Membran Teknolojisi

Membran teknolojisi, karışımları konsantre ve saflaştırılmış akımlara ayırmak için ince, seçici yarı geçirgen bariyerler kullanan, moleküler boyut, çözünürlük, yayılma (difüzivite) veya yük farklılıklarından yararlanan bir dizi basınç güdümlü veya difüzyon tabanlı ayırma işlemini kapsar.^[1] Genellikle polimerik veya seramik olan bu membranlar, faz değişimleri olmadan işlev görür ve birçok uygulamada damıtma gibi termal yöntemlere göre daha üstün enerji verimliliği sunar.^[2] Temel varyantlar arasında partikül giderimi için mikrofiltrasyon, makromoleküller için ultrafiltrasyon, çok değerlikli iyonlar için nanofiltrasyon ve tuz giderme (desalinasyon) için ters osmoz yer alırken, gaz geçirimli membranlar havanın oksijen ve azot gibi bileşenlerine ayrılmasını sağlar.^[3]

20. yüzyılın ortalarında ters osmoz için asimetrik selüloz asetat filmlerle öncülük edilen bu alan, acı su kaynaklarından içme suyu üreterek ve dünya çapında günde 100 milyon metreküpten fazla su sağlayan büyük ölçekli deniz suyu arıtma tesislerini mümkün kılarak su arıtımında endüstriyel hakimiyete ulaşmıştır.^[4] Elde edilen başarılar arasında, gıda işleme ve ilaç endüstrisinde buharlaşmaya kıyasla enerji taleplerini %50’ye kadar azaltan, kirlenmeye dirençli tasarımlar ve atık su geri kazanımı için membranları biyoreaktörlerle entegre eden hibrit sistemler yer almaktadır.^[5] Gaz işlemede, polimer membranlar doğal gazın tatlandırılması için %99’u aşan saflıklara ulaşarak CO₂ emisyonlarını maliyet etkin bir şekilde azaltır.^[6]

Kalıcı zorluklar arasında, akıyı (flux) azaltan ve sık temizlik veya değiştirme gerektiren çözünen maddelerin adsorbe edilmesinden kaynaklanan membran kirlenmesi ve ters osmozda sermaye maliyetlerini yükselten yüksek basınçlardan kaynaklanan ölçeklenebilirlik sınırları bulunmaktadır.^[5] İnce film nanokompozitler ve elektro-eğrilmiş (electrospun) liflerdeki son gelişmeler dayanıklılığı ele almaktadır, ancak ekonomik uygulanabilirlik, petrol çıkarımındaki üretilmiş su gibi zorlu beslemeler altında bozulmaya karşı koyacak malzeme inovasyonlarına bağlıdır.^[7] Bu teknik engeller, operasyonel verilerden kopuk abartılı sürdürülebilirlik iddialarından ziyade, membran teknolojisinin gerçek dünyadaki etkinliği için hassas malzeme bilimine olan nedensel bağımlılığının altını çizmektedir.^[8]

Tarihsel Gelişim

Erken Kavramlar ve İlk Uygulamalar

Çözünen maddelerin ve çözücülerin hücresel sınırlar boyunca taşınmasını düzenleyen biyolojik hücre zarlarının seçici geçirgenliği, yapay membran kavramları için temel bir ilham kaynağı olmuştur. Erken mikroskopi ve fizyolojik çalışmalarla gözlemlenen bu doğal yapılar, daha sonra sentetik taklitlere rehberlik eden difüzyon ve osmoz gibi fenomenleri göstermiştir.^[9]

1748’de Fransız fizikçi Jean-Antoine Nollet, su içeren bir kabın üzerine gerilmiş bir domuz mesanesi kullanarak ve bunu alkole daldırarak osmozun belgelenmiş ilk laboratuvar gösterimini gerçekleştirdi; burada su, membran boyunca daha yüksek çözünen konsantrasyonuna doğru sızarak gözle görülür şişmeye neden oldu. Bu deney yarı geçirgen bariyerler ilkesini oluşturdu, ancak parşömen gibi pratik yapay alternatifler 19. yüzyılda difüzyon çalışmaları için araştırıldı ve dayanıklılık ile gözenek homojenliği üzerindeki sınırlamaları ortaya çıkardı.^[10][11]

20. yüzyılın başlarında, gelişmeler filtrasyon için sentetik malzemelere yöneldi. 1907’de Heinrich Bechhold, kolloidlerin ve bakterilerin ayrılmasını sağlayan dereceli gözenek boyutlarına sahip kolodyum (nitroselüloz) membranlar geliştirdi ve gözenek boyutlarını değerlendirmek için bir kabarcık basıncı yöntemi tasarlarken “ultrafiltrasyon” terimini ortaya attı. Ancak bu izotropik yapılar, düzensiz gözenek dağılımı ve kirlenmeye yatkınlık nedeniyle düşük seçicilik ve akı sergileyerek daha geniş kullanımı kısıtladı.^[12][13]

1930’larda William J. Elford, bakteriyolojik uygulamalar, özellikle virüs ayrıştırması için dereceli kolodyum membranları geliştirdi; hazırlama değişkenlerini kontrol ederek ortalama gözenek çaplarını 12 ila 240 nm arasında elde etti ve ektromeliaya neden olanlar gibi filtrelenebilir ajanların boyuta dayalı tutulmasına izin verdi. Eş zamanlı olarak, ilk diyaliz uygulamaları ortaya çıktı; Georg Haas, 1924’te yarı geçirgen seloidin tüplerden dolaşan hirudin ile antikoagüle edilmiş kan kullanarak ilk insan hemodiyalizini gerçekleştirdi, bunu 1927’de heparin ikamesi izledi, ancak membran kırılganlığından kaynaklanan düşük verimlilik klinik ölçeklenebilirliği sınırladı. Erken gaz ayırma denemeleri, mevcut malzemelerdeki zayıf permselektivite (geçirgenlik seçiciliği) nedeniyle ilkel kaldı.^[14][15][16]

Savaş Sonrası Gelişmeler ve Ticarileşme

II. Dünya Savaşı’nı takiben, ABD hükümetinin tuz giderme araştırmaları yoluyla su kıtlığını ele alan girişimleri nedeniyle membran teknolojisi hız kazandı. 1952’de Tuzlu Su Dönüştürme Yasası kapsamında oluşturulan Tuzlu Su Ofisi (Office of Saline Water), 1950’ler ve 1960’larda ters osmoz da dahil olmak üzere pratik deniz suyu dönüştürme yöntemleri geliştirmek için fonları genişletti.^{[17] [18]} Bu destek, UCLA gibi kurumlarda atılımları kolaylaştırdı; burada Sidney Loeb ve Srinivasa Sourirajan, 1959-1960’ta ilk entegre yüzeyli (skinned) asimetrik selüloz asetat membranları geliştirdiler. Bu membranlar, gözenekli bir altyapının üzerinde ince, seçici bir yüzey tabakasına sahipti ve simetrik membranlardan 100 kata kadar daha yüksek su akılarına izin verirken %98’i aşan tuz reddi (rejection) sağlıyordu, böylece ters osmozu büyük ölçekli tuz giderme için uygulanabilir kıldı.^{[19] [20]}

Endüstriyel ticarileşme hızla takip etti; DuPont, 1969’da asimetrik membran ilkelerine dayanan içi boş elyaf (hollow-fiber) konfigürasyonlarını kullanarak Permasep ters osmoz geçiricilerini piyasaya sürdü. 1960’ların sonundaki pilot tesisler ticari ölçek büyütmeye geçti ve 1974’te tanıtılan, modül başına günde yaklaşık 5,7 m³ kapasiteyle deniz suyunu işleyen ve acı su ile deniz suyu arıtımı için ekonomik fizibilite gösteren B-10 geçiricisi ile zirveye ulaştı.^{[21] [22]} Eş zamanlı olarak, 1970’ler ultrafiltrasyon ve mikrofiltrasyon modüllerinin pazara girişini işaret etti; peynir altı suyu proteini konsantrasyonu ve mikrobiyal giderim gibi gıda işleme ve biyoteknoloji uygulamaları için öncülük edilen bu sistemler, 0,1 ila 10 µm arasındaki partikülleri ayırmak için düşük basınçlarda (1-5 bar) çalışıyordu.^{[23] [24]}

Bu gelişmelere rağmen, erken ters osmoz sistemleri, hızlı kirlenme ve akı ile reddi dengelemek için yüksek trans-membran basınçlarına (800-1000 psi) duyulan ihtiyaç dahil olmak üzere pratik kısıtlamalarla karşılaştı. Bu durum, termal damıtmanın ısı eşdeğerlerine göre önemli olan 15-25 kWh/m³’lük enerji talepleriyle sonuçlandı, ancak Darcy yasası analoglarına göre daha yüksek reddin geçirgenliğin azalmasını gerektirdiği doğal değiş tokuşları vurguladı.^[25] Membran ömürleri başlangıçta aylar ile sınırlıydı, bu da malzeme iyileştirmeleri dayanıklılığı artırana kadar sık değişim gerektirdi ve işletme maliyetlerini yükseltti. Bu sınırlamalar, performans için malzeme asimetrisine olan nedensel bağımlılıkları vurgulayarak, 1970’lerin sonlarında belediye ve endüstriyel su arıtımında daha geniş benimsemeyi kolaylaştıran modüler tasarımlara doğru yinelemeli mühendisliği yönlendirdi.

Son Dönem Kilometre Taşları (1980’ler – Günümüz)

1980’lerde membran teknolojisi, rafineri akımlarından hidrojen geri kazanımı için ilk büyük ölçekli uygulama olan ve polisülfon gibi polimerik malzemeler tarafından yönlendirilen seçiciliğe sahip Monsanto’nun Prism hidrojen ayırma ünitesi gibi endüstriyel gaz ayırma sistemlerinin ticarileşmesini gördü.^[26] Eş zamanlı olarak, nanofiltrasyon (NF) membranları, 1960’larda geliştirilen deneysel gevşek ters osmoz varyantlarından olgunlaşarak, 1980’lerin sonlarında monovalent geçişe izin verirken %90’ı aşan iki değerlikli iyon tutma yoluyla su yumuşatma gibi uygulamalar için ticari uygulanabilirliğe ulaştı.^[27] Pervaporasyon, aynı on yılda, buhar basıncı farkları yoluyla suyu organik çözücülerden ayırmak için hidrofobik membranlardan yararlanan uygulanabilir bir dehidrasyon işlemi olarak ortaya çıktı ve erken pilotlar etanol-su karışımları için 1-2 kg/m²·saat’e kadar akı oranları gösterdi.^[28]

1990’lar ve 2000’ler, özellikle kompozit ince film gelişmeleri yoluyla membran akısını ve dayanıklılığını artırmaya odaklandı. Gözenekli destekler üzerindeki ince film kompozit (TFC) poliamid katmanları, ters osmoz ve NF’de asimetrik selüloz asetat membranlara göre genellikle %20-50 iyileşme sağlayarak daha yüksek süzüntü (permeat) akılarına olanak tanıdı ve optimize edilmiş sistemlerde tuz giderme için enerji taleplerini 4 kWh/m³’ün altına düşürdü.^[29] Bu gelişmeler, poli(etilen oksit) gibi kauçuksu polimerler aracılığıyla CO₂/CH₄ seçiciliğinin 20-30’a ulaştığı doğal gaz işleme için polimerik gaz ayrımı konusundaki AB destekli araştırmalar da dahil olmak üzere daha geniş endüstriyel benimsemeyi destekledi.^[30] Kirlenme (fouling) azaltımı, operasyonel ömrü uzatan ancak işletme maliyetlerini %10-20 oranında artıran sık temizleme döngüleri ihtiyacını ortadan kaldırmayan erken dönem kirlenme önleyici kaplamalarla kalıcı bir zorluk olmaya devam etti.^[31]

2010’lardan itibaren, ileri osmoz (FO), basınç güdümlü süreçlere göre daha düşük kirlenme eğilimi elde etmek için osmotik çekme çözeltilerini kullanarak atık su arıtımı için ilgi gördü; laboratuvar ölçekli sistemler, belediye atıklarından suyun %80’ine kadarını 10-20 L/m²·saat akılarında geri kazandı.^[32] 2020’lerdeki membran damıtma (MD) pilotları, petrol sahalarındaki üretilmiş suyun tuzdan arındırılmasını hedefledi ve doğrudan temas konfigürasyonlarında %99,9’un üzerinde tuz reddi gösterdi, ancak ölçeklenebilirlik, sıcaklık polarizasyonundan kaynaklanan termal verimlilik kayıplarının efektif akıları 5-15 L/m²·saat’e düşürmesiyle sınırlı kaldı.^[33] Haziran 2025’te, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı, yerinde elektrokimyasal temizlemeyi sağlamak için iletken polimerler içeren, organik kirlenme birikimini azaltırken tuz reddini geleneksel poliamidlere benzer seviyelere çıkaran, elektriksel olarak iletken bir ters osmoz membranı prototipi geliştirdi.^[34]

Pazar entegrasyonu bu verimlilik kazanımlarını yansıttı; küresel membran sektörü, Asya’daki endüstriyel büyümenin ortasında su arıtma ve biyoproses talebiyle 2010’da yaklaşık 4 milyar dolardan 2024’e kadar yaklaşık 8,3 milyar dolara genişledi.^[35] Projeksiyonlar, yüksek tuzluluk oranlı beslemelerde işletme bütçelerinin %15-25’ini oluşturabilen kirlenmeye bağlı duruş süreleri ile dengelenerek, 2025’te 8,8 milyar dolara sürekli bir artış olduğunu göstermektedir.^[36]

Temel İlkeler

Kütle Transfer Mekanizmaları

Membran teknolojisinde, seçici katman boyunca kütle transferi, ampirik geçirgenlik çalışmalarına dayalı olarak farklı membran mimarilerinde baskın olan çözelti-difüzyon veya gözenek akışı mekanizmaları yoluyla gerçekleşir. Çözelti-difüzyon mekanizması, yoğun, gözeneksiz membranlarda taşınımı yönetir; burada çözünenler veya çözücüler besleme arayüzünde polimer matrisine sorbe olur (emilir), moleküler olarak malzeme boyunca yayılır ve süzüntü tarafında desorbe olur (ayrılır); akı, Fick yasalarına uyan zaman gecikmeli geçirgenlik deneyleriyle ölçülen difüzyon katsayılarıyla orantılıdır.^{[37] [38]} Buna karşılık, gözenek akışı mekanizması, taramalı elektron mikroskobu ve akı ölçümleriyle doğrulanan mikro gözenekli yapılardaki Hagen-Poiseuille akış korelasyonları ile kanıtlandığı üzere, uygulanan basınç gradyanları altında gözenek boyutlarından daha küçük türlerin elenmesini ve viskoz konveksiyonunu içerir.^{[39] [40]}

