Designing of ion-imprinted cryogels and their use for heavy metal removal
İyon baskılanmış kriyojellerin tasarımı ve ağır metal uzaklaştırması amacıyla kullanımı
- Tez No: 355625
- Danışmanlar: PROF. DR. SERAP ŞENEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: iyon baskılanmış kriyojel, PHEMA-N-metakriloil-(L)-sistein-Cd(II), PHEMA-N-metakriloil-(L)-aspartik asit-Pb(II)
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
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.
Özet (Çeviri)
Heavy metals generally are toxic for animal and human body. Heavy metals due to stability and resistance to degradation are classified as environmental toxins. Therefore these metals should be removed from wastewaters. Cryogels are polymeric gel matrices. Cryogels generally have interconnected supermacroporos spongy structure, high pore density, and large pores. Due to their large surface area and low flow resistance, they can be used for fast and high capacity separation. Due to specific ion recognitions ion-imprinted cryogels were used as stationary phases in chromatography. Interaction of template molecule to functional monomer with non-covalent interaction is organized and provides solid materials which have functional groups, then by removing of template ions forms template ion specific regions in polymer. In present study, four different ion-imprinted supermacroporose 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA)-based cryogels: [PHEMA-N-methacryloyl-(L)-cysteine-Cd (II), PHEMA-N-methacryloyl-(L)-aspartic acid-Pb(II), magnetic PHEMA-N-methacryloyl-(L)-histidine-Cu (II) and non-magnetic PHEMA-N-methacryloyl-(L)-histidine-Cu (II)], were synthesized. These cryogels were characterized by surface area measurements (BET), swelling tests, scanning electron microscopy (SEM), EDX, and FTIR. The surface areas of ion-imprinted cryogels (106, 43.6, 92.0, and 78.5 m2/g ) were higher than those of non-imprinted cryogels (78.5, 18.6, 47.0, and 29.3 m2/g). These cryogels were used for adsorption of Cd(II), Pb(II) and Cu(II) ions from aqueous solutions, respectively. Adsorption of heavy metals by these cryogels and effects of pH, intial concentration, contact time, temperature on adsorption capacity were examined. The maximum adsorption capacities of the ion-imprinted cryogel membranes were 77.2 mg/g for Cu(II) by Cu(II) ion-imprinted non-magnetic cryogel, 182.7 mg/g by magnetic Cu(II) ion- imprinted cryogel, 86.7 mg/g for Cd(II) by Cd(II) ion-imprinted cryogel, and 122.7 mg/g for Pb(II) by Pb(II) ion-imprinted cryogel, respectively. Heavy metal ions adsorption behavior was examined by Langmuir and Freundlich isotherms. The adsorptions were best fitted by Langmuir isotherms. First and second-order kinetic models were applied for these adsorptions. Pseudo-second order kinetic model was suitable for these adsorptions and indicated that adsorption was chemically controlled. Thermodynamic values (∆Hº, ∆Gº, ∆Sº) were calculated and thermodynamic possibility of adsorption was evaluated. Selectivity studies for ion-imprinted and non-imprinted cryogels were studied. Competitive adsorption studies by eight metal ions (Cu(II), Cd(II), Pb(II), Zn(II), Ca(II), Co(II), Ni(II), Fe(III)) were examined. Adsorption and desorption studies were repeated for three times, and reusability of the cryogels was proved without a significant loss in adsorption capacity. Keyword: ion imprinted cryogel, PHEMA-N-methacryloyl-(L)-cysteine-Cd (II), PHEMA-N-methacryloyl-(L)-aspartic acid-Pb(II), magnetic PHEMA-N-methacryloyl-(L)-histidine-Cu, non-magnetic PHEMA-N-methacryloyl-(L)-histidine-Cu (II)
Benzer Tezler
- Synthesis and sensor appplication of reusable fluorescent uranyl-imprinted polymer gels
Yeniden kullanılabilir uranil-imprint floresan polimer jellerin sentezi ve sensör olarak kullanılması
ELİF GÖKÇE ATÇAKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN GÜNEY
- Metabolit tayinine yönelik biyoesinlenmiş nanomalzemelerin geliştirilmesi ve uygulamaları
Development and applications of bioinspired nanomaterials for metabolite detection
ERDOĞAN ÖZGÜR
Doktora
Türkçe
2016
BiyokimyaHacettepe ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADİL DENİZLİ
DOÇ. DR. LOKMAN UZUN
- Hafızalandırılmış polimerik jellerin spektroskopik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Spectroscopic and electrical properties of imprinted polimeric gels
ESRA ALVEROĞLU DURUCU
Doktora
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR YILMAZ
- Elektrokimyasal sensörlerin tasarımı ve uygulamaları
Başlık çevirisi yok
KADRİYE ARZUM ERDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Eczacılık ve FarmakolojiEge ÜniversitesiAnalitik Kimya Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. E. ŞENGÜN ÖZSÖZ