İlaç Endüstrisi Atık Sularından İzopropanolün Pervaporatif Geri Kazanımı

Öz

Bu çalışmada ilaç endüstrisi atık suyundan izopropanolün membran destekli ayırma prosesi pervaporasyon ile geri kazanımı amaçlanmıştır. İzopropil alkol, birçok ilaç sentezinde çözücü olarak kullanılmaktadır. İzopropanolün ilaç endüstrisi atık sularından geri kazanımında karşılaşılan bazı zorluklar vardır. Bunlar, ağırlıkça % 12 su içeren bir izopropanol / su karışımının azeotrop bir karışım oluşturması, daha düşük su içeriğinde ise yakın kaynama noktalarına sahip ayrılması zor karışımların elde edilmesidir. İzopropanolün bu tür atık sulardan geri kazanılmasında dehidrasyon önemli rol oynar. Bu çalışmada dehidrasyon işlemi için membran destekli ayırma prosesi olan pervaporasyon kullanılmıştır. Polivinilpirolidon/Selüloz Asetat blend membranı kullanılarak suyun karışımdan uzaklaştırılması sağlanmıştır. Membranlar çözeltiden döküm ve solvent buharlaştırma tekniği kullanılarak hazırlanmıştır. Polivinilpirolidon/Selüloz Asetat membranın kimyasal bağ yapısı FTIR ile analiz edilmiştir. Membranların morfolojik yapıları ise SEM analizleri ile belirlenmiştir. Blend membrandaki polivinilpirolidon miktarının ve besleme su konsantrasyonunun membranın ayırma performansına etkisi incelenmiştir. Yüksek su adsorpsiyon kapasitesine sahip Polivinilpirolidon/Selüloz Asetat blend membran ile daha yüksek oranda, başarılı bir dehidrasyon işleminin gerçekleştiği, atık sudan izopropanolün pervaporasyon prosesi ile başarılı bir şekilde geri kazanıldığı görülmüştür. Optimum proses koşulları %5 Polivinil pirolidon yüklü membran ve ağırlıkça % 12 besleme su konsantrasyonu olarak belirlenmiş ve bu koşullar altında elde edilen akı ve ayırma faktörü değerleri ise sırasıyla 0.95 kg/m2.h ve 104'tür.

Anahtar Kelimeler

• Atık su
• İlaç
• İzopropanol
• Membran
• Pervaporasyon

Pervaporative Recovery of Isopropanol from Pharmaceutical Industry Wastewater

Abstract

In this study, it was aimed to recovery of isopropanol from pharmaceutical industry wastewater by membrane-assisted separation process pervaporation. Isopropyl alcohol is used as a solvent in many drug synthesis. There are some difficulties in the recovery of isopropanol from pharmaceutical industry wastewater. These are formation of azeotropic mixture in isopropanol/water mixture containing 12% water by weight and the obtainment of close boiling point mixtures in lower water content and these mixtures are difficult to separate. Dehydration plays an important role in the recovery of isopropanol from such wastewaters. In this study, a membrane assisted separation process pervaporation was used for the dehydration process. Water was removed from the mixture by using a Polyvinylpyrrolidone/Cellulose Acetate blend membrane. Membranes were prepared using solution casting and solvent evaporation techniques. The chemical bond structure of the Polyvinylpyrrolidone/Cellulose Acetate membrane was analyzed by FTIR. The morphological structures of the membranes were determined by SEM analysis. The effects of the amount of polyvinylpyrrolidone in the blend membrane and the feed water concentration on the separation performance of the membrane were investigated. It was observed that the successful dehydration was achieved with the Polyvinylpyrrolidone/Cellulose Acetate blend membrane with high water adsorption capacity, and isopropanol was successfully recovered from the wastewater by the pervaporation process. Optimum process conditions were determined as 5% Polyvinyl pyrrolidone loaded membrane and 12 wt% feed water concentration, and the flux and separation factor values obtained under these conditions were 0.95 kg/m2.h and 104, respectively.