Bu mekanizmalar, Fick’in birinci yasası uyarınca difüzif akıyı indükleyen konsantrasyon gradyanları, konvektif akışı iten hidrostatik basınç farkları ve geri dönüşümsüz termodinamikten türetilen ve denge dışı moleküler dinamik simülasyonlarında doğrulanan seçici geçirgenlik için net itici gücü temsil eden kapsamlı kimyasal potansiyel gradyanları dahil olmak üzere termodinamik kuvvetler tarafından yönlendirilir.^{[41] [42]} Sabit hacimli değişken basınç yöntemleri gibi ampirik geçirgenlik testleri, bunları türe özgü difüzyon katsayıları (genellikle polimerlerde 10⁻⁶ ila 10⁻¹⁰ cm²/s) ve hidrolik geçirgenlikler aracılığıyla nicelleştirir; bu, çözelti-difüzyonun camsı polimerlerde seçiciliği desteklediğini, gözenek akışının ise ultrafiltrasyonda akıyı artırdığını ancak daha düşük çözünürlük riski taşıdığını ortaya koyar.^{[43] [44]}

Gaz ayırma membranlarında önemli bir ampirik kısıtlama ortaya çıkar; burada çözelti-difüzyon taşınımı, Robeson üst sınırı (Robeson’s upper bound) ile kapsüllenen doğal bir geçirgenlik-seçicilik değiş tokuşu sergiler. İlk olarak 1991’de 100’den fazla polimerden formüle edilen ve 2008’de karma gaz etkilerini ve yaşlanmayı içeren genişletilmiş veri setleriyle rafine edilen bu logaritmik korelasyon, idealize edilmiş süreklilik varsayımlarından ziyade serbest hacim dağılımı ve zincir sertliğinden kaynaklanan nedensel sınırların altını çizer.^{[45] [46]} Son moleküler simülasyonlar, ters osmozda bile çözelti-difüzyonun evrenselliğine meydan okumakta, yüksek basınç altındaki su akı anomalilerine dayanarak gerçek kanallar olarak gözenek benzeri nano ölçekli kanallar önermekte ve kurumsal modelleme tercihlerinin veriye dayalı bu tür revizyonları nasıl göz ardı edebileceğini vurgulamaktadır.^[40]

Temel Teorik Modeller

Çözelti-difüzyon modeli, yoğun, gözeneksiz membranlar boyunca taşınımın, gözeneklere veya konvektif akışa başvurmadan, geçirgenlerin membran fazında sırayla çözünmesi ve ardından kimyasal potansiyel gradyanı tarafından yönlendirilen difüzyon yoluyla gerçekleştiğini varsayar. Belirli bir tür için süzüntü (permeat) akısı $$J$$, $$J = P (\Delta c)$$ olarak ifade edilir; burada $$P$$ içsel geçirgenlik katsayısıdır (çözünürlük $$S$$ ve difüzivite $$D$$’nin çarpımı) ve $$\Delta c$$ membran boyunca genellikle aktivite için ayarlanan konsantrasyon farkını temsil eder. Başlangıçta 1965 yılında Lonsdale, Merten ve Riley tarafından formüle edilen bu çerçeve, ters osmoz ve gaz ayırma süreçleri için deneysel geçirgenlik verilerine karşı doğrulanmıştır; burada ölçülen akılar, seyreltik koşullar ve düşük basınçlar altında tahminlerle yakından uyumludur.^[47][48]

Bununla birlikte, modelin tek biçimli çözünürlük ve ihmal edilebilir polimer zinciri hareketliliği varsayımı, yüksek konsantrasyonlu beslemelerde sistematik sapmalara yol açar. Bu durum, basit Fick davranışının ötesinde difüziviteyi değiştiren çözünen madde-membran etkileşimleri, plastikleşme veya kümelenme nedeniyle azalan akıları gösteren ampirik çalışmalarla kanıtlanmıştır. Serbest hacim elementleri ve polimer matrisi arasındaki iki fazlı bölümlenmeyi içeren son analizler, bu tutarsızlıkları nötron saçılması ve pozitron yok etme verileriyle daha iyi uzlaştırarak, modelin evrensel bir nedensel mekanizma yerine idealize edilmiş bir yaklaşım olarak sınırlamalarını vurgulamaktadır.^[39][49]

Mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyondaki gözenekli membranlar için hidrodinamik eleme modelleri, ayırmayı boyuta dayalı dışlama ve kıvrımlı kılcal damarlar boyunca viskoz Poiseuille akışı olarak ele alır ve makroskopik geçirgenlik için Darcy yasası ile desteklenir. Hagen-Poiseuille denklemi, silindirik gözeneklerden yerel akıyı $$ J = \frac{\Delta P r^2}{8 \mu \tau L} $$ olarak yaklaşık değerler; burada $$\Delta P$$ transmembran basıncı, $$r$$ gözenek yarıçapı, $$\mu$$ sıvı viskozitesi, $$\tau$$ kıvrımlılık (tortuosity) ve $$L$$ efektif kalınlıktır. Kozeny-Carman ilişkisi gibi toplu formlar, bunu cıva porozimetresinden türetilen gözenek boyutu dağılımları üzerinden entegre ederek polidispers yapılara genişletir. Saf su geçirgenlik testleri ve çözünen madde reddi eğrileri yoluyla yapılan deneysel doğrulama, düşük Reynolds sayılarındaki Newtonyen sıvılar için yüksek doğruluğu teyit eder, ancak kirlenme, çapraz akış ultrafiltrasyon denemelerinde nicelleştirildiği üzere, ek bir Darcy terimi olan $$ R_c = \alpha m $$ olarak modellenen kek tabakası direncini ortaya çıkarır; burada $$\alpha$$ spesifik kek direnci ve $$m$$ biriken kütledir.^[50][51]

Onsager’ın karşılıklı ilişkilerine dayanan geri dönüşümsüz termodinamik çerçeveler, Kedem-Katchalsky denklemleri aracılığıyla eşleşmiş çözücü-çözünen taşınımını ele alır; hacim akısını $$ J_v = L_p (\Delta P – \sigma \Delta \pi) $$ ve çözünen akısını $$ J_s = \bar{P} (\Delta c) + (1 – \sigma) \bar{C} J_v $$ olarak çerçeveler. Burada $$L_p$$ hidrolik geçirgenlik, $$\sigma$$ Staverman yansıma katsayısı (0-1, eleme verimliliğini gösterir), $$\bar{P}$$ çözünen geçirgenliği ve $$\bar{C}$$ ortalama konsantrasyondur. 1966 tarihli Spiegler-Kedem uzantısı, bunu membran içindeki konsantrasyon bağımlı profiller için rafine eder ve diferansiyel formları çözerek reddi $$ R = \frac{\sigma (1 – F)}{1 – \sigma F} $$ olarak tahmin eder (F, Peclet benzeri bir parametredir). Geçici geçirgenlik deneylerinden parametre tahmini, elektrolitler için nanofiltrasyon verileriyle uyumlu değerler verir, ancak sürtünme katsayıları yerel denge varsayımları nedeniyle dikkatli yorumlanmayı gerektirir. Bu modeller, yüklü sistemlerde elektrokinetik ve Donnan etkilerini ampirik olarak yakalar ancak gözenek ölçeğinde düzeltmeler yapılmadan yüksek oranda asimetrik membranlarda eşleşmeyi olduğundan fazla tahmin eder.^[52][53]

İtici Güçler ve Seçicilik Faktörleri

Membran ayırmalarındaki birincil itici güçler, hidrolik süreçler için basınç farkları, difüzif süreçler için konsantrasyon gradyanları ve yüklü ayrımlar için elektriksel potansiyel farkları dahil olmak üzere membran boyunca oluşan gradyanlardan kaynaklanır.^[54][55] Ters osmoz (RO) ve mikrofiltrasyon gibi basınç güdümlü sistemlerde, transmembran hidrolik basınç ($$\Delta P$$), Darcy yasası yaklaşımı ($$J_v = L_p (\Delta P – \Delta \pi)$$) aracılığıyla çözücü akısını iten baskın kuvvet olarak hizmet eder; burada $$L_p$$ hidrolik geçirgenlik katsayısı, $$\Delta \pi$$ osmotik basınçtır ve ideallikten sapmalar, efektif $$\Delta P$$’yi azaltan konsantrasyon polarizasyonu nedeniyle oluşur.^[56][57] Diyaliz ve pervaporasyon için kimyasal potansiyel gradyanları seçici difüzyonu yönlendirirken, gaz geçirgenliğinde kısmi basınç farkları ($$\Delta p_i$$), çözünürlük ile modifiye edilmiş Fick difüzyonuna göre akıyı yönetir; geçirgenlik genellikle termodinamik idealliğin ötesindeki gerçek kinetik sınırlamaları yansıtmak için Barrer birimleriyle (1 Barrer = $$10^{-10} \text{cm}^3(\text{STP})\cdot\text{cm}/(\text{cm}^2\cdot\text{s}\cdot\text{cmHg})$$) nicelleştirilir.^[58][54]

Türler arasında ayrım yapma yeteneği olan seçicilik, sterik dışlama (molekül boyutu ile gözenek çapı karşılaştırması), Donnan bölümlenmesi (yüklü arayüzlerde elektrostatik itme) ve diferansiyel çözünürlük ve difüzivitenin ayırma faktörlerini ($$\alpha_{i/j} = (P_i / P_j) = (D_i S_i) / (D_j S_j)$$) oluşturduğu çözelti-difüzyon yolları dahil olmak üzere kinetik ve termodinamik etkileşimlerden kaynaklanır (burada $$P$$ geçirgenlik, $$D$$ difüzivite ve $$S$$ çözünürlük katsayısıdır).^[59][60] Sıvı ayırmalarında, ret katsayısı $$R = 1 – (C_p / C_f)$$, çözünen tutulumunu nicelleştirir; burada $$C_p$$ ve $$C_f$$ sırasıyla süzüntü ve besleme konsantrasyonlarıdır. İdeal koşullar altında tuzların RO’su için genellikle %99’u aşar ancak arayüzey dengelerini değiştiren besleme bileşiminden etkilenir.^[61][62]

Uygulamada, laboratuvarda optimize edilmiş seçicilik, sürekli basınç altında membran sıkışması nedeniyle saha performansını olduğundan fazla tahmin eder. Bu durum, viskoelastik deformasyonun tam elastik geri kazanım olmadan boşluk hacimlerini sıkıştırmasıyla, ticari RO modüllerinde uzun süreli çalışmada 70 barda efektif geçirgenliği %50’ye kadar azaltarak polimer matrisini yoğunlaştırır.^[63][64] Çözücü etkileşimlerinden kaynaklanan polimer şişmesi, serbest hacmi düzensiz bir şekilde genişleterek seçiciliği benzer şekilde bozar; bu, difüzif yolların çözünen maddeler için tercihen genişlemesiyle şişmiş RO membranlarında azalan tuz reddi ile ilişkilidir.^[65] Bu sapmalar nedensel sınırları vurgular: Modeller rijit yapılar varsayarken, ampirik uzun vadeli testler, yük altında artan zincir dolanması gibi termodinamik ideal dışı durumları ortaya çıkarır ve kısa vadeli verilere kıyasla tasarım projeksiyonları için %20-30’luk derecelendirme (derating) faktörlerini gerektirir.^[66][67]

Membran Sınıflandırması

Malzeme Bileşimine Göre

Selüloz asetat, poliamidler ve polisülfonlar gibi ağırlıklı olarak polimerik malzemelerden oluşan organik membranlar, maliyet etkinlikleri, ölçeklenebilirlikleri ve ince, esnek tabakalar veya lifler halinde basit işlenmeleri nedeniyle çoğu ticari membran sisteminin temelini oluşturur.^[68][69] Bu polimerler, üretim maliyetlerinin alternatiflerin altında kaldığı su arıtma ve gaz ayırmada yaygın olarak benimsenmeyi sağlar, ancak kimyasal bozulmaya yatkınlık, çözücülerde şişme ve genellikle 100°C’nin altındaki sınırlı operasyonel sıcaklıklardan muzdariptirler.^[70][68]

Seramikler (örn. alümina, titanya, zirkonya), zeolitler veya metallerden inşa edilen inorganik membranlar, genellikle 300-500°C’yi aşan termal aşırılıklara ve güçlü asitler, bazlar ve oksidanlar dahil olmak üzere agresif kimyasallara karşı belirgin şekilde daha yüksek direnç sunar; bu da onları petrokimyasal rafinaj ve yüksek sıcaklıklı gaz işleme için uygun hale getirir.^[68][71][72] Sertlikleri ve eylemsizlikleri biyolojik kirlenmeyi azaltır ve agresif temizlik protokollerine olanak tanır; benzer stresler altındaki birçok organik için 3-5 yıl olan ömür, aşındırıcı veya korozif ortamlarda 10-20 yıla kadar çıkar.^[73][74] Ancak, daha yüksek üretim maliyetleri ve kırılganlıkları daha geniş kullanımı sınırlar; seramik varyantları, daha büyük genel membran pazarında 2024’te yaklaşık 10,67 milyar ABD doları değerinde niş bir segmenti temsil etmektedir.^[75]

Hibrit veya karma matrisli membranlar, maliyeti performans artışıyla, özellikle CO₂/CH₄ veya propilen/propan gibi gaz ayrımlarında seçicilikle dengelemek için metal-organik çerçeveler (MOF’ler) veya nanopartiküller gibi inorganik dolgu maddelerini organik polimer konakçılara entegre eder.^[76][77] 2010’lardan bu yana, amin işlevselleştirilmiş MOF nanopartikülleri, daha iyi polimer-dolgu arayüzey uyumluluğu yoluyla CO₂/H₂ seçiciliğinde %19’a varan iyileşmeler göstermiş, mekanik esneklikten ödün vermeden boşlukları azaltmış ve genel geçirgenliği artırmıştır.^[76][78] Bu kompozitler, tamamen inorganik sistemlerin masrafından kaçınırken kirlenme direnci ve taşıma verimliliğindeki saf organik sınırlamalarını ele almaktadır.^[79]

Gözenek Boyutu ve Yapısına Göre

Membranlar gözenek boyutuna göre kategorize edilir: Mikrofiltrasyonda (MF) kullanılan, gözenek çapları 0,1 ila 10 μm arasında değişen ve bakteri ile askıda katı maddeler gibi partiküllerin tutulmasına izin veren mikro gözenekli tipler.^[80] Ultrafiltrasyonda (UF) uygulanan mezogözenekli membranlar, 2 ila 100 nm arası gözeneklere sahiptir ve proteinler ile virüsler gibi makromoleküllerin boyut dışlamasına dayalı olarak ayrılmasını sağlar.^[81] Ters osmoz (RO) ve pervaporasyonda kullanılan gözeneksiz veya yoğun membranlar, 1 nm’nin altında etkili gözenek boyutları sergiler ve çözünen madde reddi için fiziksel eleme yerine çözelti-difüzyon mekanizmalarına dayanır.^[82]

