Preparation of cross-linked poly (styrene) based resin amidated by staudinger reaction, modification with iminopropylene glycole and removal of the boron from aqueous solutions
Staudinger reaksiyonu ile aminlenmiş çapraz bağlı poli (stiren) esaslı reçinenin hazırlanması iminopropilen glikol ile modifikasyonu ve borun sulu çözeltilerden giderilmesinde kullanılması
- Tez No: 510273
- Danışmanlar: PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Bor, periyodik tablodaki 3A grubunda yer alan, atom numarası 5 ve atom kütlesi 10,8 g olan elementtir. Kütle numaraları 10 ve 11 olan iki kararlı izotopu bulunur. Sırasıyla doğada yüzde 18,98 ve 81,02 oranında bulunur. Bor, periyodik tablodaki 3A grubundaki en yüksek iyonlaşma enerjisine sahip tek ametaldir. Bor toprakta, kayada, suda kısaca yer kürede yaygın olarak bulunan elementtir. Bor, tatlı sularda 0,01-1,5 ppm, deniz suyunda 0,5-9,6 ppm ve toprakta ise 10-20 ppm arasında bulunur. Genellikle, bor doğada serbest halde değil, başka elementlerle bileşikleri halinde bulunur. Farklı ve birçok sayıda bor-oksijen bileşimleri bulunmaktadır. Çünkü bor, oksijen karşı aktivitesi oldukça yüksektir. Bu borun oksitlerin alkali ve toprak alkali metalleri ile bileşimlere borat denir. Doğada 250 çeşitten fazla bor minareli bulunur. Bu bileşiklerin en yaygın olanları kernit, pandermit, kolemanit, üleksit, borik asit, boraks, sodyum perborat, boranlar, sodyum bor hidrür ve sodyum metaborattır. Ülkemiz dünya üzerinde bulunan bor minerallerinin yaklaşık olarak % 72'lik kısmına sahiptir. Ülkemizden sonra Çin, Rusya ve ABD gelmektedir. Türkiye'de bulunan başlıca bor yatakları ise Balıkesir, Kütahya, Bursa ve Eskişehir'de bulunmaktadır. Bor madenlerini işletmek için tesislerin bulunduğu yerler: Kırka (Eskişehir), Emet (Kütahya), Bigadiç (Balıkesir) ve Kestelek (Kütahya). Dünyada bor ürünlerini tüketen sanayi dallarını genel olarak 5 ana gruba ayırmak mümkündür: cam endüstrisi, sabun ve deterjan endüstrisi. sır ve emaye endüstrisi, ziraat endüstrisi ve diğer kullanım alanları. Bor madeni, camda oluşabilecek olan çiziklere karşı dayanıklılık, darbelere karşı dayanıklılık, yansıtma özelliğini arttırma, ışığı kırma özelliğini arttırma, çabuk eriyebilme özelliği, ısıya dayanıklılık tarzında özellikler katar. Sabunlar ve deterjanlara katılan bor madeni yumuşatıcı ve onlarca mikrobu yok edici bir özellik katar. Sodyum perborat ile beyazlatıcı etki katarken, boraks dekahidrat ile yumuşatıcı bir etki sağlamaktadır. Bor madeni özellikle emaye yapımında kullanılır. Emayelerin doyma ısılarını ve akışkanlıklarına katkı sağlar. Emayelerin yapılarına genel olarak sulu boraks katılmaktadır. Emaye metalinin paslanmasının önüne geçer. Mutfak eşyalarından, kimyaya ve silah yapımı gibi birçok alanda fayda sağlamaktadır. Bitkilerin farklı olan oranlarda besin maddesini bor oluşturur. Bundan kaynaklı olarak gübrelerin yapısına bor madeni katılarak verimlilik kazandırır. Şeker pancarı, zeytin, pamuk, tütün, kahve tarzındaki bitkiler için, boraks pentahidrat ve susuz boraks içermekte olan gübreler kullanılır. Uygun olan miktarlarda ve uygun olan çeşitlerde bor madenleri bitkilerin yaprak ve köklerin gelişmesine katkı sağlar. Tüm bu olumlu etkilerine rağmen, canlıların yaşamsal faaliyetleri için borun alımı için optimum bir değer vardır. Canlı tarafından yüksek konsantrasyona sahip borun alınması zararlı etkiler ile sonuçlanmaktadır. Hatta aşırı dozda bora maruz kalındığında ölümcül etkiler gözlenmektedir. Borun sanayide yaygın kullanımı sebebiyle endüstriyel atık sularında bulunan bor konsantrasyonu Dünya Sağlık Örgütü'nün belirlediği limitin üstünde bulunmaktadır. Fazla bor konsantrasyonuna sahip atık suyun döküldüğü yerde yaşayan canlılar üzerinde olumsuz etkisi bulunmaktadır. Aynı zamanda bu atık sular sulamada kullanıldığında bitkiler için ve içme suyu olarak kullanıldığında insanlar için zararlı olacaktır. Bu sebeplerle atık suda bulunan borun hepsini gidermek veya mevcut konsantrasyonu limitlerin altına düşürmek gerekmektedir. Sulardan ve atık sulardan borun giderimi için iki amaç vardır. Birincisi borun geri kazanımı ve giderilmesidir. Aynı zamanda çevre kirliliğini önleyerek borun uzaklaştırılması ile atık suların değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Atık sulardan borun arıtılması kolay bir prosedür değildir. Borun giderimi için birçok yöntem vardır. Temel yöntemler arasında