Cilt: 29 Sayı: 3

Atık Tekstil Kaynaklı Karbon-PVDF Kompozit Membranların Fizikokimyasal Karakterizasyonu ve Filtrasyon Performansları

Physicochemical Characterization and Filtration Performances of Waste Textile Derived Carbon -PVDF Composite Membranes

Hüseyin Gümüş(Bilecik Seyh Edebali University, Osmaneli Vocational School, , 11500, Osmaneli, Bilecik/Turkey)0000-0002-2029-7978
Bülent Büyükkıdan(KÜTAHYA DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-9619-3246
Sayfa
1–10
Yayın Tarihi
2026-03-29
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Tersinir, tersinmez ve toplam kirlenme oranları (Rᵣ, Rᵢ ve Rₜ) hesaplanmış olup, üç filtrasyon çevrimi sonrasında en düşük Rₜ değeri (%28,5) P-KNa için gözlemlenmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, aktif karbon katkılı polimerik kompozit membranların fizikokimyasal ve filtrasyon özellikleri incelenmiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Hazırlanan kompozitlerin kristalin yapıları X-ışını kırınımı (XRD) ile analiz edilirken, moleküler etkileşimlerin incelenmesinde Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) kullanılmıştır.
💡
Sonuç & Katkı:Tersinir, tersinmez ve toplam kirlenme oranları (Rᵣ, Rᵢ ve Rₜ) hesaplanmış olup, üç filtrasyon çevrimi sonrasında en düşük Rₜ değeri (%28,5) P-KNa için gözlemlenmiştir.
🔬Tür:Laboratuvar & Saha Deneyi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Filtrasyon · Aktif karbon · Karbonizasyon

Özet

Bu çalışmada, aktif karbon katkılı polimerik kompozit membranların fizikokimyasal ve filtrasyon özellikleri incelenmiştir. H₂SO₄, H₃PO₄ ve NaOH ile emdirilmiş atık tekstil artıklarının tek aşamalı karbonizasyonu ile elde edilen katkı maddeleri, faz inversiyonu yöntemiyle dimetilasetamid (DMAc) içinde çözülmüş poli(viniliden florür) (PVDF) yapısına dahil edilmiştir. Hazırlanan kompozitlerin kristalin yapıları X-ışını kırınımı (XRD) ile analiz edilirken, moleküler etkileşimlerin incelenmesinde Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) kullanılmıştır. Morfolojik karakterizasyon taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilmiştir. Membranların su tutma kapasitesi, gözenekliliği ve yüzey hidrofilikliği değerlendirilmiştir. Saf su akısı ve metil oranj (MO) giderim performansları laboratuvar ölçekli bir filtrasyon sistemi kullanılarak test edilmiştir. NaOH ile modifiye edilmiş kompozit (P-KNa) en yüksek su akısını (58 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹) sergilerken, H₃PO₄ ile modifiye edilmiş kompozit (P-KH₃) en yüksek MO giderim verimini (%48,2) sağlamıştır. Tersinir, tersinmez ve toplam kirlenme oranları (Rᵣ, Rᵢ ve Rₜ) hesaplanmış olup, üç filtrasyon çevrimi sonrasında en düşük Rₜ değeri (%28,5) P-KNa için gözlemlenmiştir. Bu bulgular, hazırlanan kompozit membranların mükemmel yeniden kullanılabilirliğe sahip olduğunu ve atıksu filtrasyon uygulamaları için umut verici adaylar olduğunu göstermektedir.

Abstract

In this study, the physicochemical and filtration properties of activated carbon–added polymeric composite membranes were investigated. Additives obtained through the single-step carbonization of waste textile remnants impregnated with H₂SO₄, H₃PO₄, and NaOH were incorporated into poly(vinylidene fluoride) (PVDF) dissolved in dimethylacetamide (DMAc) by phase inversion. The crystallinity of the prepared composites was analyzed using X-ray diffraction (XRD), while Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) was employed to examine molecular interactions. Morphological characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM). The water uptake, porosity, and surface hydrophilicity of the membranes were evaluated. Pure water flux and methyl orange (MO) rejection performances were tested using a laboratory-scale filtration system. The NaOH-modified composite (P-KNa) exhibited the highest water flux (58 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹), whereas the H₃PO₄-modified composite (P-KH₃) achieved the highest MO rejection (48.2%). Reversible, irreversible, and total fouling ratios (Rᵣ, Rᵢ, and Rₜ) were calculated, with the lowest Rₜ value (28.5%) observed for P-KNa after three filtration cycles. These findings indicate that the prepared composite membranes possess excellent reusability and are promising candidates for wastewater filtration applications.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Gümüş, H., Büyükkıdan, B. (2026). Atık Tekstil Kaynaklı Karbon-PVDF Kompozit Membranların Fizikokimyasal Karakterizasyonu ve Filtrasyon Performansları. Politeknik Dergisi, Cilt: 29 Sayı: 3, 1–10. https://doi.org/10.2339/politeknik.1793672