Yapısal morfoloji ayrıca, kalınlıkları boyunca tek biçimli gözenek özelliklerini koruyan izotropik membranları, gelişmiş mekanik stabilite ve akı oranları için daha kalın gözenekli bir desteğin üzerinde ince, seçici bir yüzey (skin) tabakasına sahip olan anizotropik (asimetrik) tasarımlardan ayırır.^[83] Asimetrik konfigürasyon, geçirgenlik ve seçiciliği dengelemek için tipik olarak 0,1-1 μm kalınlığındaki yoğun veya ince gözenekli yüzeyde ayrımı yoğunlaştırırken destekteki direnci en aza indirir.^[83]

Operasyonel aralıklar, moleküler ağırlık sınırı (MWCO) gibi metrikler kullanılarak nicelleştirilir; bu, bir membranın belirtilen koşullar altında %90’ını tuttuğu çözünen moleküler ağırlık olarak tanımlanır ve çözünen madde reddini moleküler boyuta karşı çizen tutma eğrilerinden türetilir.^[84] Gözenek çaplarındaki heterojenliği karakterize eden gözenek boyutu dağılımı, Washburn denklemi uyarınca girme (intrusion) basıncının gözenek yarıçapı ile ters orantılı olduğu cıva porozimetresi ile değerlendirilir ve mikro gözenekli ve mezogözenekli yapılar için kümülatif hacim verileri sağlar.^[85] Filtrasyon performansına karşı doğrulanan bu parametreler, malzemeye özgü taşınımla karışmadan etkili ayırma eşiklerini çizer.^[86]

Operasyonel Mekanizmaya Göre

Membran ayırma işlemleri, seçici bariyer boyunca kütle transfer mekanizmasını belirleyen ve enerji gereksinimlerini, ölçeklenebilirliği ve belirli ayrımlar için uygunluğu etkileyen birincil itici güçlerine göre kategorize edilir. Basınç güdümlü işlemler, sıvı ayırmalarındaki çok yönlülükleri nedeniyle endüstriyel uygulamalara hakimdir, ancak van’t Hoff denklemi ($$\pi = cRT$$) ile yönetilen osmotik basınçların üstesinden gelme ihtiyacı ile kısıtlanırlar; burada yüksek çözünen konsantrasyonları, enerji maliyetlerini artıran ve membran sıkışması riski taşıyan yüksek uygulanan basınçlar talep eder.^[87][88]

Basınç güdümlü mekanizmalarda, bir transmembran basınç farkı, çözücüyü ve küçük çözünenleri gözenekli veya yoğun membranlardan zorlayarak boyut dışlamasına veya çözelti-difüzyona dayalı olarak ayırır. Mikrofiltrasyon (MF) ve ultrafiltrasyon (UF), düşük basınçlarda (0,1-5 bar) sırasıyla 0,1 μm ve 2-100 nm üzerindeki partikülleri ve makromolekülleri hedeflerken, nanofiltrasyon (NF) ve ters osmoz (RO), daha yüksek basınçlar (5-80 bar) altında daha yoğun yapılar aracılığıyla iyonlara kadar daha ince retler sağlar. Deniz suyu tuz giderme için ters osmoz, enerji geri kazanım cihazlarına sahip modern tesislerde tipik olarak 2-4 kWh/m³ tüketir ve osmotik işle sınırlı olan ~1 kWh/m³’lük teorik minimuma yaklaşır, ancak gerçek verimlilikler tuzluluk ve geri kazanım oranlarına göre değişir.^[89][90][91]

Konsantrasyon gradyanı güdümlü süreçler, mekanik basınç olmadan kimyasal potansiyel farklarına dayanır, kirlenme risklerini azaltır ancak çözünen madde geri kazanımı için yardımcı adımlar gerektirir. Diyaliz, öncelikle hemodiyaliz gibi biyomedikal uygulamalar için çözünen konsantrasyon gradyanları tarafından yönlendirilen yarı geçirgen membranlar boyunca pasif difüzyondan yararlanır. İleri osmoz (FO), suyu bir beslemeden hipertonik bir çekme çözeltisine osmotik basınç gradyanları (genellikle 10-50 bar eşdeğeri) aracılığıyla çeker, RO’ya kıyasla daha düşük enerji kullanımı (~0,5-2 kWh/m³ yeniden konsantrasyon sonrası) ve besleme safsızlıklarına daha iyi tolerans sunar, ancak çekme çözünen rejenerasyonu karmaşıklık ekler.^[92][93]

Elektrodiyaliz (ED) gibi elektriksel olarak güdümlü mekanizmalar, iyonları alternatif katyon ve anyon değişim membranlarından geçirmek için bir elektrik alanı uygular, tuzları alternatif bölmelerde konsantre ederken diğerlerinde tüketir. ED, düşük tuzluluklu beslemeler için 0,7-2,5 kWh/m³ enerji tüketimi ile acı su tuz giderme gibi monovalent iyon ayrımlarına uygundur, akım yoğunluğu ve yığın direnci ile ölçeklenir, ancak polarizasyon etkileri nedeniyle iki değerlikli iyonlar veya yüksek konsantrasyonlar için düşük performans gösterir.^[94]

Termal mekanizmalar, izotermal olmayan ayrımlar için sıcaklık kaynaklı buhar basıncı veya kimyasal potansiyel gradyanlarını kullanır. Membran damıtma (MD), suyu hidrofobik gözeneklerden termal bir gradyan (tipik olarak 40-60°C) altında buharlaştırır ve süzüntüyü soğuk tarafta yoğunlaştırır; termal enerji talepleri 100-200 kWh/m³ elektriksel eşdeğerdir – RO’dan 10-20 kat daha yüksektir – ancak düşük dereceli atık ısı ile uygulanabilir. Pervaporasyon, uçucu bileşenleri yoğun membranlar boyunca vakum veya taşıyıcı gazla sürerek 50-150°C’de dehidrasyonu veya organik geri kazanımı destekler, ancak gizli ısı gereksinimleri nedeniyle büyük ölçekli sulu işleme için enerji verimliliği basınç güdümlü yöntemlerin gerisindedir. Basınç destekli osmoz gibi mekanizmaları birleştiren hibrit sistemler, bireysel sınırlamaları hafifletir ancak entegrasyon zorlukları getirir.^[95][96]

Üretim Yöntemleri

Organik Membranların Sentezi

Ağırlıklı olarak polisülfon, polietersülfon ve poliamid gibi polimerlerden oluşan organik membranlar, ultrafiltrasyon ve ters osmoz gibi uygulamalar için istenen mikro yapıları elde etmek amacıyla faz ayrımı veya polimerizasyon reaksiyonlarından yararlanan ölçeklenebilir işlemlerle üretilir.^[97] Faz tersinimi (phase inversion), asimetrik gözenekli membranlar üretmek için baskın yöntem olmaya devam etmektedir; bu yöntem, bir polimerin bir çözücüde çözülerek bir döküm çözeltisi oluşturulmasını, ardından bir film veya elyaf haline dökülmesini ve çözücü buharlaşması (kuru faz tersinimi) veya bir çözücü olmayan banyoya daldırılması (ıslak faz tersinimi) yoluyla faz ayrımının indüklenmesini içerir.^[98] Sidney Loeb ve Srinivasa Sourirajan tarafından 1960’larda selüloz asetat membranlar için geliştirilen bu teknik, gözenekli bir altyapı tarafından desteklenen ince, yoğun seçici bir yüzey tabakası oluşturarak mekanik bütünlüğü korurken yüksek süzüntü akısına olanak tanır.^[99] Polimer konsantrasyonu (tipik olarak ağırlıkça %15-25), çözücü-çözücü olmayan değişim oranları ve polivinilpirolidon gibi katkı maddeleri gibi döküm parametrelerinin ampirik kontrolü, gözenek boyutu dağılımını ve kusur minimizasyonunu belirler; optimize edilmiş koşullar, standart basınçlar altında 100 L/m²·saat·bar’ı aşan su akılarına sahip ultrafiltrasyon membranları sağlar.^[100]

Arayüzey polimerizasyonu, özellikle ters osmozda ince film kompozit (TFC) membranlar için bir köşe taşı oluşturur; burada mikrogözenekli bir destek üzerinde yerinde (in situ) yaklaşık 50-200 nm kalınlığında çapraz bağlı bir poliamid seçici tabaka oluşturulur.^[101] İşlem, desteğin sulu bir diamin çözeltisiyle (örneğin, ağırlıkça %0,1-2 m-fenilendiamin) doyurulmasını ve ardından asit klorür (örneğin, ağırlıkça %0,05-0,2 trimesoil klorür) içeren karışmayan bir organik faza maruz bırakılmasını içerir; bu, sıvı-sıvı arayüzünde hızlı polikondansasyonu tetikleyerek ultra ince, kusursuz bir bariyer üretir.^[102] 1970’lerde John Cadotte tarafından erken asimetrik tasarımlara bir ilerleme olarak öncülük edilen bu yöntem, seçici tabakayı mekanik destekten ayırarak gelişmiş performans için bağımsız optimizasyona olanak tanır.^[103] Monomer konsantrasyonları, kürleme sıcaklığı (genellikle 60-90°C) ve temas süresi (saniyelerden dakikalara) dahil olmak üzere reaksiyon değişkenleri, tabaka kalınlığını ve çapraz bağlanma yoğunluğunu kritik bir şekilde etkiler; iyi kontrol edilen sentezler, acı su testlerinde 20-50 L/m²·saat·bar akılarda %98’i aşan NaCl reddi oranlarına ulaşır.^[104] Bu ampirik sonuçlar, hakemli doğrulamalardaki kesit SEM görüntüleme ve tuz geçirgenlik testleri ile doğrulandığı üzere, boşlukları en aza indirmede kinetik bariyerlerin nedensel rolünün altını çizmektedir.^[105]

İnorganik ve Hibrit Membran Üretimi

Başlıca alümina (Al₂O₃) ve silika (SiO₂) gibi seramikler olan inorganik membranlar, bir sol oluşturmak için metal alkoksitlerin hidrolizini, ardından jelleşmeyi, gözenekli desteklere (örneğin, boru şeklindeki alümina substratlar) kaplamayı, kurutmayı ve 1-10 nm aralığında gözenek boyutlarına sahip ince mikrogözenekli tabakalar elde etmek için tipik olarak 400-600°C arasındaki sıcaklıklarda kalsinasyonu içeren sol-jel işlemi yoluyla sentezlenir.^[106][71] Bu yöntem, kusursuz filmler için optimize edilmiş kalsinasyon koşulları altında 10⁻⁶ mol·m⁻²·s⁻¹·Pa⁻¹’ye kadar H₂ geçirgenliğine ulaşan silika-alümina kompozitleri ile yüksek termal ve kimyasal stabilite sağlar.^[107] Takip eden 1200-1700°C’de sinterleme, bu yapıları boru şeklindeki formlara yoğunlaştırarak, membranların 800°C’ye ve sentez gazı işleme gibi korozif ortamlara dayandığı yüksek sıcaklıklı gaz ayırma uygulamaları için mekanik bütünlüğü artırır.^[108][71]

Kristalin çerçeveleriyle değer verilen zeolit membranlar, alüminosilikat öncülleri, alkali kaynakları ve genellikle organik şablonlama ajanlarını (örneğin, tetrapropilamonyum hidroksit) içeren hidrotermal sentez yoluyla 100-200°C’de 24-72 saat boyunca üretilir, ardından şablonları çıkarmak ve yaklaşık 0,3-0,5 nm çapındaki tek biçimli mikro gözenekleri aktive etmek için kalsinasyon yapılır.^[109][110] Alümina diskler gibi destekler üzerindeki tohum katmanlarını kullanan şablonsuz varyantlar, maliyetleri ve çevresel etkiyi azaltırken seçiciliği korur; örneğin, Si/Al oranları >20 olan ZSM-5 membranları, pervaporasyon koşulları altında 10’u aşan CO₂/H₂ ayırma faktörleri verir.^[109] Bu gözenekler, amorf seramiklerden daha iyi performans göstererek boyut dışlamasına dayalı hassas moleküler elemeye olanak tanır (örneğin, daha büyük hidrokarbonlar üzerinde CO₂ için 0,38 nm’de CHA tipi zeolitler).^[111]

Karbon moleküler elek (CMS) membranlar, polimerik öncülerin (örneğin, poliimid veya selüloz) inert atmosferler altında 600-900°C’de pirolize edilmesiyle oluşturulan inorganik benzeri karbon yapılarından türetilir; bu, gaz ayrımlarında yüksek seçicilik elde etmek için kontrollü karbonizasyon ve çapraz bağlanma yoluyla rijit, yarık şeklindeki mikro gözenekler (<0,7 nm) oluşturur.^[112][113] Verimler tipik olarak öncül kütlesinin %20-30’una ulaşır; piroliz sonrası içi boş elyaf geometrileri, 200°C’ye kadar yüksek sıcaklıklarda >1000 Barrer H₂/CO₂ geçirgenliği ve >50 seçicilik sergiler, bu da doğal gaz yükseltme gibi zorlu beslemeler için uygundur.^[114]

Hibrit inorganik-organik membranlar, faz tersinimi veya arayüzey polimerizasyonu sırasında döküm hazırlığı esnasında TiO₂ (%5-20 ağırlıkça) gibi nanopartikülleri polimer matrislerine (örneğin, PVDF veya polietersülfon) entegre eder, ardından kirlenmeyi azaltan hidrofilik, fotokatalitik alanları gömmek için döküm ve tavlama yapılır.^[115][116] Bu gömme işlemi, yüzey hidrofilikliğini ve UV altında ROS üretimini artırarak biyolojik kirlenme yapışmasını azaltır; modifiye edilmiş ultrafiltrasyon membranları, protein zorlamalarından sonra bozulmamış polimerler için <%70’e kıyasla >%90 akı geri kazanım oranları ve uzun vadeli MBR testlerinde %50-70 daha düşük biyofilm büyümesi gösterir.^[117][118] Bu tür hibritler, polimerik işlenebilirliği korurken inorganik dayanıklılığı devralır ve pH 2-12 ve 80°C’ye kadar sıcaklıklara sahip sulu ortamlarda stabil bir şekilde çalışır.^[119]

