Synthesis of polymeric chelates with enriched amidoxime groups for the adsorption of heavy metal ions
Ağır metal iyonlarının adsorpsiyonu için amidoksim gruplarınca zenginleştirilmiş polimerik şelat sentezlenmesi
- Tez No: 131112
- Danışmanlar: PROF. DR. OLGUN GÜVEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: N'-dipropionitril akrilamid, radyasyonla başlatılmış aşılama, glisidil metakrilat aşılanmış kumaş, amidoksimasyon, iminodipropionitril ile modifiye edilmiş GMA aşılaması, uranyum ve vanadyum iyonları seçiciliği, N'-dipropionitrile acrylamide, radiation-induced grafting, amidoximation, iminodipropionitrile modified GMA grafts, uranium and vanadium ion selectivity, seawater treatment
- Yıl: 2003
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
ÖZET Metal iyon tutma kapasitesini arttırmak için, tekrarlanan birim başına çift amidoksim grubu içeren yeni bir polimer sentezlenmiştir. Bu amaçla, tezin ilk bölümünde, N.N'-dipropionitril akrilamid (DPAAm) monomeri, 3,3'-iminodipropionitril ve akriloil klorür'ün reaksiyonu ile sentezlenmiştir. Elde edilen monomer daha sonra AIBN başlatıcı olarak kullanılarak etanol içerisinde 70 °C'da polimerleştirilmiş ve % 77 dönüşüm elde edilmiştir. Yeni sentezlenmiş monomer ve polimerin yapısı FT-IR ve termal analiz metodları kullanılarak karakterize edilmiştir. Poli(DPAAm)'nin her monomerik birimde çift asılı amidoksim grupları içeren polimere dönüşmesi için hidroksilamin ile reaksiyona sokulmuştur. Nitril gruplarının amidoksime dönüşümü, FT-IR spektrometrisi ile izlenmiştir. Amidoksimlenmiş polimerin yapısı FT-IR ve termal analiz metodları ile daha detaylı karakterize edilmiştir. Monomer birimi başına çift amidoksim grubu içeren bu yeni polimerik adsorbentin, U, V, Cu, Co ve Ni iyonları için adsorpsiyon özellikleri çok düşük konsantrasyon seviyelerinde (ppb), kesikli işlem ile incelenmiştir. Şelatlaştırıcı amidoksimlenmiş poli(DPAAm), uranyum iyonları gibi vanadyum iyonlarına da yüksek adsorpsiyon kapasitesi göstermiştir. Sulu çözeltilerdeki metal iyonları karışımından seçicilik çalışmalarında, dağılım katsayısı, D, hesaplanarak adsorbentin U ve V iyonlarına aşağıdaki sıra ile yüksek seçicilik gösterdiği tayin edilmiştir: U > V » Cu = Co » Ni. Bu yeni adsorbent ile uranyum ve vanadyum iyonlarının seçimli adsorpsiyonunun nedeni, sert-yumuşak asit-baz (HSAB) etkileşimlerinden dolayı olduğu açıklanabilir. Yeni adsorbentin doğal deniz suyundan uranyum ve vanadyum iyonları adsorpsiyonu da akışkan sistem ile incelenmiştir. Tezin ikinci bölümünde, polietilen kaplanmış polipropilenden yapılmış kumaş yüksek verimli yeni adsorbent hazırlamak için, gövde polimer olarak kullanılmıştır. Gövde polimere aşılanmış zincirlerin tekrarlanan birimi başına çift amidoksim grupları katılması ile metal iyon adsorblama kapasitesinin yükseltilmesi amaçlanmıştır. Gövde polimer, azot atmosferinde 200 kGy dozda elektron demetleri ile ışınlanmış ve glisidil metakrilat (GMA), ışınlanmış kumaş üzerine aşılanmıştır. Aşılama koşulları optimize edilmiş ve GMA ile aşılanmış polimer, 3,3'-iminodipropionitril ile etanol içerisinde 80 °C'da modifiye edilmiştir. Daha sonra ivasık nitril grupları, metanol su karışımı içerisindeki % 6'lık hidroksil aminle amidoksimleştirilmiştir. Tüm polimerik yapılar FT-IR, SEM ve termal analiz metodları kullanılarak karakterize edilmiştir. Uranyum, vanadyum, kurşun, bakır ve kobalt iyonları için amidoksimlenmiş kumaş elyafların adsorpsiyon özellikleri çok düşük konsantrasyon (ppb) seviyesinde kesikli işlemle incelenmiştir. Adsorbent, uranyum ve vanadyum iyonlarına yüksek adsorpsiyon kapasitesi göstermiştir. Sulu çözeltideki metal iyonları karışımından seçicilik çalışmalarında, adsorbentin metal iyonlarına aşağıdaki sıra ile seçicilik gösterdiği bulunmuştur: V > U » Cu £ Pb »Co. Adsorbentin seçiciliği, çalışılan metal iyonları için dağılım katsayısının D, hesaplanması ile tayin edilmiş ve adsorbentin U ve V iyonlarını diğer metal iyonlarından 