Designing of ion-imprinted cryogels and their use for heavy metal removal
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MITRA JALILZADEH
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): SERAP ŞENEL
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Genelde ağır metaller insan ve hayvan vücudu için toksik madde olarak tanımlanmışlardır. Ağır metaller dayanıklılık, kararlılık ve kimyasal bozunmaya karşı direnç göstermek gibi özellikleri nedeniyle, çevresel toksinler olarak sınıflandırılmışlardır. Bu nedenle ağır metaller su kaynaklarından uzaklaştırılmalıdır. Kriyojeller, polimerik jel matrikslerdir. Kriyojeller genellikle birbiriyle bağlı süpermakrogözenekli süngerimsi bir yapıya, yüksek gözenek yoğunluğuna ve geniş gözeneklere sahiptirler. Geniş yüzey alanı ve düşük akış direnci sağladıklarından, yüksek kapasitede hızlı ayırma özelliğine sahiptirler. İyon baskılanmış kriyojeller spesifik iyon tanıma özeliği nedeniyle kromatografide sabit faz olarak kullanılırlar. Kalıp iyon etrafında fonksiyonel monomerlerin kovalent olmayan etkileşimlerle organize edilmesi ve kimyasal fonksiyona sahip katı malzemelerin oluşturulması sağlanır. İşlem sonrasında kalıp iyonun uzaklaştırılması ile yapıda kalıp iyona özgü bölgeler oluşmuş olur. Bu çalışmada, dört farklı iyon baskılanmış süpermakrogözenekli 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) bazlı kriyojeller [PHEMA-N-metakriloil-(L)-sistein-Cd(II), PHEMA-N-metakriloil-(L)-aspartik asit-Pb(II), manyetik PHEMA-N-metakriloil-(L)-histidin-Cu(II) ve manyetik olmayan PHEMA-N-metakriloil-(L)-histidin-Cu(II)], sentezlenmiştir. İyon baskılanmış kriyojeller yüzey alanı ölçümleri (BET), şişme testleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), EDX ve FTIR çalışmaları ile karakterize edilmiştir. İyon-baskılanmış kriyojellerin yüzey alanları (106, 43.6, 92.0, ve 78.5 m2/g) iyon-baskılanmamış kriyojellerin yüzey alanlarından (78.5, 18.6, 47.0, ve 29.3 m2/g) daha yüksekdirler. Bu kriyojellere, sırasıyla sulu çözeltilerden Cd(II), Pb(II) ve Cu(II) iyonlarının adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ağır metal iyonlarının iyon baskılanmış kriyojel membranlar ile adsorpsiyonuna pH'ın, ağır metal derişiminin, adsorpsiyon süresinin ve sıcaklıklığın etkisi incelenmiştir. İyon-baskılanmış kriyojel membranların maksimum adsorpsiyon kapasiteleri Cu(II) için 77.2 mg/g Cu(II) iyon-baskılanmış kriyojelle, 182.7 mg/g Cu(II) için Cu(II) iyon- baskılanmış manyetik kriyojelle, 86.7 mg/g Cd(II) için Cd(II) iyon-baskılanmış kriyojelle, ve 122.7 mg/g Pb için Pb(II) iyon-baskılanmış kriyojelle elde edilmişdir. Ağır metal iyonlarının adsorpsiyon davranışları Langmuir ve Freundlich izotermleri kullanarak incelenmiştir. Sonuçların Langmuir izotermiyle uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Birinci ve ikinci derece kinetik modelleri bu adsorpsiyonlar için uygulanmıştır. Sözde-ikinci derecenin bu adsorpsiyonlar için daha uygun olduğu ve adsorpsiyonların kimyasal kontrollü olduğu gösterilmiştir. Termodinamik parametreler (∆Hº, ∆Gº, ∆Sº) bu adsorpsiyonlar için hesaplanmış ve adsorpsiyon proseslerinin olasılığı, termodinamik değerlere göre incelenmiştir. Seçicilik çalışmaları, iyon baskılanmış ve baskılanmamış kriyojellerle gerçekleştirilmiştir. Yarışmalı adsorpsiyon çalışmaları, sekiz metal iyonunun bulunduğu çözeltide (Cu(II), Cd(II), Pb(II), Zn(II), Ca(II), Co(II), Ni(II), Fe(III)) yapılmıştır. Adsorpsiyon ve desorpsiyon işlemi üç kez art arda tekrarlanmıştır ve kriyojel membranların adsorpsiyon kapasitesinde önemli bir kayıp olmadan tekrar kullanım için uygun olduğu gözlemlenmiştir. Anahtar kelimeler: iyon baskılanmış kriyojel, PHEMA-N-metakriloil-(L)-sistein-Cd(II), PHEMA-N-metakriloil-(L)-aspartik asit-Pb(II), manyetik PHEMA-N-metakriloil-(L)-histidin-Cu(II) ve manyetik olmayan PHEMA-N-metakriloil-(L)-histidin-Cu (II).