İleri Teknikler ve Modifikasyonlar

Plazma aşılama ve zwitteriyonik kaplamalar gibi yüzey modifikasyonları, polimerik membranların kirlenme önleyici özelliklerini geliştirmek, kirleticileri iten hidrasyon katmanları oluşturarak protein adsorpsiyonunu ve biyolojik kirlenmeyi azaltmak için 2000’lerin başından beri geliştirilmiştir. Zwitteriyonik polimerlerin nanolifli membranlara plazma aracılı aşılanması, mekanik dayanıklılığı korurken filtrasyon performansını artırır; bu, uzun süreli çalışma boyunca sürekli kirlenme önleme gösteren çalışmalarda kanıtlanmıştır.^{[120] [121]} Benzer şekilde, poli(metilpenten) membranlar üzerindeki tanik asit bazlı kaplamalar, protein adsorpsiyonunda %70,58’lik bir azalma sağlayarak kanla temas eden cihazlar gibi uygulamalar için hidrofilikliği ve biyouyumluluğu artırır.^[122] Bu modifikasyonlar genellikle azaltılmış kirlenme direnci yoluyla su akısında %20-50 artış sağlar, ancak uzun vadeli stabilite, yüksek kesme veya kimyasal stres altında kaplama bozulması nedeniyle azalabilir.^[123]

Akuaporin su kanallarından esinlenen biyomimetik yaklaşımlar, geleneksel ters osmoz sınırlarını büyük ölçüde aşan ultra yüksek geçirgenlik elde etmek için seçici proteinleri sentetik membranlara entegre eder. Akuaporinlerin blok kopolimer matrislerine gömülmesi gibi 2000 sonrası inovasyonlar, ince film kompozit prototiplerinde doğrulandığı üzere, %99’un üzerinde tuz reddini korurken geleneksel membranlardan 100 kata kadar daha yüksek su akılarına olanak tanır.^{[124] [125]} Ancak, protein stabilitesi ve ölçeklenebilirlik konusundaki zorluklar devam etmekte olup, ampirik veriler, operasyonel basınçlar altında denatürasyon veya vezikül yırtılması nedeniyle aylar içinde %10-30’luk akı düşüşlerine işaret etmektedir.^[126]

3D baskı yoluyla eklemeli üretim, 2010’lardan bu yana hedeflenen ayrımlar için akış yollarını ve yüzey alanını optimize ederek hiyerarşik gözenekliliğe sahip özel membran geometrilerinin üretilmesine olanak tanır. Doğrudan mürekkep yazma gibi teknikler, konsantrasyon polarizasyonunu en aza indiren özel kanal tasarımları yoluyla tuz giderme testlerinde geçirgenliği %30-40 artıran, biyolojik dokuları taklit eden çok katmanlı yapılar üretir.^{[127] [128]} Değiş tokuşlar, döküm membranlara kıyasla baskılı polimerlerdeki azaltılmış mekanik sağlamlığı içerir ve endüstriyel uygulanabilirlik için hibrit takviyeleri gerektirir; yinelemeli prototipler, karmaşık beslemelerde daha yüksek kirlenme eğilimi ile dengelenen %15-25 akı kazanımlarını ortaya koymaktadır.^[129]

Modül Tasarımları ve Operasyonel Konfigürasyonlar

Membran Geometrileri ve Formları

Membran geometrileri, hidrodinamik verimliliği artırmak, yüzey alanı kullanımını en üst düzeye çıkarmak ve basınç kayıpları ve kirlenme eğilimi gibi operasyonel zorlukları en aza indirmek için tasarlanmış modüllerdeki membranların fiziksel düzenlemelerini kapsar. Birincil konfigürasyonlar arasında, ampirik hidrodinamik verilere dayalı olarak belirli besleme özelliklerine ve işlem ölçeklerine uygun düz tabaka, boru şeklindeki, içi boş elyaf ve spiral sarımlı yer alır.^[130]

Tipik olarak plaka ve çerçeve modüllerinde kullanılan düz tabaka membranlar, destek plakaları arasına sıkıştırılmış membranlara sahiptir ve 100-400 m²/m³’lük paketleme yoğunlukları sağlar. Bu geometriler, membran değiştirmeyi ve temizlemeyi kolaylaştırır ancak daha düşük hidrodinamik kesme oranları sergileyerek onları yüksek kirlenme uygulamaları için daha az etkili hale getirir.

Boru şeklindeki membranlar, 30-300 m²/m³’lük paketleme yoğunlukları elde eden, 5 ila 25 mm arasında değişen çaplara sahip silindirik elemanlardan oluşur. Tasarımları, özellikle viskoz veya partikül yüklü beslemelerin işlenmesi için faydalı olan yüksek duvar kesme oranlarını teşvik eder; burada daha yüksek kesme, düz tabaka konfigürasyonlarına kıyasla kirlenme birikimini azaltır; çalışmalar, boru şeklindeki modüllerin azalan konsantrasyon polarizasyonu nedeniyle bu tür koşullarda akıyı daha uzun süre sürdürdüğünü göstermektedir.^[131][132]

İç çapları 0,1-1 mm olan kılcal tüp demetlerinden oluşan içi boş elyaf membranlar, 1.000 m²/m³’ü aşan olağanüstü yüksek paketleme yoğunlukları sağlayarak alan kısıtlı sistemler için kompaktlığı optimize eder. Ters osmoz için 1960’larda ortaya çıkan içi boş elyaf modülleri, DuPont’un 1971 poliamid bazlı inovasyonlarıyla örneklendiği üzere, 1970’lerden sonra hakimiyet kazandı ve büyük dizilerde genel basınç düşüşlerini azaltan gelişmiş yüzey-hacim oranları sayesinde verimli deniz suyu tuz gidermeyi mümkün kıldı.^{[133][134][135]}

Düz tabaka membranların ara parçalarla (spacer) merkezi bir süzüntü toplama tüpü etrafında yuvarlanmasıyla inşa edilen spiral sarımlı modüller, 300-1.000 m²/m³’lük paketleme yoğunlukları sunarak endüstriyel dağıtımlar için ölçeklenebilirliği ve maliyeti dengeler. Besleme ara parçaları, yerel kesmeyi artıran ve kirlenmeyi azaltan ikincil akışları indükler, ancak bunlar, karşılaştırılabilir akılar altında boru şeklindeki eşdeğerlerden tipik olarak 0,1-0,5 bar daha yüksek olan yüksek trans-membran basınç düşüşlerine katkıda bulunur ve viskoz endüstriyel akımlar için optimize edilmiş ara parça tasarımlarını gerektirir.^[136][137]

Geometri seçimi modül hidrodinamiğini derinden etkiler; boru şeklindeki ve içi boş elyaf formatlarındaki daha yüksek kesme, ampirik testlerde azalan kirlenme oranları ile ilişkilidir; örneğin, boru şeklindeki konfigürasyonlar, yüzeydeki artırılmış türbülanslı karıştırma nedeniyle düz tabakaya kıyasla viskoz süt işlemede %20-50 daha düşük akı düşüşü gösterir.^[131][138]

Akış Dinamiği ve Süreç Modları

Çıkmaz (dead-end) filtrasyonda, besleme akımı membran yüzeyine dik olarak akar, süzüntü geçerken tutulan tüm çözünenler ve partiküller doğrudan membran üzerinde birikir ve hidrolik direnci kademeli olarak artıran ve periyodik temizlik veya değiştirme gerektiren bir kek tabakası oluşturur.^[139] Bu konfigürasyon, kısa filtrasyon döngülerinin kabul edilebilir olduğu düşük katı içerikli beslemelere uygundur, ancak partikül yüklü süspansiyonlarda, azaltılmamış birikim nedeniyle hızlı kirlenmeyi teşvik eder.^[140]

Çapraz akış (cross-flow) filtrasyonu ise beslemeyi membran boyunca teğet olarak yönlendirir, sınır tabakası oluşumunu bozan ve biriken malzemeleri süpüren kesme gerilimlerini indükleyerek süzüntü akılarını uzun süreler boyunca daha yüksek tutar.^[141] Reynolds sayısı ($$Re = \rho vd/\mu$$, burada $$\rho$$ sıvı yoğunluğu, $$v$$ hız, $$d$$ hidrolik çap ve $$\mu$$ viskozitedir) laminerden türbülansa geçişi yönetir; Re > 2100 olduğunda, artan türbülans, membrana bitişik çözünen maddece zengin film olan konsantrasyon polarizasyonu tabakasını inceltir ve efektif itici gücü azaltarak seçiciliği ve akı stabilitesini artırır.^[142] Süspansiyonların mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyonundaki ampirik çalışmalar, çapraz akış konfigürasyonlarının kirlenme oranlarını çıkmaz modlara kıyasla 2 ila 5 kat azalttığını, maya veya bentonit bulamaçları ile yapılan pilot ölçekli denemelerde uzatılmış operasyonel çalışma uzunluklarıyla kanıtlamaktadır.^[143][144]

Membran operasyonlarındaki süreç modları, artan tutulan madde konsantrasyonuyla sınırlı mütevazı geri kazanımlar sağlayan tek geçişli sürekli kurulumlardan, gelişmiş genel verim için tutulan maddeyi birden fazla ünite boyunca geri dönüştüren kademeli (staged) şelalelere kadar uzanır.^[145] Salamura yönetimi için ters osmozda, tek geçişli sistemler genellikle osmotik basınçlar akıyı kısıtlamadan önce %40-50 geri kazanım elde ederken, ara basınçlandırma ve kısmi süzüntü çekme kullanan çok aşamalı şelaleler, konsantrasyon gradyanlarını dağıtarak ve yüksek salamura bertarafından kaynaklanan enerji cezalarını en aza indirerek %75’i aşan geri kazanımlara olanak tanır.^[146] Aralıklı işleme için çıkmaz filtrasyonda parti (batch) modları hakimken, sürekli çapraz akış, kararlı durum endüstriyel uygulamaları destekler ve genellikle polarizasyon derecesini tahmin etmek için sınır tabakaları içindeki difüzif taşınımı modellemede Schmidt sayısı ($$Sc = \mu/\rho D$$, momentumun kütle difüzivitesine oranı) ile desteklenir.^[147] Bu dinamikler, nedensel değiş tokuşların altını çizer: Teğetsel kesme, mekanik kuvvetler yoluyla birikimi nedensel olarak bastırır, ancak daha yüksek pompalama gücü talep ederek uzun ömürlülüğü işletme maliyetlerine karşı dengeler.^[148]

Ekipman ve Sistem Entegrasyonu

Membran sistemleri, ters osmoz işlemleri için 80 bar’a kadar besleme basıncı sağlayabilen yüksek basınçlı pompalar ve membran elemanlarını güvenli bir şekilde muhafaza etmek için fiberglas takviyeli basınç kapları gibi korozyona dayanıklı muhafazalar dahil olmak üzere sağlam yardımcı ekipman gerektirir.^[149] Bu bileşenler, tek biçimli akış dağılımını koruyarak ve operasyonel stresler altında mekanik arızayı önleyerek kararlı çalışmayı sağlar.^[149]

Akış yukarı entegre edilen ön arıtma üniteleri, tipik olarak çok ortamlı (multimedia) filtreleri, mineral çökelmesini engellemek için antiskalant kimyasal dozajlamasını ve partikülleri toplamak için pıhtılaştırıcıları içerir, böylece kirlenme öncülerini azaltarak membran ömrünü uzatır.^[150] Transmembran basınç (TMP) değerlendirmesi için fark basınç sensörleri ve süzüntü akış takibi için akış ölçerler gibi izleme enstrümantasyonu, performans düşüşünün gerçek zamanlı tespitini sağlar; TMP artışları kirlenme başlangıcını işaret eder.^[151]

Sistem entegrasyonu, tak-çalıştır dağıtım için pompaları, membranları ve kontrolleri barındıran modüler kızaklar (skids) kullanır ve tuz giderme tesislerinde günde birkaç milyon galona kadar işleyen çok kızaklı ters osmoz ünitelerinde görüldüğü gibi pilot ölçekten tam ölçekli operasyonlara ölçeklenebilirliği kolaylaştırır.^{[152] [153]} Deniz suyu ters osmoz (SWRO) gibi yüksek basınçlı sistemlerde önemli bir entegrasyon zorluğu enerji tüketimidir; bu, hidrolik enerjiyi salamuradan beslemeye aktaran, %93-98 verimlilik sağlayan ve genel güç kullanımını %25-40 azaltan PX basınç değiştiricileri gibi izobarik enerji geri kazanım cihazları ile ele alınır.^[154] Bu cihazlar, değişken frekanslı sürücü pompalarıyla eşleştirildiğinde, karıştırma kayıplarını en aza indirirken enerji geri kazanımını optimize eder.^[154]

Performans Değerlendirmesi

Yönetici Denklemler ve Metrikler

Birim membran alanı başına süzüntü hacimsel akış hızı olarak tanımlanan süzüntü akısı $$J$$ ($$J = Q_p / A$$), membran süreçlerinin üretkenliğini nicelleştirir ve tipik olarak saatte metrekare başına litre (LMH) cinsinden ifade edilir.^[155] Bu metrik tasarım hesaplamaları için merkezidir; burada daha yüksek akı, gerekli membran alanını azaltır ancak genellikle sabit basınç işlemi altında artan kirlenme riski ile ilişkilidir.^[156]

Çözünen madde reddi $$R$$, $$ R = 1 – (C_p / C_f) $$ olarak hesaplanır ve membranın çözünenleri tutma yeteneğini ölçer; burada $$C_p$$ ve $$C_f$$ sırasıyla süzüntü ve besleme konsantrasyonlarını belirtir; ters osmoz (RO) gibi süreçlerde etkili ayırma için değerler %100’e yaklaşır.^[157] Hidrolik geçirgenlik $$L_p = J / \Delta p$$ gibi geçirgenlik, bir transmembran basınç farkı $$\Delta p$$ altındaki içsel taşınımı tanımlar, ultrafiltrasyonda laminer akış ve ihmal edilebilir osmotik etkiler varsayarak membran tipleri arasında karşılaştırma yapmayı sağlar.^[158]

Süzüntü akışının besleme akışına oranı olan aşama kesimi (stage-cut) $$\theta$$ ($$\theta = Q_p / Q_f$$), geri kazanım verimliliğini gösterir; konsantrasyon polarizasyonunu en aza indirmek için tek aşamalı RO’da tipik olarak %10-50 ile sınırlıdır; daha yüksek değerler ekonomik uygulanabilirlik için çok aşamalı konfigürasyonları gerektirir.^[159] Tuz gidermede süzüntü kalitesi için, tuz geçişi $$SP = C_p / C_f$$ reddi ters yansıtır; ticari RO membranları standart koşullar altında, besleme tuzluluğu ve geri kazanımdan etkilenerek %0,1-1 geçiş sergiler.^[157]

Silika için Stiff-Davis İndeksi ($$SDI = \mathrm{pH} – \mathrm{pH_s}$$) gibi ölçeklenme tahmin metrikleri, pozitif değerlerin membranlar üzerinde potansiyel çökelmeyi işaret ettiği aşırı doygunluk riskini değerlendirir ve acı su gibi yüksek silikalı beslemelerde antiskalant dozajına rehberlik eder.^[160] Bu indeksler, pilot verilere karşı doğrulanan denge kimyası modellerine dayanır, ancak kinetik bariyerler nedeniyle dinamik akışlarda ölçeklenmeyi olduğundan fazla tahmin eder.^[161]