6 kat daha fazla seçimli adsorpladığı gösterilmiştir. Tezin son bölümünde, amidoksimlenmiş poli(N,N'-dipropionitril akrilamid) (poly(DPAAm)) ve amidoksimlenmiş kumaş elyafın U022+, Pb2+, Cu2+ ve Co2+'ın yüksek konsantrasyonlarında adsorpsiyon özellikleri kesikli prosesle incelenmiştir. Metal iyonları adsorpsiyon çalışmaları değişik metal iyonları çözeltilerinden (100-1500 ppm) yapılmıştır. Amidoksimlenmiş poli(DPAAm)'in, bütün metal iyonları, özellikle uranyum için, amidoksimlenmiş kumaş fiberden daha yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. Poli(DPAAm) ve kumaş elyaf arasındaki adsorpsiyon kapasitesi farkının başlıca sebebinin sentez yönteminden kaynaklandığı düşünülmüştür; poli(DPAAm), N,N'-dipropionitril akrilamid monomerinden doğrudan homopolimer olarak fakat amidoksimlenmiş kumaş elyaf, ilk önce kumaş elyaf GMA ile aşılanmış ve sonra 3,3'-iminodipropionitril ile fonksiyonlaştırılarak elde edilmiştir. Adsorpsiyon çalışmalarının sonuçları, UC*22+ ve amidoksim grupları arasındaki etkileşimlerin Langmuir tipi izotermle uyumlu olduğunu göstermiştir. Langmuir eşitliğinden, adsorpsiyon kapasiteleri, 400 mg U022+/g kuru amidoksimlenmiş poli(DPAAm) ve 180 mg U022+/g kuru amidoksimlenmiş kumaş fiber olarak bulunmuştur. Tekrarlanan birim başına çift amidoksim grupları içeren bu yeni polimerik adsorbentin avantajları, fazla amidoksim gruplarının varlığı ve her bir monomerik birim içerisinde komşu amidoksim grupları arasında dietilen ara birimlere sahip olmasıdır. Bu özellikler, bu yeni adsorbenti, tekrarlanan birim başına yalnız bir amidoksim grubu içeren geleneksel adsorbentlefeıl^ötif^^stemler^^irfTietaliyonları adsorpsiyonu için çok daha etkili yapmıştır. Literatürden, bu yeni adsorbentin tekrarlanan birim başına tek amidoksim grubu içeren diğer adsorbentlerden, özellikle uranyum iyonları için, daha yüksek tutma kapasitesine sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT A novel polymer containing double amidoxime groups per repeating unit is synthesized to enhance the metal ion uptake capacity. For this purpose, in the first part of this thesis, N,N'-dipropionitrile acrylamide (DPAAm) monomer was synthesized by the reaction of 3,3'-iminodipropionitrile and acryloyl chloride. The monomer obtained was later polymerized by using AIBN as initiator in ethanol solution at 70 °C and 77 % conversion was obtained. The newly synthesized monomer and polymeric structure were characterized by FT-IR and thermal analysis methods. The polymer was reacted with hydroxylamine to afford a polymer containing two pendant amidoxime groups in each monomeric unit. The conversion of nitrile groups to amidoxime was followed by FT-IR spectrometry. The structure of amidoximated polymer was further characterized by FT-IR and thermal analysis methods. The adsorption properties of this new polymeric adsorbent containing double amidoxime groups per monomeric unit for U, V, Cu, Co and Ni ions were investigated by a batch process at very low concentration levels (ppb). The chelating amidoximated poly(DPAAm) showed high adsorption capacity for uranium ion as well as vanadium ion. In selectivity studies from mixture of metal ions in aqueous solutions, the adsorbent showed high selectivity for U and V ions in the following order: U > V »Cu = Co » Ni as determined by calculating corresponding distribution coefficients D. The reason for selective adsorption of uranium and vanadium by this new adsorbent was explained to be as due to hard soft acid-base (HSAB) interactions. The adsorption of uranium and vanadium ions from natural seawater for new adsorbent was also examined by flow through mode. In the second part of this thesis, a non-woven fabric made of polypropylene coated with polyethylene was used as the trunk polymer in the preparation of a highly efficient new adsorbent. Metal ion uptake capacity has been aimed to be increased by introducing double amidoxime groups per repeating unit of the chains