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (47)

  1. Asif, M. B., Zhang, Z."Ceramic membrane technology for water and wastewater treatment: A critical review of performance, full-scale applications, membrane fouling and prospects". Chem. Eng. J. 418:129481 (2021).
  2. Iqbal, A., Cevik, E., Mustafa, A., Qahtan, T. F., Zeeshan, M., Bozkurt, A."Emerging developments in polymeric nanocomposite membrane-based filtration for water purification: A concise overview of toxic metal removal". Chem. Eng. J. 481:148760 (2024).
  3. Yılmaz, M., Öztürk, E. “İnorganik katkı içeren polimer kompozit membranların üretimi ve performans analizi”. Politeknik Dergisi. 24:1293–1302 (2021).
  4. Petukhov, D. I., Johnson, D. J."Membrane modification with carbon nanomaterials for fouling mitigation: A review". Adv. Colloid Interface Sci. 327:103140 (2024).
  5. Cuong, D. V., Matsagar, B. M., Lee, M., Hossain, Md. S. A., Yamauchi, Y., Vithanage, M., Sarkar, B., Ok, Y. S., Wu, K. C.-W., Hou, C.-H."A critical review on biochar-based engineered hierarchical porous carbon for capacitive charge storage". Renew. Sustain. Energy Rev. 145:111029 (2021).
  6. Yaashikaa, P. R., Kumar, P. S., Varjani, S., Saravanan, A."A critical review on the biochar production techniques, characterization, stability and applications for circular bioeconomy". Biotechnol. Rep. 28:e00570 (2020).
  7. Zakaria, R., Jamalluddin, N. A., Abu Bakar, M. Z."Effect of impregnation ratio and activation temperature on the yield and adsorption performance of mangrove based activated carbon for methylene blue removal". Results Mater. 10:100183 (2021).
  8. Yang, C., Liu, J., Lu, S."Pyrolysis temperature affects pore characteristics of rice straw and canola stalk biochars and biochar-amended soils". Geoderma. 397:115097 (2021).
  9. Khuong, D. A., Nguyen, H. N., Tsubota, T."Activated carbon produced from bamboo and solid residue by CO2 activation utilized as CO2 adsorbents". Biomass Bioenergy. 148:106039 (2021).
  10. Haider, R., Sagadevan, S., Cameron, N. R., Johan, M. R."Biomass-derived activated carbon for high-performance energy storage devices". J. Power Sources. 633:236404 (2025).
  11. Müller, B."Preparation and characterization of K2CO3-doped powdered activated carbon for effective in-vitro adsorption of deoxynivalenol". Bioresour. Technol. Rep. 15:100703 (2021).
  12. Pazira, R., Lashanizadegan, A., Sharififard, H., Darvishi, P."Xylene removal from dilute solution by palm kernel activated charcoal: Kinetics and equilibrium analysis. 2:107-117 (2018).
  13. Yuan, Z., Xu, Z., Zhang, D., Chen, W., Huang, Y., Zhang, T., Tian, D., Deng, H., Zhou, Y., Sun, Z."Mesoporous activated carbons synthesized by pyrolysis of waste polyester textiles mixed with Mg-containing compounds and their Cr(VI) adsorption". Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp. 549:86-93 (2018).
  14. Miao, X., Lin, J., Bian, F."Utilization of discarded crop straw to produce cellulose nanofibrils and their assemblies". J. Bioresour. Bioprod. 5:26-36 (2020).
  15. Duman, A., Yıldırım, S. “Biyokütle kaynaklı aktif karbon katkılı polimer kompozit membranların hazırlanması ve adsorpsiyon performanslarının incelenmesi,” Politeknik Dergisi, 26: 1421–1430 (2023).
  16. Xu, Z., Wang, Y., Wu, M., Chen, W."Preparation of biochar derived from waste cotton woven by low-dosage Fe(NO3)3 activation: characterization, pore development, and adsorption". Environ. Sci. Pollut. Res. 30:49523-49535 (2023).