Keywords

• Drug
• Isopropanol
• Membrane
• Pervaporation
• Wastewater

Kaynakça

1. [1] A. Urtıaga, E. Gorri and I. Ortiz, "Pervaporative recovery of isopropanol from industrial effluents," Sep. Purif. Technol., vol.49, pp.245–252, May. 2006.
2. [2] Y. Congli, L. Yanmei, C. Gangling, G. Xuehong and X. Weihong, "Pretreatment of Isopropanol Solution from Pharmaceutical Industry and Pervaporation Dehydration by NaA Zeolite Membranes," Chin. J. Chem. Eng., vol.19, pp.904–910, Dec. 2011.
3. [3] X.W. Liu, Y. Cao, Y.X. Li, Z.L. Xu, Z. Li, M. Wang and X.H. Ma, "High-performance polyamide/ceramic hollow fiber TFC membranes with TiO2 interlayer for pervaporation dehydration of isopropanol solution," J. Membr. Sci., vol.576, pp.26-35, Apr. 2019.
4. [4] A.I. Kuzminova, M.E. Dmitrenko, D.Y. Poloneeva, A.A. Selyutin, A.S. Mazur, A.V. Emeline, V.Y. Mikhailovskii, N.D. Solovyev, S.S. Ermakov and A.A. Penkova, "Sustainable composite pervaporation membranes based on sodium alginate modified by metal organic frameworks for dehydration of isopropanol," J. Membr. Sci., vol.626, 119194, May. 2021.
5. [5] R. W. Baker, "Membrane separation," in Encyclopedia of Separation Science, Academic Press, 2000, pp. 205-209.
6. [6] A. Basile, M.D. Marcello De Falco, G. Centi and G. Iaquaniello, Membrane Reactor Engineering: Applications for a Greener Process Industry. United Kingdom: Wiley, 2016.
7. [7] A. Basile, A. Figoli and M. Khayet, Pervaporation, Vapour Permeation and Membrane Distillation: Principles and Applications. United Kingdom: Woodhead Publishing, 2015.
8. [8] E. Drioli and L. Giorno, Comprehensive Membrane Science and Engineering Volume 1Basic Aspects Of Membrane Science And Engineering. United Kingdom: Elsevier, 2010.

9. [9] Y. M. Xu, N. L. Le, J. Zuo and T.S. Chung, "Aromatic polyimide and crosslinked thermally rearranged poly(benzoxazole-co-imide) membranes for isopropanol dehydration via pervaporation," J. Membr. Sci., vol.499, pp.317–325, Feb. 2016.
10. [10] D. Ünlü, "Biyoyakıt Bütanolün Metal Organik Kafes (MOF) içeren Karışık Matrisli UiO-66/PVA Membranlar Kullanılarak Pervaporasyon Prosesi ile Dehidrasyonu," Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol.10, pp.275-285, 2020.
11. [11] H. Wu, X. Fang, X. Zhang, Z. Jiang, B. Li and X. Ma, "Cellulose acetate–poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) blend membrane for pervaporation separation of methanol/MTBE mixtures," Sep. Purif. Technol., vol.64, pp.183–191, Dec.2008.
12. [12] X.H. Zhang, Q.L. Liu, Y. Xiong, A.M. Zhu, Y. Chen and Q.G. Zhang, Pervaporation Dehydration of Ethyl Acetate/Ethanol/Water Azeotrope Using Chitosan/Poly (vinyl pyrrolidone) Blend Membranes. J. Membr. Sci., vol. 327, pp.274–280, Feb. 2009.
13. [13] Y. Miyashita, T. Suzuki and Y. Nishio, "Miscibility of cellulose acetate with vinyl polymers," Cellulose, vol.9, pp.215–223, Sept. 2002.
14. [14] J. Lu, Q. Nguyen, J. Zhou and Z.H. Ping, "Poly(vinyl alcohol)/poly(vinyl pyrrolidone) interpenetrating polymer network: Synthesis and pervaporation properties," J. Appl. Polym. Sci., vol.89, pp.2808–2814, Sept. 2003.
15. [15] K. Sunitha, Y.V.L.R. Kumar and S. Sridhar, "Effect of PVP loading on pervaporation performance of poly(vinyl alcohol) membranes for THF/water mixtures," J. Mater. Sci., vol.44, pp.6280–6285, Jan. 2009.
16. [16] Z. Raeisi, A. Moheb, M. Sadeghi, A. Abdolmaleki and M. Alibouri, "Titanate nanotubes–incorporated poly(vinyl alcohol) mixed matrix membranes for pervaporation separation of water-isopropanol mixtures," Chem Eng Res Des., vol.145, pp.99-111, May. 2019.
17. [17] T. Zhu, Y. Luo, Y. Lin, Q. Li, P. Yu and M. Zeng, "Study of pervaporation for dehydration of caprolactam through blend NaAlg–poly(vinyl pyrrolidone) membranes on PAN supports," Sep. Purif. Technol., vol.74, pp.242–252, Dec. 2010.