grafted to trunk polymer. The base polymer was irradiated by electron beams at a dose of 200 kGy under N2 atmosphere and glycidyl methacrylate (GMA) was grafted onto irradiated nonwoven fabric. Grafting conditions were optimized, and GMA grafted polymer was modified with 3,3'-iminodipropionitrile in ethanol at80 °C. Pendant nitrile groups were then amidoximated by using 6 % hydroxylamine in methanol-water mixture (1:1). The all-polymeric structures were characterized by using FT-IR, SEM and thermal analysis methods. The adsorption properties of amidoximated nonwoven fabric for uranium, vanadium, lead, copper and cobalt ions were investigated by a batch process at very low concentration levels (ppb). The adsorbent showed enhanced adsorption capacity for uranium and vanadium ions. In adsorption studies from a mixture of metal ions in aqueous solutions, the adsorbent showed selectivity for metal ions in the following order: V > U »Cu > Pb »Co. The selectivity of the adsorbent has been determined by calculating the distribution coefficient D, for the metal ions studied which showed that U and V ions were up to 6 times more selectively adsorbed onto the polymer than the other metal ions. In the last part of this thesis, the adsorption properties of amidoximated poly(N, N'- dipropionitrile acrylamide) (poly(DPAAm)) and amidoximated non woven fabric for U022+, Pb2+, Cu2+ and Co2+ at high concentration levels were investigated by batch process. Metal ion adsorption studies were conducted from different metal ions solutions (100-1500 ppm). It was shown that amidoximated poly(DPAAm) has a higher adsorption capacity than amidoximated nonwoven fabric for all metal ions especially uranyl ions. It was considered that the main reason of this adsorption capacity difference between poly(DPAAm) and nonwoven fabric stem from the synthesis procedure; poly(DPAAm) was obtained as a homopolymer directly from N,N'-dipropionitrile acrylamide monomer but the amidoximated nonwoven fabric firstly grafted with GMA (glycidyl methacrylate) and then functionalized with 3,3'-iminodipropionitrile. The results of the adsorption studies showed that the interaction between UC>22+ and amidoximated groups agree with Langmuir type isotherm. From the Langmuir equation, the adsorption capacities were found as 400 mg UC>22"7g dry amidoximated poly(DPAAm) and 180 mg U022+/g dry amidoximated nonwoven fabric. The advantages of these new polymeric adsorbents containing two amidoxime groups per repeating unit are the presence of excess amidoxime groups and an additional diethylene spacer units between the neighboring amidoxime groups ineach monomeric unit. These properties make the new adsorbent more accessible for the adsorption of metal ions in aqueous systems than the conventional adsorbents having only one amidoxime group per repeating unit. From the literature, it was concluded that these new adsorbents have a higher uptake capacity for especially uranyl ion than the other adsorbents containing single amidoxime group per repeating unit.
Benzer Tezler
- Bisbal'un streptococcus pyogenes bakterisi üzerine inhibisyon etkisi ve bisbal içeren membranlar ile aktif çamur filtrasyonu
Inhibition effect on streptococcus pyogenes bacteria of Bisbal and activated sludge filtration with membranes containing bisbal
GAMZE DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SÜLEYMAN ÖVEZ
- Çapraz bağlı polimerlerin sentezi ve iyon seçimliliklerinin incelenmesi
Synthesis of crosslinked polymers and investigation of ion-selectivity
ALİ KARA
- Meme kanseri tedavisinde doksorubisin yüklü melanin nanoparçacıkların kullanımı
Doxorubicin loaded melanin nanoparticles for breast cancer therapy
BUŞRA ÖZLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET MUTLU
- Difenilmetilamin'den yeni ftalosiyanın vic-dioksim ve komplekslerinin sentezi
Synthesis of new phthalocyanine, vic-dioxime and complexes starting with diphenylmethylamtne
MEHASİN GÜNEŞ