Geri Dön

Designing of ion-imprinted cryogels and their use for heavy metal removal

İyon baskılanmış kriyojellerin tasarımı ve ağır metal uzaklaştırması amacıyla kullanımı

  1. Tez No: 355625
  2. Yazar: MITRA JALILZADEH
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SERAP ŞENEL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: iyon baskılanmış kriyojel, PHEMA-N-metakriloil-(L)-sistein-Cd(II), PHEMA-N-metakriloil-(L)-aspartik asit-Pb(II)
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    İngilizce

    2018

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ORHAN GÜNEY

  2. Metabolit tayinine yönelik biyoesinlenmiş nanomalzemelerin geliştirilmesi ve uygulamaları

    Development and applications of bioinspired nanomaterials for metabolite detection

    ERDOĞAN ÖZGÜR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    BiyokimyaHacettepe Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ADİL DENİZLİ

    DOÇ. DR. LOKMAN UZUN

  3. Hafızalandırılmış polimerik jellerin spektroskopik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi

    Spectroscopic and electrical properties of imprinted polimeric gels

    ESRA ALVEROĞLU DURUCU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YAŞAR YILMAZ

  4. Üniform su almayı sağlayan yansavakların tasarımı

    Başlık çevirisi yok

    MUSTAFA UZUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1993

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. M. EMİN SAVCI

  5. Elektrokimyasal sensörlerin tasarımı ve uygulamaları

    Başlık çevirisi yok

    KADRİYE ARZUM ERDEM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Eczacılık ve FarmakolojiEge Üniversitesi

    Analitik Kimya Bilim Dalı

    DOÇ. DR. M. E. ŞENGÜN ÖZSÖZ