Yönetici denklemler genellikle kirlenme olmaksızın kararlı durum koşullarını varsayar, akıyı Darcy yasasından veya çözelti-difüzyon modellerinden türetir, ancak operasyonel veriler kek tabakası oluşumundan kaynaklanan geçici düşüşleri ortaya çıkarır, uzun süreli çalışmalarda varsayımları geçersiz kılar ve doğru tahminler için dinamik modellemeyi gerektirir.^[162] Ultrafiltrasyon tesisleri gibi saha doğrulamaları, erken kirlenme geçişleri göz ardı edildiğinde başlangıç akısı tahminlerinde %20-50 oranında fazla tahmin olduğunu göstermektedir.^[163]

Karakterizasyon Teknikleri

Membranlar için karakterizasyon teknikleri, malzeme performansını operasyonel koşullardan bağımsız olarak değerlendirmek için morfoloji, gözenek yapısı ve yüzey yükü gibi içsel özellikleri ölçmeye odaklanır. Bu yöntemler, çalışmalar arası karşılaştırılabilirliği ve standartlara uyumu sağlamak için tahribatsız ve tekrarlanabilir yaklaşımları vurgular. Temel teknikler arasında görsel yapı için mikroskopi, gözenek boyutları için porozimetri ve yük özellikleri için elektrokinetik ölçümler yer alır.^[164][165]

Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM), yüzey topografisi, enine kesit asimetrisi ve gözenek dağılımı dahil olmak üzere membran morfolojisi hakkında ayrıntılı bilgiler sağlar. SEM, yüzey özelliklerinin yüksek çözünürlüklü görüntülemesini sunar ve iletkenliği artırmak için altın püskürtme gibi numune hazırlama gerektiren polimerik membranlar için yaygın olarak kullanılır. TEM, özellikle ince veya yoğun tabakalar için yararlı olan nano ölçekli çözünürlükte iç yapıların görselleştirilmesini sağlar, ancak genellikle yıkıcı kesit almayı içerir. Bu teknikler, faz tersinimi membranlarındaki parmak benzeri boşluklar gibi seçiciliği etkileyen asimetrileri ortaya çıkarır.^[166][167]

Gözenekli membranlar için kabarcık noktası yöntemi, Young-Laplace denklemi aracılığıyla en büyük gözeneğe karşılık gelen ilk kabarcık çıkana kadar ıslatılmış bir membrana artan gaz basıncı uygulayarak maksimum gözenek boyutunu belirler. ASTM F316’da standartlaştırılan bu test, 0,1 ila 15,0 μm arası gözeneklere sahip filtreler için geçerlidir ve tahribatsız bir bütünlük kontrolü sağlar. Ortalama akış gözenek testleri, belirli basınçlardaki akış hızları yoluyla ortalama gözenek boyutunu değerlendirerek bunu tamamlar. Sınırlamalar, ıslatma sıvısına duyarlılığı ve kılcal akış porozimetresi gibi uzantılar olmadan tam gözenek dağılımlarını çözememeyi içerir.^[168][169]

Moleküler ağırlık sınırı (MWCO), ultrafiltrasyon ve nanofiltrasyon membranlarını, %90 tutulumun gerçekleştiği moleküler ağırlık olarak tanımlanan çözünen madde reddini ölçerek karakterize eder; genellikle polietilen glikol (PEG) standartları veya sığır serum albümini gibi proteinler kullanılır. Zorlama testleri, süzüntü ve beslemedeki konsantrasyon oranlarından hesaplanan tutulumla, dereceli çözünenlerin basınç güdümlü filtrasyonunu içerir. Bu dolaylı yöntem, nominal gözenek boyutunu ayırma yeteneğiyle ilişkilendirir ancak çözünen şekline ve membran-çözünen etkileşimlerine göre değişir.^[170][171]

Gaz ayrımı için olanlar gibi yoğun membranlar, çözelti-difüzyon modellerini izleyerek membran boyunca basınç güdümlü akış yoluyla geçirgenlik katsayılarını nicelleştirmek için saf gaz geçirgenlik testine tabi tutulur. Geçirgenlik, kontrollü koşullar altında H₂, O₂ ve CH₄ gibi gazlar için ölçülür ve tek gaz geçirgenliklerinin oranları olarak seçicilik hesaplamalarına olanak tanır. Çoklu laboratuvar doğrulamaları tekrarlanabilirliği teyit eder, ancak karışık gaz testleri rekabetçi sorpsiyon nedeniyle sapmaları ortaya çıkarır. ASTM ve benzeri protokoller verileri standart sıcaklık ve basınçlara normalleştirir.^[172][173]

Akış potansiyeli ölçümleri, membran boyunca elektrik potansiyelleri üreten basınç kaynaklı elektrolit akışından türetilen zeta potansiyeli aracılığıyla membran yüzey yükünü değerlendirir. Helmholtz-Smoluchowski denklemi, akış akımını pH ve iyonik güçten etkilenen zeta potansiyeli ile ilişkilendirir. Bu teknik, kirlenme tahmininde uygulamalarla yüklü membranlardaki elektrostatik etkileşimleri anlamaya yardımcı olur, ancak düzgün olmayan akıştan kaynaklanan hataları en aza indirmek için dikkatli hücre tasarımı gerektirir.^[174][175]

Gözenek metrikleri için ASTM F316 ve tanımlanmış koşullar altında (örneğin, 25°C, 1 bar) saf su kullanan normalleştirilmiş akı testleri gibi standardizasyon, laboratuvarlar arası karşılaştırılabilirliği sağlar ve $$L_p = J/\Delta P$$ hidrolik geçirgenliği gibi içsel özelliklere odaklanır. Bu protokoller, üretim farklılıklarından kaynaklanan değişkenliği azaltarak teorik varsayımlar yerine ampirik doğrulamayı önceliklendirir.^[168][176]

Kirlenme Mekanizmaları ve Kontrol Stratejileri

Membran kirlenmesi (fouling), maddelerin membran üzerinde veya yapısı içinde birikerek hidrolik direncin artmasına ve süzüntü akısının azalmasına neden olmasını ifade eder. Bu süreç, mikrobiyal yapışma ve hücre dışı polimerik maddelerden (EPS) kaynaklanan biyolojik kirlenmeyi, hümik asitler ve proteinler gibi doğal organik maddelerden (NOM) kaynaklanan organik kirlenmeyi ve kalsiyum karbonat çökmesi gibi mineral ölçeklenmesinden kaynaklanan inorganik kirlenmeyi kapsar.^{[177] [178]} Kolloidal ve partikül madde, kek tabakası oluşumu yoluyla katkıda bulunur, gözenek tıkanması ve yüzey birikimi yoluyla tüm türleri şiddetlendirir.^[179]

Kirletici yapışmasını yönlendiren birincil mekanizmalar, membran yüzeyindeki birikim kinetiğini belirlemek için çekici van der Waals kuvvetlerini itici elektrostatik çift katman etkileşimlerine karşı dengeleyen Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) teorisi tarafından tanımlanan moleküller arası kuvvetleri içerir. Uygun koşullarda—örneğin, elektriksel çift katmanı sıkıştıran yüksek iyonik güç veya itmeyi azaltan düşük zeta potansiyeli—kirleticiler enerji bariyerini aşarak geri dönüşümlü taşınım yerine geri dönüşümsüz yapışmaya yol açar.^[180] Biyolojik kirlenme için, ilk bakteriyel yapışma DLVO tahminlerini izler, ardından daha fazla birikintiyi gömen ve kesmeye direnen EPS matris büyümesi yoluyla biyofilm olgunlaşması gelir.^[181] Proteinler gibi organik kirleticiler hidrofobik etkileşimler ve hidrojen bağı yoluyla adsorbe olurken, inorganik ölçekler yerel aşırı doygunluk çözünürlük sınırlarını aştığında nükleasyon ve kristal büyümesi yoluyla oluşur, genellikle önceki organik katmanlar tarafından katalize edilir.^[182] Bu kinetikler, kirlenmenin sadece konsantrasyon polarizasyonu olmadığını, karmaşık beslemeler için tahminleri iyileştiren asit-baz etkileşimlerini içeren genişletilmiş DLVO (XDLVO) ile termodinamik olarak yönlendirilen bir birikim süreci olduğunu vurgulamaktadır.^[183]

Kontrol stratejileri, öncelikle kek tabakalarını yerinden çıkarmak için süzüntü akışını tersine çeviren geri yıkama gibi fiziksel yöntemler ve sınır tabakası durgunluğunu en aza indirmek için çapraz akış veya hava ile sıyırma gibi gelişmiş hidrodinamikler yoluyla geri dönüşümlü kirlenmeyi ele alır.^[184] Kimyasal temizleme, iki değerlikli katyonları şelatlayarak inorganik ölçekleri çözmek için asitleri (örneğin, sitrik veya hidroklorik) ve organik ve biyokirleticileri hidrolize etmek için alkali-oksidan çözeltileri (örneğin, hipoklorit ile NaOH) kullanır, genellikle kısa vadeli döngülerde başlangıç akısının %70-90’ını geri kazandırır.^{[185] [186]} Ancak, ampirik uzun vadeli operasyonlar, temizliğin derin tabaka yapışmalarını veya biyofilm kalıntılarını tam olarak tersine çevirememesi nedeniyle geri dönüşümsüz gözenek daralması ve yüzey modifikasyonundan kaynaklanan %20-50’lik kalıcı akı düşüşlerini ortaya koymaktadır.^[187] Ters osmoz tesislerinde, temizlik sıklığı, kimyasal kullanımı ve duruş süresini kapsayan kirlenme kaynaklı maliyetler, operasyonel harcamaların (OPEX) yaklaşık %24’ünü oluşturur; bu da eksik azaltımın yüksek trans-membran basınçlarını nasıl sürdürdüğünü ve süreç verimliliğini nasıl kısıtladığını göstermektedir.^[188] Bu kalıcı etki, telafi edici pompalama kaynaklı enerji cezaları için titiz bir muhasebe olmadan membran ölçeklenebilirliği iddialarına meydan okumaktadır.

Başlıca Uygulamalar

Su Arıtma ve Tuz Giderme

Membran süreçleri modern tuz gidermeye hakimdir; ters osmoz (RO), son değerlendirmelere göre küresel kurulu kapasitenin yaklaşık %69’unu oluşturmakta olup, öncelikle içme suyu kaynakları üretmek için deniz suyu ve acı su arıtımında kullanılmaktadır.^[189] Nanofiltrasyon (NF), kalsiyum ve sülfat gibi iki değerlikli iyonları seçici olarak giderirken monovalent tuzların daha kolay geçmesine izin vererek acı su uygulamalarında RO’yu tamamlar ve tam demineralizasyon olmadan yumuşatmaya olanak tanır.^[190] Bu basınç güdümlü süreçler yüksek çözünen madde reddi sağlar—deniz suyu RO’sunda tuzlar için tipik olarak %99’un üzerindedir—ve içme suyu standartlarına uygun süzüntü saflıkları verir, ancak gerçek performans besleme tuzluluğu, geri kazanım oranları (deniz suyu için genellikle %40-50) ve membran bütünlüğüne bağlıdır.^[191]

Mikrofiltrasyon (MF) ve ultrafiltrasyon (UF) yoluyla ön arıtma, RO/NF membranlarını ham deniz suyundaki partiküller, organikler ve biyotadan kaynaklanan kirlenmeden korumak, silt yoğunluk indeksini (SDI) 3’ün altına düşürmek ve membran ömrünü uzatmak için esastır.^[192] MF gözenekleri (0,1-10 μm) daha büyük askıda katıları ve algleri hedeflerken, UF (0,001-0,1 μm) daha ince kolloidleri ve makromolekülleri ele alır, genellikle daha düşük kimyasal kullanımı ve çamur üretimi ile geleneksel pıhtılaştırma-yumaklaştırma-çökeltme işlemlerinin yerini alır.^[193] Büyük ölçekli tesislerde, UF/MF ön arıtımı RO kirlenme oranlarını %50-90 azaltabilir, daha yüksek akı ve geri kazanım sağlarken temizleme sıklığını en aza indirebilir.^[194]

Avustralya’daki Perth Deniz Suyu Tuz Giderme Tesisi, 2006 yılında günde 144.000 m³ kapasiteyle devreye alınmış olup, ön arıtma ve son arıtma dahil olmak üzere tüm süreç için 4,2 kWh/m³’ün altında spesifik enerji tüketimi elde etmek amacıyla enerji geri kazanım cihazlarıyla çift geçişli RO kullanarak verimli RO uygulamasını örneklendirmektedir.^[191] İlk geçiş RO aşaması, o dönemdeki büyük ölçekli deniz suyu tesisleri için en düşükler arasında yer alan 2,4 kWh/m³ kaydetmiş, optimize edilmiş basınç yönetimini ve minimum osmotik basınç kayıplarını yansıtmıştır.^[195] Çağdaş deniz suyu RO sistemleri, termal alternatiflerin (10-15 kWh/m³ eşdeğeri) çok altında olan 2,5-3,5 kWh/m³ toplam enerji kullanımını sürdürür, ancak pompalama ve karıştırmadaki geri döndürülemezlikler nedeniyle ~1 kWh/m³’lük termodinamik minimumun hala 3-4 katıdır.^[196][197]

Yüksek ürün saflığına rağmen, RO tuz giderme, okyanus deşarjları yoluyla bertaraf edilen ve besleme tuzluluğunun 1,5-2 katı olan hipersalin salamura üretir; bu durum yerel tuzluluğu, sıcaklığı ve kimyasal yükleri (örn. antiskalantlar, biyositler) yükselterek bentik ekosistemlere osmotik stres ve toksisite yoluyla potansiyel olarak zarar verir.^[198] Yaşam döngüsü değerlendirmeleri bu etkileri nicelleştirir ve toplam çevresel ayak izinin %20-50’sini salamura deşarjı ve enerjiye bağlı emisyonlara atfeder; deniz ötrofikasyonu ve asitlenme riskleri seyreltme olmayan deşarj bölgelerinde artar.^[199][200] Difüzör tasarımı veya sıfır sıvı deşarjı (örn. buharlaşma havuzları) yoluyla azaltım maliyetleri artırır ancak ekolojik bozulmayı azaltır; sahaya özgü izlemeler tuzluluk tüyleri için 1-5 km’lik iyileşme yarıçapları göstermektedir.^[201] Operasyonel verimler osmotik basınç sınırlarıyla kısıtlı kalır; aşırı ölçeklenmeyi önlemek için deniz suyu geri kazanımı %60’ın altında sınırlandırılır, bu da çıktı hacmi ile konsantre yönetimi arasındaki değiş tokuşların altını çizer.^[190]

