In this study, temperature and ionic-strength responsive polymeric microgels are used for fouling removal in membrane filtrations by adding them into feed solutions such that they deposit on the membrane surface together with the foulants during filtration. For removal of the fouling layer, the microgels in collapsed form are brought into swollen phase or vice versa by applying temperature change. Recently, in literature, there are several studies that stimuli-responsive surfaces have been shown to be effective in removing the fouling by `shaking off` the foulants from the membrane surface in response to appropriate stimuli. In the filtrations, PES (polyethersulfone) and PES/PVP (polyvinylpyrrolidone) blend membranes were used. It was observed that flux declined less with PVP addition than PES membrane owing to its hydrophilicity. Poly(N-isopropylacrylamide), p(NIPAm), and poly(N-isopropylacrylamide-co-sulfobetainemethacrylate), p(NIPAm-co-SBMA), microgels were synthesized by precipitation polymerization and used in the filtrations as responsive microgels. Pure water permeances (PWP) of clean membranes, filtration permeances and PWP of the used membranes after cleaning were compared in terms of flux recovery and fouling resistances. Bovine serum albumin (BSA) and humic acid (HA) were used as foulants in the presence and absence of microgels. For fouling removal, cleaning was done by stirring and simultaneously heating or cooling the filtration cell above or below lower critical solution temperature (LCST) depending on filtration condition, e.g. cleaning was done above LCST for the filtration performed below LCST in order to change size of the responsive microparticles.Thermo-responsive p(NIPAm) and p(NIPAm-co-SBMA) microgels used had swelling ratios of 2.9 and 2.1, and LCST of 32 and 29C, respectively. Addition of p(NIPAm-co-SBMA) microgel enabled less fouling resistance and more efficient cleaning compared to microgel-free cases for HA filtrations where the microgels were hydrophilic during filtration. In consequent filtrations, flux was almost completely recovered after HA filtrations for both PES and PES/PVP membranes either in pure water and in 0.5 M NaCl while flux recovery was around 60, 92 and 80% for PES membrane in pure water, PES/PVP blend one in pure water and 0.5 M NaCl, respectively. However, P(NIPAm) microgels did not provide better cleaning efficiency in neither BSA nor HA fouling for the filtrations above LCST where the microgels were hydrophobic.

Bu çalışmada, membran kirliliğinin temizlenmesi için sıcaklığa ve iyonik güce duyarlı polimerik mikrojeller kullanılmıştır. Söz konusu mikrojeller besleme çözeltisine katılarak kirleticilerle birlikte membran yüzeyinde oluşan kirlilik tabakasının içinde biriktirilmiştir. Kirliliğin temizlenmesi amacıyla uyaran şiddeti değiştirilerek mikrojellerin boyut değiştirmesi sağlanmış temizleme işlemi çökmüşten şişmişe ya da tersi yönde denenmiştir. Yakın zamanda, literatürde uyarana duyarlı yüzeylerle alakalı çeşitli çalışmalar uygun bir uyaran eşliğinde kirliliğin membran yüzeyinden `silkelenmesi` ile etkili temizleme sağlandığını göstermektedir.Filtrasyonlar esnasında PES (polietersülfon) ve PES/PVP (polivinilprolidon) karışımı membranlar ile poli(n-izopropilakrilamid), p(NIPAm), and poli(n-izopropilakrilamid-co-sulfobetainmetakrilat), p(NIPAm-co-SBMA), mikrojelleri kullanılmıştır. İlki sıcaklığa, ikincisi hem sıcaklığa hem iyonik güce duyarlı bu mikrojeller çöktürme polimerizasyonu ile sentezlenmiştir. PVP eklenmiş olan membranlarda daha hidrofilik olmaları dolayısı ile akı düşüşünün daha az olduğu saptanmıştır.Performans testlerinde membranların saf su geçirgenliği, filtrasyon esnasındaki geçirgenliği ve ilkiyle kıyaslamak üzere tekrar membran temizlendikten sonraki saf su geçirgenliği ölçülmüş, bu veriler akının geri kazanımı ile tersinmez kirlilik direnci bakımından incelenmiştir. Bovin serum albümin (BSA) ve hümik asit (HA) çözeltileri mikrojel eklenerek ve eklenmeden besleme çözeltisi olarak kullanılmış, oda sıcaklığında filtrasyon için düşük kritik çözelti sıcaklığının (DKÇS) üzerinde, DKÇS sıcaklığı üzerinde filtrasyon için DKÇS altında karıştırılarak temizlik yapılmıştır. Dolayısı ile mikrojeller şişmiş halde kirlilik tabakasında biriktirildikten sonra çökmüş hale getirilerek ya da çökmüş halde filtrasyon sonunda şişmiş hale getirilerek boyut değişikliği ile temizlik sağlanmıştır.Filtrasyonlarda kullanılan sıcaklık uyaranına duyarlı p(NIPAm) ve p(NIPAm-co-SBMA) mikrojelleri sırasıyla 3 ve 1.4 şişme oranlarına ve 32 ve 29C DKÇS değerlerine sahiptir. P(NIPAm-co-SBMA) mikrojellerinin besleme çözeltisine eklenmesi ile hümik asit filtrasyonlarında daha etkili temizlik elde edilmiştir. Bu deneyler esnasında mikrojeller hidrofilik durumdadırlar. Aynı membranla tekrarlanan seri filtrasyonlarda hem saf suda hem de 0.5 M NaCl ortamında PES ve PES/PVP karışımı membranların ikisi için de başlangıçtaki membran akısı neredeyse tamamen geri kazanılmıştır. Diğer yandan, mikrojel eklenmemiş durumdaki akının geri kazanımı değerleri PES membran için, saf suda ve 0.5 M NaCl ortamında PES/PVP membran için sırasıyla %60, 92 ve 80'dir. Aynı sonuçlar BSA ve HA filtrasyonlarında p(NIPAm) mikrojelleri için söz konusu değildir. Sonuç olarak, p(NIPAm-co-SBMA) mikrojelleri HA kirlenmesini kullanılmadığı duruma ve p(NIPAm) kullandığı duruma kıyasla daha iyi temizlenebilir hale getirmiştir.