  17. Xu, Z., Zhang, T., Yuan, Z., Zhang, D., Sun, Z., Huang, Y., Chen, W., Tian, D., Deng, H., Zhou, Y."Fabrication of cotton textile waste-based magnetic activated carbon using FeCl3 activation by the Box–Behnken design: optimization and characteristics". RSC Adv. 8:38081-38090 (2018).
  18. Wannassi, B., Kanan, M., Hariz, I. B., Assaf, R., Abusaq, Z., Ben Hassen, M., Aljazzar, S., Zahran, S., Khouj, M. T., Barham, A. S."Cotton Spinning Waste as a Microporous Activated Carbon: Application to Remove Sulfur Compounds in a Tunisian Refinery Company". Sustainability. 15 (2023).
  19. Güneş, A., Koyuncu, M. “Sulu çözeltilerden metil oranj ve metilen mavisinin adsorpsiyon yoluyla giderimi: kinetik ve izoterm incelemesi,” Politeknik Dergisi, 25:839-848 (2022).
  20. Gumus, H., Buyukkidan, B." A Simple and Green Preparation Route of Waste Textile Based Photocatalytic Biochars for Pollution Removal". Chem. Afr. 6:629–642 (2023).
  21. Gumus, H., Buyukidan, B. Karbonı̇ze Edı̇lmı̇ş Tekstı̇l Atığı Katkılı Polı̇(Vı̇nı̇l Florür) Kompozı̇tlerı̇n Üretı̇mı̇ ve Karakterı̇zasyonu. In Matematik ve Fen Alanında Uluslararası Araştırmalar VI. Eğitim Yayın Evi. 119-130 (2022).
  22. Isloor, A., Pereira, V., Bhat, B., Al-Obaid, A., Fun, H., Ismail, A."Preparation and performance studies of Polysulfone-Sulfated nano-Titania (S-TiO2) nanofiltration membranes for dye removal". RSC Adv. 5 (2015).
  23. Chen, Z., Chen, G.-E., Xie, H.-Y., Xu, Z.-L., Li, Y.-J., Wan, J.-J., Liu, L.-J., Mao, H.-F."Photocatalytic antifouling properties of novel PVDF membranes improved by incorporation of SnO2-GO nanocomposite for water treatment". Sep. Purif. Technol. 259:118184 (2021).
  24. Cai, X., Lei, T., Sun, D., Lin, L."A critical analysis of the α, β and γ phases in poly(vinylidene fluoride) using FTIR". RSC Adv. 7:15382-15389 (2017).
  25. Brunengo, E., Luciano, G., Canu, G., Canetti, M., Conzatti, L., Castellano, M., Stagnaro, P."Double-step moulding: An effective method to induce the formation of β-phase in PVDF". Polymer. 193:122345 (2020).
  26. Uličná, S., Owen-Bellini, M., Moffitt, S. L., Sinha, A., Tracy, J., Roy-Choudhury, K., Miller, D. C., Hacke, P., Schelhas, L. T."A study of degradation mechanisms in PVDF-based photovoltaic backsheets". Sci. Rep. 12:14399 (2022).
  27. Mireja, S., Khakhar, D. V."High β phase PVDF films formed by uniaxial compression". Polymer. 293:126665 (2024).
  28. María, N., Maiz, J., Rodionov, V., Hadjichristidis, N., Müller, A. J."4-Miktoarm star architecture induces PVDF β-phase formation in (PVDF)2-b-(PEO)2 miktoarm star copolymers". J Mater Chem C. 8:13786-13797 (2020).
  29. Wang, Z., Ma, J., Liu, Q."Pure sponge-like membranes bearing both high water permeability and high retention capacity". Desalination. 278:141-149 (2011).
  30. Kim, C.-H., Yoo, Y., Ayode Otitoju, T., Kim, I.-C., Nam, S.-E., Park, Y.-I., Cho, Y. H."Controlling the polymorphs of PVDF membranes: Effects of a salt additive on PVDF polarization during phase separation processes". Sep. Purif. Technol. 351:128120 (2024).
  31. Su, J. F., Beltsios, K. G., Li, P.-H., Cheng, L.-P."Facile formation of symmetric microporous PVDF membranes via vapor-induced phase separation of metastable dopes". Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp. 634:128012 (2022).