Gaz Ayırma ve Saflaştırma

Polimerik membranlar, çözelti-difüzyon mekanizmaları yoluyla gaz geçirgenliğindeki farklılıklardan yararlanma yetenekleri nedeniyle endüstriyel gaz ayırmada baskındır; bu, havadan oksijen/azot ayrımı ve doğal gaz işlemede karbondioksit/metan ayrımı gibi uygulamalara olanak tanır.^[202] Yaygın malzemeler arasında polisülfon, poliimid ve selüloz asetat gibi camsı polimerler bulunur ve bunlar genellikle yüksek yüzey alanı için içi boş elyaf modülleri olarak yapılandırılır.^[202] Hava ayrımı için, Air Products’ın 1980’lerin başında ticarileşen PRISM gibi sistemleri, modül tasarımına bağlı olarak genellikle 10-50 GPU aralığında oksijen geçirgenliği ile tek aşamalı çalışmada %99 saflığa kadar nitrojen bakımından zenginleştirilmiş akımlar üretmek için polisülfon bazlı membranlar kullanır.^[203]

Büyük ölçeklerde (>100 ton/gün) yüksek saflıkta oksijen (>%99,5) ve azot elde eden ancak sıkıştırma ve sıvılaştırmadan kaynaklanan yaklaşık 200-300 kWh/ton O2 enerji maliyetine maruz kalan kriyojenik damıtmaya kıyasla, membran süreçleri orta ölçekli (20-100 ton/gün) veya merkezi olmayan uygulamalar için daha düşük enerji tüketimi (yaklaşık 100-200 kWh/ton eşdeğeri) ve daha basit işletim sunar.^[204][205] Ancak, membranlar daha düşük tek aşamalı saflık (örn. %95-99 N2) ve geri kazanım (O2 için <%50) sağlar, genellikle zorlu spesifikasyonlar için çok aşamalı şelaleler veya hibrit entegrasyon gerektirir, bu da daha yüksek ilk sermaye maliyetlerine rağmen ekonomik avantajlarını düşük hacimli senaryolarla sınırlar.^[204] CO2/CH4 ayrımı için, polimerik membranlar karışık gaz koşulları altında 20-40 seçicilik elde ederek boru hattı spesifikasyonlarını karşılamak (<%2-4 CO2) için asit gazı giderimini kolaylaştırır, ancak performans, rekabetçi sorpsiyon nedeniyle artan basınçla bozulur.^[206]

2020’lerde, polimerik membranları inorganik dolgu maddeleriyle (karma matrisli membranlar) veya absorpsiyon süreçleriyle birleştiren hibrit yaklaşımlar, CO2 için 100 GPU’yu aşan geçirgenlik ve CO2/N2 için >30 seçicilik ile baca gazı akımlarını hedefleyerek yanma sonrası CO2 yakalamayı ilerletmiştir.^[207] Bu inovasyonlar saf polimerik sınırları aşmayı amaçlamaktadır, ancak membrana dayalı yakalama, konuşlandırılmış yanma sonrası kapasitenin %10’undan azını oluşturmakta, yüksek CO2 fugasitesinin polimer zinciri şişmesine neden olarak seçiciliği %50’ye kadar azalttığı kalıcı plastikleşme ve uygulanabilir akı elde etmek için yüksek basınçlı beslemelere duyulan ihtiyaç nedeniyle amin yıkayıcıların gölgesinde kalmaktadır.^[208][207]

Ticari polimerik membranlardaki ampirik gaz çifti seçicilikleri, ideal çözelti-difüzyon parametrelerinden türetilen teorik maksimumların altında kalır; bu, polimer serbest hacim sınırlamalarını ve rekabetçi geçirgenlik gibi ideal olmayan karışık gaz etkilerini yansıtan Robeson üst sınırında kapsüllenen geçirgenlik-seçicilik değiş tokuşu ile kısıtlanır.^[123] O2/N2 için, pratik seçicilikler kusursuz modellerdeki potansiyel >10 değerlerine karşılık 3-7 civarında seyrederken, CO2/CH4 çiftleri 100’e yaklaşan sınırlara karşı 20-50’ye ulaşır; bu da üretim hataları ve yaşlanmadan etkilenen laboratuvar idealleri ile endüstriyel gerçekler arasındaki boşluğun altını çizer.^[123][209]

Biyoproses ve Tıbbi Kullanımlar

Hemodiyalizde, polisülfon gibi sentetik membranlar, optimize edilmiş koşullar altında %90’ı aşan giderme verimliliklerine ulaşarak kandan üre gibi üremik toksinleri uzaklaştırmak için içi boş elyaf (hollow fiber) konfigürasyonlarında yaygın olarak kullanılır.^[210] Bu membranlar, selülozik alternatiflere kıyasla kompleman aktivasyonunu azaltarak biyouyumluluğu korurken küçük çözünen maddeler için yüksek geçirgenlik sunar.^[211] Ancak, diyaliz sırasında biyouyumlu olmayan yüzeyleri monosit aktivasyonuna bağlayan çalışmaların kanıtladığı gibi, belirli membran malzemeleri interlökin-1 ve tümör nekroz faktörü-alfa gibi sitokin üretimini indükleyerek hastalarda enflamasyonu şiddetlendirebilir.^[212] Biyouyumluluk için FDA standartlarıyla uyumlu olanlar da dahil olmak üzere düzenleyici değerlendirmeler, aşırı protein kaybı olmadan toksin adsorpsiyonunu artırmak için silanizasyon gibi malzeme modifikasyonları yoluyla bu tür yanıtları en aza indirmeyi vurgulamaktadır.^[213]

Ultrafiltrasyon, farmasötik uygulamalar için biyoproseste kritik bir rol oynar; moleküllerin moleküler ağırlık sınırları tipik olarak 1-1000 kDa olacak şekilde boyuta göre ayrıldığı teğetsel akış filtrasyonu yoluyla protein konsantrasyonu ve tampon değişimini sağlar.^[214] Monoklonal antikor üretiminde, ultrafiltrasyon/diyafiltrasyon adımları, çözeltileri 5 mg/mL gibi düşük başlangıç yoğunluklarından 40 mg/mL’nin üzerine konsantre ederek, basınç sınırlı operasyonlar altında agregasyon risklerini kontrol ederken yüksek titreli ilaç maddesi formülasyonunu kolaylaştırır.^[215] Fermantasyon süreçleri için, mikrofiltrasyon membranları ekim sonrası hücreleri hasat eder; sürekli sistemlerde santrifüjlemenin yerini alarak biyokütleyi geri dönüştürür ve üretkenliği artırır, bu da gliserolden propiyonik asit üretiminde 1 g/L/saat’e varan verimlerle gösterilmiştir.^[216]

Kitin ve kitosan gibi biyokütle türevli malzemeler, biyoproses membranlarında niş kirlenme önleyici iyileştirmeler sunarak, modifiye edilmiş ultrafiltrasyon kurulumlarında hidrofilikliği ve akı geri kazanımını %100’e yakın bir seviyeye çıkarır, ancak steril ortamlardaki üstün sterilite ve ölçeklenebilirlik nedeniyle sentetik polimerler baskındır.^[217] Tıbbi membranlarda biyouyumluluk konusunda zorluklar devam etmektedir; daha az optimize edilmiş polimerlerden kaynaklanan sitokin indüksiyonu titiz test ihtiyacını vurgularken, polisülfon gibi sentetik seçenekler eski selülozik tiplere göre azaltılmış enflamatuar belirteçler göstermektedir.^[218] Bu uygulamalar, kirlenme ve bağışıklık tepkisi sınırlamalarında gezinirken membran teknolojisinin biyolojik maddeleri ayırmadaki hassasiyetini vurgulamaktadır.

Endüstriyel Ayırmalar

Endüstriyel ayırmalarda, membran teknolojileri, tuzlar, organikler veya emülsiyonlarla yüklü olanlar gibi karmaşık, genellikle kirlenmeye yatkın beslemeleri işlemek için membran sağlamlığının yanı sıra azaltılmış enerji kullanımı ve minimum kimyasal girdiler yoluyla ekonomik verimliliği vurgulayarak yüksek hacimli emtia akışlarının işlenmesini kolaylaştırır. Uygulamalar, hedeflenen senaryolarda buharlaşma veya damıtma gibi geleneksel yöntemlerden daha iyi performans gösteren basınç güdümlü veya osmotik olarak güdümlü süreçlerin, çözücülerin, tuzların ve biyomoleküllerin toplu sıvılardan ayrılmasını gerektirdiği sektörleri kapsar.^[219]

Petrol ve gaz endüstrisinde, ileri osmoz (FO) ve membran damıtma (MD), çıkarılan her varil petrol başına 7-10 varil oranında üretilen bir yan ürün olan üretilmiş suyun arıtılmasını ele alır. Ham üretilmiş suya uygulanan pilot ölçekli FO-ters osmoz (RO) hibritleri, 100.000 mg/L TDS’yi aşan yüksek tuzluluğa rağmen hacim azaltmaya olanak tanıyarak iyonların ve uçucu olmayan maddelerin %99’un üzerinde reddini göstermiştir. MD varyantları benzer şekilde hipersalin beslemelerde neredeyse tam çözünen madde reddi elde ederken, saha pilotları 2023 itibariyle petrol ve gres kirleticilerine karşı operasyonel stabiliteyi teyit etmiştir. Bu sistemler yeniden enjeksiyonu veya yeniden kullanımı destekler, ancak kalsiyum ve baryum gibi iki değerlikli iyonlardan kaynaklanan ölçeklenmeyi azaltmak için ön arıtma esastır.^[220][221]

Ultrafiltrasyon (UF), peynir üretim yan ürünlerindeki laktoz bakımından zengin süzüntüden proteinleri ayırarak peynir altı suyu değerlendirmesi için süt işlemede hakimdir. Ticari UF sistemleri, peynir altı suyu proteinlerini %80 saflığa konsantre ederek, aksi takdirde atılacak olan sütün toplam protein içeriğinin %20-30’unun geri kazanılmasını sağlar; çok döngülü tesislerdeki sürekli operasyonlar, yıllık 200 milyon tonu aşan küresel peynir altı suyu talebini karşılamak için günde binlerce metreküp işler. Bu ölçeklenebilirlik, UF’nin atık su deşarjını azaltırken gıda ve nutrasötikler için yüksek değerli konsantreler üretmesiyle hacim odaklı ekonominin altını çizer.^[222][223]

Pervaporasyon, etanol-su gibi azeotropik karışımları dehidre etmede, damıtmanın enerji yoğun geri akış gereksinimlerini atlayarak üstündür. Biyoetanol üretimi için hibrit pervaporasyon-damıtma pilotları, azeotropu kırmak için damıtma kolonlarının akış aşağısına entegre edildiğinde daha düşük işletme maliyetlerini doğrulayan seramik membranlarla, %99,5’in üzerinde etanol saflığını korurken 1-5 kg/m²·saat akılarında suyu geçirmek için seçici hidrofilik membranlardan yararlanarak bağımsız damıtmaya göre %50’ye varan enerji düşüşleri bildirmiştir.^[224][225]

Üretilmiş su veya hidrokarbonlar ve proteinler içeren peynir altı suyu gibi beslemelerde yaygın olan organik maddelerle kirlenme, adsorpsiyon ve trans-membran basıncını yükselten kek tabakası oluşumu nedeniyle uzun süreli çalışmalarda akıyı %20-50 oranında sınırlar. Çapraz akış konfigürasyonları ve periyodik kimyasal temizleme yoluyla azaltma üretkenliği sürdürür, ancak organik ağırlıklı akımlar, membran bütünlüğünü korumak ve ticari uygulanabilirliğe ulaşmak için besleme şartlandırmasını gerektirir.^[220][226]

Zorluklar ve Eleştiriler

Teknik Sınırlamalar ve Başarısızlık Modları

Ters osmoz (RO) ve nanofiltrasyon (NF) gibi basınç güdümlü sistemlerde birincil bir başarısızlık modu olan membran sıkışması, transmembran basınç altında viskoelastik deformasyondan kaynaklanır; bu, gözenekli destek tabakalarını ve aktif yüzeyi sıkıştırarak etkili gözenekliliği azaltır ve hidrolik direnci yükseltir. RO membranlarında bu durum, yaklaşık 300 psi basınçta saatler ila günler içinde yaklaşık %20-40’lık bir başlangıç akısı düşüşü ve toplam kalınlıkta %21’e varan azalmalar (öncelikle polisülfon ve polyester destek tabakalarında) olarak kendini gösterir.^{[64] [227]} Sıkışma, daha yüksek basınç, sıcaklık ve döngüsel yükleme ile hızlanır ve basınç tahliyesinde geri dönüşü olmayan (geri dönüşümlü elastik deformasyondan farklı olarak) geçirgenliği azaltan geri dönüşümsüz morfolojik değişikliklere yol açar.^[64]

Kimyasal bozulma, özellikle RO için kullanılan aromatik poliamidlerde polimer zincirlerine oksidatif veya hidrolitik saldırılar yoluyla membran bütünlüğünü tehlikeye atar. 0,1 ppm serbest klorun üzerindeki klor maruziyeti, poliamid aktif tabakasını hızla oksitleyerek 1 ppm’de 200-1.000 saat içinde zincir kopmasına ve çapraz bağlanmaya neden olur; bu, seçiciliği bozarak tuz geçişini yükseltirken bazen genel düşüşten önce başlangıç akısını artırır.^[228] Bu savunmasızlık, elektron açısından zengin amid bağlarının hipokloröz asit ile reaksiyona girmesinden kaynaklanır (demir gibi geçiş metalleri tarafından katalize edilir) ve performans kaybının akış yukarı elemanlarda yoğunlaşmasına neden olur; birleşik kloraminler, kademeli serbest klor salınımı ile sorunu şiddetlendirir.^[228] Camsı polimerler kullananlar gibi gaz ayırma membranlarında, plastikleşme veya sorbat kaynaklı şişme yoluyla benzer bozulma meydana gelir, ancak operasyonel istatistiklerde daha az nicelleştirilmiştir.

Düzensiz kaplama veya taşıma kaynaklı çizikler gibi üretim tutarsızlıklarından kaynaklanan iğne deliği kusurları, seçici tabakada lokalize ihlaller yaratarak ret mekanizmalarını atlar ve çözünen sızıntısına izin verir. RO sistemlerinde, tespit edilmeyen iğne delikleri, tehlikeye atılmış alanlardan %1’den az akı ile süzüntü kayıplarına neden olabilir, ancak elemanlar genelinde toplandığında, iletkenlik veya izleyici testleri ile tespit edilebilen %1-5’lik genel saflık bozulmasına katkıda bulunur.^[229] Sızıntı veya kabarcık noktası bütünlük testleri ile doğrulanan bu kusurlar, eksik polimerizasyondan veya mekanik stresten kaynaklanır ve basınç farkları kusurları genişletirse kademeli başarısızlığa yol açar.^[230]

Operasyonel ortamlardaki ampirik membran ömürleri, modellenmemiş değişkenler (besleme dalgalanmaları, aralıklı çalışma ve sinerjistik stresler) nedeniyle 5-10 yıllık laboratuvar projeksiyonlarının gerisinde kalarak RO elemanları için ortalama 2-5 yıldır.^{[231] [232]} Tam ölçekli tesislerde, yaşlanma 3-5 yıl sonra hızlanır; bu, izole olaylardan ziyade kümülatif sıkışma, kısmi bozulma ve kusur yayılımına atfedilebilen %10-15 normalleştirilmiş akı kaybı ve %5-10 tuz geçişi artışı ile kanıtlanır.^{[228] [232]} Ultrafiltrasyon modülleri için, gerçek dünya dayanıklılığı benzer şekilde idealize edilmiş modellerin gerisindedir; kontrollü laboratuvar simülasyonlarına kıyasla değişken atık su beslemelerinde bütünlük ihlalleri artmaktadır.^[232]

Ekonomik ve Ölçeklenebilirlik Engelleri

Membran sistemleri önemli sermaye harcamaları (CAPEX) gerektirir; büyük ölçekli deniz suyu ters osmoz (RO) tesisleri, günde 10 milyon galonluk (MGD) bir kapasite için 30-50 milyon dolara veya kurulu kapasitenin m³/gün başına yaklaşık 4.000 dolara mal olur; bu maliyet membran modülleri, basınç kapları ve destekleyici altyapıdan kaynaklanır. İşletme giderleri (OPEX) enerji tarafından domine edilir; burada enerji geri kazanım cihazları olmayan RO, %25-50 civarındaki tipik geri kazanım oranları için 5-6 kWh/m³ veya daha fazlasını talep eder; bu da hidrolik enerjinin yalnızca bir kısmını geri kazanan bu eklentiler olmadan membran süreçlerinin doğası gereği düşük enerjili olduğu kavramını çürütür.^[233]

Kirlenmeyi önlemek ve membran ömrünü uzatmak için kritik olan ön arıtma, RO sistemlerindeki toplam CAPEX’in %30-40’ını oluşturur; bu, alım yapılarını, filtrasyonu ve besleme suyu değişkenliğini ele almak için kimyasal dozajlamayı kapsar.^[234] Modülerlik, küçük pilotlardan endüstriyel tesislere ölçeklendirmeyi kolaylaştırsa da, özellikle yüksek ön maliyetlerin yetenekli işletme ve bakım personeli eksikliğiyle birleştiği gelişmekte olan ülkelerde dağıtım engelleri devam etmekte olup, merkezi olmayan uygulamalar potansiyeline rağmen ithal uzmanlığa bağımlılığa ve yetersiz kullanıma yol açmaktadır.^[5]

Çok aşamalı flaş buharlaşma gibi termal alternatiflerle karşılaştırıldığında, membranlar daha düşük enerji yoğunluğu (RO, m³ başına 3-5 kat daha az elektrik kullanır) sayesinde uzun vadeli maliyet avantajları sunar; optimize edilmiş durumlarda 0,41 $/m³ kadar düşük su maliyetleri sağlarken buharlaşma rakamları daha yüksektir.^{[196] [235]} Ancak, membranlar için toplam sahip olma maliyeti, tuz giderme dışı bağlamlarda geleneksel filtrasyon veya iyon değişimi gibi membran olmayan arıtmalara göre genellikle %20-40’lık bir prim içerir; bu, periyodik membran değişimlerine (her 5-7 yılda bir) ve düşük basınçlı alternatiflere göre yüksek enerji taleplerine atfedilebilir.^[236]

Çevresel ve Sürdürülebilirlik Endişeleri

Öncelikle poliamid ve polisülfon gibi biyolojik olarak parçalanamayan polimerlerden oluşan atılan membran modülleri önemli miktarda atık üretir; 2023 itibariyle dünya çapında yıllık olarak atılan yaklaşık 840.000 ters osmoz modülü (14.000 tondan fazla malzeme), genişleyen tuz giderme kapasitesi nedeniyle 2025 yılına kadar önemli ölçüde artacağı tahmin edilen bir rakamdır.^[237] Bu malzemeler bozulmaya direnç gösterir ve çevresel maruziyet veya düzenli depolama üzerine mikroplastiklere parçalanır, tamamen ayrışmak yerine kalıcı mikropartiküllere dönüşerek toprak ve su sistemlerinde uzun vadeli kirliliğe katkıda bulunur.^[238] Geri dönüşüm oranları %10’un altında kalmaktadır; kompozit katmanların ayrılmasındaki teknik zorluklar ve ekonomik caydırıcılıklar nedeniyle engellenmekte, bu da toksinleri ve sera gazlarını serbest bırakan baskın düzenli depolama veya yakmaya yol açmaktadır.^[239]

Membran bazlı tuz giderme süreçlerinden kaynaklanan salamura deşarjı, özellikle Basra Körfezi gibi kapalı havzalarda alıcı sulardaki aşırı tuzluluğu şiddetlendirir; burada kümülatif girdiler 1970’lerden bu yana ortalama tuzluluğu 0,5 pratik tuzluluk birimine kadar yükselterek organizmalara osmotik şok ve değişen bentik topluluklar yoluyla deniz ekosistemlerini strese sokmuştur.^[240] Körfez bölgesinde, genellikle deniz suyu konsantrasyonunun 1,5 ila 2 katı olan hipersalin atıklar, azaltılmış biyoçeşitlilik, tortularda ağır metal biyoakümülasyonu ve deniz çayırı ölümleri ile ilişkilendirilmiş, dağınık deşarj stratejileri sınırlı yıkama nedeniyle havza çapındaki birikimi azaltmada başarısız olmuştur.^[241] Salamura hacimlerinin tuzdan arındırılmış çıktıyla eşleşmesi veya aşması, yerel ötrofikasyonu teşvik eden eser kirleticileri ve besin maddelerini yoğunlaştırması nedeniyle düzenleyici çabalara rağmen bu etkiler devam etmektedir.^[242]

Deniz suyu arıtımı için metreküp başına 2-6 kWh gerektiren ters osmoz gibi basınç güdümlü membran süreçlerinin enerji yoğunluğu, fosil yakıtlarla güçlendirildiğinde önemli bir karbon ayak izine dönüşür; bu, metreküp başına 1,4-4,32 kg CO₂ eşdeğeri emisyona eşdeğerdir ve yenilenebilir olmayan şebekelerde büyük sanayi sektörlerinin yakıt tüketimini yansıtır.^[243] Örneğin, Kanarya Adaları gibi enerjiye bağımlı bölgelerde tuz giderme yıllık 770.000 MWh’den fazla tüketir (yılda 180.000 ton fosil yakıt yakmaya benzer), bu da yaygın yenilenebilir entegrasyonu olmadan yenilenebilir olmayan kaynaklara bağımlılığın altını çizer.^[244] Membran özellikli suyun yeniden kullanımı tatlı su çıkarımını azaltsa ve bazı akış yukarı çevresel maliyetleri dengelese de, bu faydalar bertaraf ve deşarj yüklerini tamamen ortadan kaldırmaz, çünkü net kaynak tasarrufları ölçeklendirme ile ve kapalı döngü atık yönetimi olmadan azalır.^[189]

Biyokütleden türetilen biyo-bazlı membranlar, yenilenebilirlik ve daha düşük toksisite yoluyla teorik sürdürülebilirlik avantajları sunar, ancak üretimleri sentetiklere kıyasla daha düşük verim sağlar; bu da genişletilmiş işlemeden kaynaklanan daha yüksek genel çevresel etkilerle ve endüstriyel hacimler için sınırlı ölçeklenebilirlikle sonuçlanır.^[245] Sentetik polimerler, biyokütle alternatiflerinin kirlenme zafiyetleri ve tedarik zinciri kısıtlamalarıyla karşılaştığı büyük ölçeklerde üstün akı ve dayanıklılığı korur, bu da “yeşil” varyantlar etrafındaki heyecanı, verimlilik ödünleri olmadan yerleşik teknolojilerin yerini almak için kanıtsız hale getirir.^[246] Yaşam döngüsü değerlendirmeleri, biyo-membranların belirli işlenmemiş malzeme bağımlılıklarını azalttığını, ancak konuşlandırılmalarının niş kaldığını ve sürdürülebilirlik iddiaları için gerekli olan yüksek verimli uygulamalarda sentetiklerin performansıyla eşleşemediğini doğrulamaktadır.^[247]

Gelecek Beklentileri

Gelişen İnovasyonlar (2020–2025)

Elektro-gelişmiş ters osmoz için elektriksel olarak iletken membranlar, laboratuvar geliştirmesinden saha pilotlarına geçiş yaparak önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Haziran 2025’te, UC Riverside ve UCLA’dan teknoloji lisanslayan Active Membranes, Ventura County’de iletken bir katmanla kaplanmış RO membranlarını kullanarak bir pilot uygulama gerçekleştirdi. Düşük voltaj uygulamak, tuz iyonlarını yük tabanlı mekanizmalar yoluyla iten bir elektrik alanı oluşturur, operasyonel verimliliği artırırken ölçeklenmeyi ve kirlenmeyi azaltır. Pilot uygulama, standart RO membranlarına kıyasla %20-30 daha yüksek su üretim oranlarına ulaşarak tarımsal ve endüstriyel uygulamalar için acı yeraltı suyu ve üretilmiş suyun arıtımını geliştirdi.^[34]

Hibrit ileri osmoz-membran damıtma (FO-MD) konfigürasyonları, tezgah ölçekli doğrulamaların yüksek geri kazanım göstermesiyle atık su işlemede sıfır sıvı deşarjına doğru ilerlemiştir. 2021 tarihli bir çalışma, FO-MD’yi baca gazı kükürt giderme atık suyuna uygulayarak 3,4 M NaCl çekme çözeltisi kullanarak %89 su geri kazanımı elde etmiş, bunun yanı sıra temel iyonların (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl⁻, SO₄²⁻) >%99,8 reddi ve 105 μS/cm’nin altında süzüntü iletkenliği sağlamıştır. Su akıları, enerji verimliliği için düşük dereceli atık ısı ile desteklenen 65,5°C’de FO’da 37 L/m²saat ve MD’de 25 L/m²saat’e ulaşmıştır. Sonraki 2020’ler incelemeleri, FO-MD hibritlerinin, osmotik konsantrasyonu termal buhar ayırma ile birleştirerek, bertaraf veya geri kazanım için katı konsantrasyonunu kolaylaştırarak tuzlu atıklarda rutin olarak %85-90 geri kazanım sağladığını doğrulamaktadır.^[248]

Makine öğrenimi entegrasyonu, 2023-2025 yılları arasında özellik tahmini ve yapısal iyileştirmeye odaklanarak membran üretiminde optimizasyonu hızlandırdı. Grup katkıları ve Bayes optimizasyonu gibi özellik kazandırma tekniklerini kullanan ML modelleri, geçirgenlik, seçicilik ve akıyı tahmin etmek için geniş polimer kütüphanelerini tarayarak deneme-yanılma sentezine olan bağımlılığı azaltır. Bu, grafen kıyaslamalarından ~4 kat daha yüksek su akısına sahip 2D malzemeler ve iyon reddini %8 artıran nanopore optimizasyonları gibi tasarımlar sağlamıştır. Veriye dayalı parametre ayarlaması yoluyla üretim değişkenliğini ve yapısal kusurları en aza indiren bu yöntemler, pervaporasyon ve nanofiltrasyon uygulamalarında kanıtlandığı gibi laboratuvardan pilota daha hızlı ölçeklendirmeyi destekler.^[249]

Araştırma Yönleri ve Potansiyel Atılımlar

Membran teknolojisindeki araştırmalar, grafen ve diğer iki boyutlu (2D) yapılar gibi atomik olarak ince malzemeler aracılığıyla temel geçirgenlik-seçicilik ödünleşimlerinin üstesinden gelmeyi giderek daha fazla hedeflemektedir; bu malzemeler, nanoporlar boyunca azaltılmış taşıma direnci nedeniyle teorik olarak geleneksel polimerik membranlardan on kata kadar daha yüksek akı oranlarına olanak tanır.^[250] Ancak, kusursuz montaj ve mekanik stabilitedeki zorlukların pratik dağıtımı laboratuvar prototiplerinin ötesinde sınırlamasıyla, büyük ölçekli üretim kanıtlanmamış durumdadır; bu durum, tuz giderme uygulamaları için lameller istiflemeyi optimize etmeye yönelik devam eden çabalarla kanıtlanmaktadır.^[251] Bu malzemelerin potansiyeli, nihai seçicilik sınırlarına ulaşmak için hassas gözenek boyutu kontrolü gibi nedensel engellerin çözülmesine bağlıdır; aksi takdirde ayırma verimliliğindeki ampirik kazanımlar endüstriyel ölçeklerde gerçekleştirilemez.

Kirlenme önleyici stratejiler, kirleticileri dinamik olarak iterek veya bozarak akı düşüşünü yıllık %10’un altına sınırlamayı amaçlayan uyaranlara duyarlı kaplamalar veya biyo-esinli Janus yapıları gibi nanoteknoloji destekli kendi kendini temizleyen yüzeyleri vurgulayan başka bir odak noktasını temsil eder.^[252] Membranlar üzerindeki şelasyon yönlendirmeli arayüzler dahil olmak üzere son gelişmeler, operasyonel koşullar altında yerinde rejenerasyonu göstermektedir, ancak gerçek dünya uzun ömürlülük testleri, karmaşık atıklara karşı kalıcı zafiyetleri ortaya koymakta ve simüle edilmiş kirlenme modelleri yerine yapışma mekanizmalarının nedensel doğrulamasının gerekliliğini vurgulamaktadır.^[253] Hibe destekli çalışmalardan gelen abartılı iddiaları aşmak için hibrit beslemelerde sürekli süzüntü kalitesi gibi ampirik metriklerin önceliklendirilmesi esastır.