  32. M.Hamad, E., Al-Gharabli, S., Kujawa, J."Tunable hydrophobicity and roughness on PVDF surface by grafting to mode – Approach to enhance membrane performance in membrane distillation process". Sep. Purif. Technol. 291:120935 (2022).
  33. Atakul, T., Güneş, E. ve Karataş, S., “Production of PVDF-based filters for dye removal from water and determining its effectiveness through experimental optimization for the adsorption,” Politeknik Dergisi, 27:1249–1258, (2024).
  34. Zakaria, N. A., Zaliman, S. Q., Leo, C. P., Ahmad, A. L., Ooi, B. S., Poh, P. E."Electrochemical cleaning of superhydrophobic polyvinylidene fluoride/polymethyl methacrylate/carbon black membrane after membrane distillation". J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 138:104448 (2022).
  35. Özden Yenigün, E. "Karbon Nanotüp-Polimer Nanokompozitlerde Çok Boyutlu Modelleme ile Arayüz Özelliklerinin İncelenmesi". Politek. Derg. 20:503-511 (2017).
  36. Akduman, Ç."PVDF Electrospun Nanofiber Membranes for Microfiltration: The Effect of Pore Size and Thickness on Membrane Performance". Avrupa Bilim Ve Teknol. Derg.247-255 (2019). doi:10.31590/ejosat.556748.
  37. Yang, H.-R., Huang, Y.-H., Wang, C.-F., Chung, T.-S."Green fabrication of PVDF superhydrophobic membranes using a green solvent triethyl phosphate (TEP) for membrane distillation". Desalination. 566:116934 (2023).
  38. Kumar, V., Rudra, R., Hait, S."Sulfonated polyvinylidene fluoride-crosslinked-aniline-2-sulfonic acid as ion exchange membrane in single-chambered microbial fuel cell". J. Environ. Chem. Eng. 9:106467 (2021).
  39. Chen, S., Yao, K., Tay, F., Liow, C."Ferroelectric Poly(Vinylidene Fluoride) Thin Films on Si Substrate with the Beta Phase Promoted by Hydrated Magnesium Nitrate". J. Appl. Phys. 102:104108-104108 (2007).
  40. Shah, L. A., Malik, T., Siddiq, M., Haleem, A., Sayed, M., Naeem, A."TiO2 nanotubes doped poly(vinylidene fluoride) polymer membranes (PVDF/TNT) for efficient photocatalytic degradation of brilliant green dye". J. Environ. Chem. Eng. 7:103291 (2019).
  41. Sireci, E., Luca, G. D., Salvo, J. L. D., Cipollina, A., Micale, G."Prediction of equilibrium water uptake and ions diffusivities in ion-exchange membranes combining molecular dynamics and analytical models". J. Membr. Sci. 668:121283 (2023).
  42. D’Haese, A., Yaroshchuk, A."Interplay between membrane imperfections and external concentration polarization". J. Membr. Sci. 676:121579 (2023).
  43. Ormanci-Acar, T., Tas, C. E., Keskin, B., Ozbulut, E. B. S., Turken, T., Imer, D., Tufekci, N., Menceloglu, Y. Z., Unal, S., Koyuncu, I."Thin-film composite nanofiltration membranes with high flux and dye rejection fabricated from disulfonated diamine monomer". J. Membr. Sci. 608:118172 (2020).
  44. Zhao, F., Han, X., Shao, Z., Li, Z., Li, Z., Chen, D."Effects of different pore sizes on membrane fouling and their performance in algae harvesting". J. Membr. Sci. 641:119916 (2022).
  45. Zhao, D., Chen, L., Peng, M., Xue, B., Yao, Z., Huang, W., Wang, Z., Liu, J."The complex influence of membrane roughness on colloidal fouling: A dialectical perspective". J. Membr. Sci. 725:124014 (2025).
  46. Ounifi, I., Guesmi, Y., Ursino, C., Santoro, S., Mahfoudhi, S., Figoli, A., Ferjanie, E., Hafiane, A."Antifouling Membranes Based on Cellulose Acetate (CA) Blended with Poly(acrylic acid) for Heavy Metal Remediation". Appl. Sci. 11:4354 (2021).
  47. Hani, U."Comprehensive review of polymeric nanocomposite membranes application for water treatment". Alex. Eng. J. 72:307-321 (2023).