Adsorpsiyon veya fotokataliz entegre eden hibrit membran mimarileri, yerinde kirletici yakalama veya bozunmanın bağımsız membranların içsel akı sınırlamalarını ele aldığı çok işlevli ayrımlar için umut verici yörüngeler sunar.^[254] Örneğin, fotokatalitik membran reaktörleri, kirletici mineralizasyonu için reaktif tür üretimi ile ayrımı birleştirerek atık su akımlarında genel verimliliği potansiyel olarak artırır, ancak entegre edilmemiş alternatiflere karşı sermaye ve enerji maliyetlerini nicelleştirmek için titiz tekno-ekonomik modelleme gerektirir.^[255] Gelecekteki atılımlar, verimsizlikleri sübvanse etmeden ölçeklenebilirliği sağlamak için iyimser projeksiyonlar yerine veriye dayalı simülasyonları tercih ederek sinerjistik etkilerin temel ilkelerle incelenmesini talep etmektedir.^[256]

Referanslar

1. https://application.wiley-vch.de/books/sample/3527348611_c01.pdf
2. https://www.eng.uc.edu/~beaucag/Classes/Properties/Books/Richard%2520W.%2520Baker%28auth.%29%2520-%2520Membrane%2520Technology%2520and%2520Applications%2C%2520Third%2520Edition%2520%282012%29.pdf
3. https://files.dep.state.pa.us/water/bsdw/operatorcertification/TrainingModules/dw-19_membrane_wb_10_07.pdf
4. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7281250/
5. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8779680/
6. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9321681/
7. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214714414001093
8. https://www.frontiersin.org/journals/membrane-science-and-technology/articles/10.3389/frmst.2022.913597/full
9. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4304622/
10. https://complete-water.com/resources/the-history-of-reverse-osmosis
11. https://www.apecwater.com/blogs/water-health/history-of-reverse-osmosis-filtration
12. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916409007930
13. https://catalogimages.wiley.com/images/db/pdf/9780470743720.excerpt.pdf
14. https://rupress.org/jgp/article/18/2/143/53301/THE-PREPARATION-OF-THE-GRADED-COLLODION-MEMBRANES
15. https://www.researchgate.net/publication/229754866_A_new_series_of_graded_collodion_membranes_suitable_for_general_bacteriological_use_especially_in_filterable_virus_studies
16. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/14600857/
17. https://www.archives.gov/research/guide-fed-records/groups/380.html
18. https://www.sciencehistory.org/stories/magazine/nor-any-drop-to-drink/
19. https://www.desware.net/sample-chapters/d05/d09-004.pdf
20. https://pubs.acs.org/doi/book/10.1021/bk-1981-0153
21. https://findingaids.hagley.org/repositories/3/resources/1698
22. https://www.lenntech.com/Data-sheets/Engineering-Aspects-of-Reverse-Osmosis-Module-Design-L.pdf
23. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/978-94-011-3682-2_12
24. https://www.kovalus.com/about/history-brands/
25. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie800735q
26. https://www.chemmethod.com/chemmethod.com/article_207213.html
27. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9783527824984.ch1
28. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9029804/
29. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916411003274
30. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386113005399
31. https://awwa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/awwa.1791
32. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652620343997
33. https://www.osti.gov/servlets/purl/1977062
34. https://newscenter.lbl.gov/2025/06/30/new-membrane-technology-could-expand-access-to-water-for-agricultural-and-industrial-use/
35. https://www.fortunebusinessinsights.com/membranes-market-102982
36. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/membranes-market-1176.html
37. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/037673889500102I
38. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c07128
39. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7192
40. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10104469/
41. https://www.tappi.org/content/events/07place/papers/fischer.pdf
42. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009250902000684
43. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2008WR007236
44. https://www.researchgate.net/file.PostFileLoader.html?id=56a659cf6225ff07d38b45c1&assetKey=AS%253A321833709047808%25401453742543069
45. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738808003347
46. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7228755/
47. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/037673889500102I
48. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/cs/d3cs00395g
49. https://wetlab.net.technion.ac.il/files/2025/01/FregerRamon-Memlett_2024.pdf
50. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1383586624049281
51. https://ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/mavt/process-engineering/separation-processes-laboratory-dam/documents/education/RCS/Membrane_course.pdf
52. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/spiegler-kedem-model
53. https://link.springer.com/article/10.1007/BF02476888
54. https://www.sciencedirect.com/topics/chemical-engineering/membranes-separation
55. https://openmembranedatabase.org/membrane-science/
56. https://iastate.pressbooks.pub/chemicalengineeringseparations/chapter/membranes/
57. https://www.pcimembranes.com/articles/principles-of-membrane-technology-pressure-driven-processes/
58. https://www.thermopedia.com/cn/content/948/
59. https://energy.sustainability-directory.com/term/membrane-selectivity/
60. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2821117/
61. https://www.oxfordreference.com/abstract/10.1093/acref/9780199651450.001.0001/acref-9780199651450-e-2457
62. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/membrane-rejection
63. https://par.nsf.gov/servlets/purl/10167258
64. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c05865
65. https://www.researchgate.net/publication/258443705_Permeability_and_selectivity_of_reverse_osmosis_membranes_Correlation_to_swelling_revisited
66. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11097391/
67. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211339820300241
68. https://synderfiltration.com/learning-center/articles/introduction-to-membranes/membrane-materials-organic-inorganic/
69. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2025/va/d4va00378k
70. https://www.jiuwumembrane.com/comparison-of-organic-membranes-and-inorganic-membranes.html
71. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5793572/
72. https://www.researchgate.net/figure/Advantages-and-disadvantages-of-inorganic-membranes-with-respect-to-polymeric-membranes_tbl1_309382837
73. https://www.ipnr-endura.com/blog/why-ceramic-membranes-excel-in-harsh-chemical-filtration
74. https://www.researchgate.net/post/Life_and_operation_of_ceramic_membrane
75. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/ceramic-membrane-market-report
76. https://www.nature.com/articles/nenergy201786
77. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe0192
78. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202300296
79. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738816324140
80. http://hawachmembrane.com/the-classification-of-membrane-filter/
81. https://www.membrane-solutions.com/blog-What-are-the-4-Types-of-Membrane-Filtration
82. https://liqtech.com/knowledge-center/nanofiltration/
83. https://ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/mavt/process-engineering/separation-processes-laboratory-dam/documents/education/RCS_2020/Membranes/Classes/2020_C1_Membranes_Basics.pdf
84. https://www.lenntech.com/services/mwco.htm
85. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979785799444
86. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1650824/
87. https://www.thermopedia.com/content/948/
88. https://www.sciencedirect.com/topics/chemical-engineering/membrane-technology
89. https://www.researchgate.net/figure/Driving-forces-in-membrane-processes-2_tbl1_328726011
90. https://synderfiltration.com/learning-center/articles/membranes/membrane-processes/
91. https://www.danfoss.com/en/about-danfoss/articles/hpp/a-new-world-record-in-swro-energy-efficiency-underscores-the-enormous-potential-of-updating-existing-desalination-plants-with-best-in-class-technology/
92. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S001191642401138X
93. https://aquaporin.com/difference-between-fo-and-ro/
94. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b07482
95. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916417325602
96. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c8ee00291f
97. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045653522021221
98. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6680680/
99. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/app.42130
100. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/phase-inversion
101. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/cs/d0cs00502a
102. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916414005761
103. https://www.researchgate.net/publication/353260976_Fabrication_of_desalination_membranes_by_interfacial_polymerization_history_current_efforts_and_future_directions
104. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738821003434
105. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2024/ra/d4ra01796j
106. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738800833591
107. https://pdfs.semanticscholar.org/54f2/7f25c04d41417bf9071fb056027c40ccf7e1.pdf
108. https://www.mdpi.com/2073-4441/15/19/3344
109. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666086520300527
110. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12199310/
111. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738825005447
112. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7435847/
113. https://www.nature.com/articles/s41467-020-20628-9
114. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738820311066
115. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9025110/
116. https://www.mdpi.com/2073-4360/11/3/555
117. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215017X19302462
118. https://peerj.com/articles/achem-26/
119. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0017099
120. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsapm.1c00779
121. https://www.nature.com/articles/s43246-024-00462-y
122. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2025/ra/d5ra00643k
123. https://www.science.org/doi/10.1126/science.aab0530
124. https://www.nature.com/articles/s41545-024-00301-0
125. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916418311664
126. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05753
127. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c18528
128. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738816304215
129. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8914971/
130. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/membrane-configuration
131. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8064107/
132. https://www.researchgate.net/publication/350361881_Comparative_Assessment_of_Tubular_Ceramic_Spiral_Wound_and_Hollow_Fiber_Membrane_Microfiltration_Module_Systems_for_Milk_Protein_Fractionation
133. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9144028/
134. https://www.unisol-global.com/newsinfo/15
135. https://www.mdpi.com/2077-0375/15/8/246
136. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916413002385
137. https://www.researchgate.net/publication/231390888_On_the_Fluid_Mechanics_of_Spiral-Wound_Membrane_Modules
138. https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev-fluid-120710-101112
139. https://www.mssincorporated.com/dead-end-filtration-vs-cross-flow-filtration/
140. https://www.sciencedirect.com/science/article/am/pii/S0263876220301647
141. https://synderfiltration.com/learning-center/articles/module-configurations-process/cross-flow-membrane-operations/
142. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916406010617
143. https://doras.dcu.ie/543/1/Jenny_Ni_Mhurchu_Thesis.pdf
144. https://www.researchgate.net/figure/Comparison-between-dead-end-DEF-cross-flow-CF-and-dynamic-DF-filtration_fig1_223392957
145. https://www.usbr.gov/research/dwpr/reportpdfs/report208.pdf
146. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916425007696
147. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/schmidt-number
148. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie900512g
149. https://www.axeonwater.com/blog/how-reverse-osmosis-membranes-work/
150. https://www.winenv.com/membrane-filtration.html
151. https://www.nature.com/articles/s41598-023-42337-1
152. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916416308451
153. https://ide-tech.com/en/blog/cut-costs-cut-timelines-rethink-your-next-water-project/
154. https://www.frontiersin.org/journals/sustainable-cities/articles/10.3389/frsc.2020.00009/full
155. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8158366/
156. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586623005907
157. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c05649
158. https://ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/mavt/process-engineering/separation-processes-laboratory-dam/documents/education/RCS_2020/Membranes/Classes/2020_C2_model_equations.pdf
159. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772823424000149
160. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135424009060
161. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestengg.3c00172
162. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8304183/
163. https://www.mdpi.com/2073-4441/13/9/1327
164. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7074137/
165. https://journal.uctm.edu/node/j2015-1/1_Iren_Membrans_p_3-12.pdf
166. https://www.mdpi.com/2077-0375/10/2/33
167. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772421224000072
168. https://www.astm.org/f0316-03r19.html
169. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/bubblepoint
170. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7600232/
171. https://www.researchgate.net/publication/317026927_Molecular_weight_cut-off_determination_of_pressure_filtration_membranes_via_colorimetric_detection_method
172. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738822004914
173. https://theaic.org/pub_thechemist_journals/Vol-94-No-2-articles/Vol_94_No_2_Article-6.pdf
174. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927775798008280
175. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21443169/
176. https://uvadoc.uva.es/bitstream/handle/10324/48930/Porosimetric-membrane-characterization.pdf?sequence=1
177. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0255270121002154
178. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/fouling-layer
179. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916413005158
180. https://www.mdpi.com/2073-4441/10/10/1306
181. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10173465/
182. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7283953/
183. https://www.researchgate.net/publication/261564122_Interaction_mechanisms_and_predictions_on_membrane_fouling_in_an_ultrafiltration_system_using_the_XDLVO_approach
184. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722006660
185. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8002060/
186. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738819327425
187. https://ris.utwente.nl/ws/files/6486241/flux.pdf
188. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916420315435
189. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135425017282
190. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1944398625002528
191. https://www.researchgate.net/publication/228491362_Low_energy_consumption_in_the_Perth_seawater_desalination_plant
192. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916407007552
193. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1944398624184202
194. https://purafy.com/wp-content/uploads/2023/02/Ultrafiltration-as-a-pretreatment-for-seawater-desalination.pdf
195. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0015188209700552
196. https://www.sustainabilitybynumbers.com/p/how-much-energy-does-desalinisation
197. https://www.cell.com/cms/10.1016/j.joule.2024.08.005/attachment/5a2483e4-f28c-4bcf-8aa7-83414225afc1/mmc2.pdf
198. https://www.frontiersin.org/journals/marine-science/articles/10.3389/fmars.2022.845113/full
199. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0025326X20308912
200. https://orbit.dtu.dk/files/318535565/Fayyaz_et_al_SWRO_J_Clean_PRod_2022_postprint.pdf
201. https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=103262
202. https://www.researchgate.net/publication/230073490_Membrane_Gas-Separation_Applications
203. https://www.researchgate.net/figure/Module-permeance-of-carbon-dioxide-nitrogen-and-oxygen-in-Air-Products-PRISM-PA1020_tbl2_346455415
204. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1383586621004159
205. https://netl.doe.gov/sites/default/files/2023-08/Smith%25202001%2520Review%2520of%2520Air%2520Separation%2520Technologies.pdf
206. https://iosrjen.org/Papers/vol2_issue3/V023484495.pdf
207. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10744594/
208. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8778184/
209. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738809004438
210. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738824000747
211. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9025662/
212. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0085253815474071
213. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8954096/
214. https://www.sigmaaldrich.com/CA/en/technical-documents/technical-article/protein-biology/protein-concentration-and-buffer-exchange/protein-sample-ultrafiltration
215. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022354915306742
216. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9985857/
217. https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ees.2022.0254
218. https://www.nature.com/articles/s41598-020-71755-8
219. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1944398625003376
220. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916422001448
221. https://www.sciencedirect.com/science/article/am/pii/S0011916423004034
222. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8620702/
223. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738806008490
224. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12388116/
225. https://www.msrjournal.com/article_241870_1f97f00163a7322d8c398749490c56a8.pdf
226. https://www.kuritaamerica.com/the-splash/membrane-fouling-common-causes-types-and-remediation
227. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916422003307
228. https://www.dupont.com/content/dam/water/amer/us/en/water/public/documents/en/RO-NF-FilmTec-Manual-45-D01504-en.pdf
229. https://awwa.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/j.1551-8833.2003.tb10515.x
230. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916424002157
231. https://www.softprowatersystems.com/blogs/filtration/reverse-osmosis-membrane-lifespan-how-long-do-they-last
232. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135419309868
233. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9030420/
234. https://genesiswatertech.com/blog-post/seawater-ro-operating-costs-analysis/
235. https://www.researchgate.net/publication/367450886_Review_Water_Desalination_Cost
236. https://watereuse.org/wp-content/uploads/2015/10/WateReuse_Desal_Cost_White_Paper.pdf
237. https://docs.nrel.gov/docs/fy23osti/85815.pdf
238. https://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/STUD/2020/658279/IPOL_STU%282020%29658279_EN.pdf
239. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772421223000272
240. https://www.nature.com/articles/s41598-022-25167-5
241. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212371724000210
242. https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%2528ASCE%2529EE.1943-7870.0001604
243. https://asmedigitalcollection.asme.org/energyresources/article/146/8/080801/1199112/Carbon-Footprint-of-Seawater-Desalination
244. https://www.mdpi.com/2077-0375/11/6/377
245. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772823423000209
246. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestengg.5c00282
247. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10383737/
248. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0957582024009431
249. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c05137
250. https://www.nature.com/articles/s41699-024-00462-z
251. https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202511844
252. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343725045403
253. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319390121
254. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301479723003651
255. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/gch2.202500035
256. https://link.springer.com/article/10.1007/s40243-025-00319-5