ultrafiltrasyon, ters osmoz, iyon değişimi, koagülasyon-çöktürme, ekstraksiyon, elektrodiyaliz ve adsorpsiyon bulunur. Diğer yöntemler ile karşılaştırıldığında, adsorpsiyon düşük maliyeti, yüksek verimliliği ve kolay uygulanabilir olması ile avantaja sahiptir. Adsorpsiyonda kullanılan reçinelerin yapısında cis pozisyonunda hidroksil grupların varlığı sayesinde borat-diol kompleksleri meydana gelerek borun arıtılması için yüksek seçimliliğe sahiptir. Atom, iyon ya da moleküllerin bir katı yüzeyinde tutulmasına adsorpsiyon, tutunan taneciklerin yüzeyden ayrılmasına desorpsiyon, katıya adsorplayıcı (adsorbent), katı yüzeyinde tutunan maddeye ise adsorplanan (adsorben) adı verilir. Bu yüzey olayı, adsorben ve adsorbent arasındaki elektrostatik etkileşiminden, Van Der Waals çekiminden ya da kimyasal yapıdan kaynaklanır. Adsorbenin ve adsorbentin kimyasal yapısı, adsorbentin gözenekliliği ve yüzey alanı, pH, sıcaklık ve basınç gibi ortam koşulları adsorpsiyonu etkileyen unsurlardır. Adsorpsiyonda polimer reçinelerin kullanılmasında kolaylık sağlar. Polimerin modifiye edilerek kimyasal ve fiziksel özellikleri değiştirilebilirken tekrar kullanabilmesi de avantajdır. Bu çalışmada borun sulu çözeltilerden arıtılması için adsorpsiyon metodu kullanılmıştır. İlk önce, süspansiyon polimerizasyonu ile çapraz bağlı poli vinil benzil klorür elde edilmiştir. Bu polimer sodyum azid ile modifiye edilmiştir. Azitlenmiş polimere Staudinger reaksiyonu ile amin grubuna sahip reçine elde edilmiştir. Bor için seçici olan bu reçinenin hazırlanmasındaki son adım ise aminlenmiş reçinenin glisidol ile modifiye edilmesidir. Fourier-dönüşümlü Infrared Spektometri (FT-IR) sayesinde, elde edilen adsorbent karakterize edilmiştir. Böylelikle adsorbent üzerindeki fonksiyonel grupların bor seçiciliği için önemi belirlenmiştir. Reçinenin içerdiği toplam amin miktarı 3,75 mmol/g reçine olarak bulunmuştur. Deneysel çalışmaları yürütebilmek için, elde ettiğimiz reçinenin optimum bor tutma kapasitesi için miktarı belirlenmiştir. Miktarları 0,05 ile 0,20 g arasında değişen reçineler ile 0,483 M borik asit etkileşiminden sonra, deneysel veriler ile optimum adsorbent ağırlığının 0,1 g olduğu gösterilmiştir. Takiben, bor tutma kapasitesi belirlenmiştir. Bunun için, konsantrasyonları 0,05 ile 0,485 M arasında değişen borik asit çözeltileri ile optimum belirlenen miktarda reçine ile etkileştirilmiştir. Kapasite konsantrasyon arttıkça artarken 0,485 M'da sabit kaldığı gözlenmiştir. Reçinenin bor tutma kapasitesi 3,727 mmol/g olarak belirlenmiştir. Ardından, tuz derişiminin, bor tutma kapasitesi üzerinde etkisi gözlenmiştir. Konsantrasyonları 0,05 ile 1,0 M arasında değişen sodyum klorür çözeltileri borik asit ile hazırlanmıştır. 0,1 g reçine ile etkileşiminden sonra tuz konsantrasyonu arttıkça azaldığı tespit edilmiştir. Bunun yanında, ortamda Mg+2 ve Ca+2 gibi metal iyonlarının varlığında reçinenin bor tutma kapasitesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. 0,1 g reçine ile borik asite göre 0.485 M, Mg+2 ve Ca+2'a göre 0.14 M olan çözeltiler etkileştirilmiştir. Bu iyonların varlığında bor tutma kapasitesinin tolere edilebileceği gözlemlenmiştir. Aynı zamanda, 0,1 g reçine ile 0,485 M borik asit çözeltileri ortamdaki farklı pH değerleri ile çalışılmıştır. Çözeltinin pH aralığı 2 ve 8 arasında değiştiğinde bor tutma kapasitesi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bor tutma kapasitesinin farklı pH ortamlarında maksimum 3,86 olduğu gözlemlenmiştir. Çalışmanın diğer kısmı ise adsorpsiyon izotermleri ilgilidir. Adsorpsiyon için Langmuir, Freundlich ve Tempkin izoterm modelleri uygulanmıştır. Reçinenin bor tutma davranışı Freundlich izoterm modeline uygun olduğu gözlenmiştir. Buna ek olarak, düşük konsantrasyona sahip bor varlığında reçinenin bor tutma kapasitesindeki değişim incelenmiştir. Bu deney ise bize reçinen bor adsorpsiyon hızı hakkında bilgi vermektedir. Reçinenin kinetik davranışını belirlemek için yalancı birinci dereceden, yalancı ikinci dereceden ve parçacık içi difüzyon kinetik modelleri uygulanmıştır. Deneysel veriler incelendiğinde bor adsorpsiyonun yalancı ikinci derecen kinetik modeline uyduğu gözlemlenmektedir. Bor tutan reçinelerin endüstriyel kullanımda önemli bir yere sahiptir. Bu sebeple, reçinenin rejenerasyonu ile ilgili desorpsiyon özelliği de incelenmiştir. 3,57 mmol/g borik asidin reçineden desorpsiyonu gözlenmiştir. Bunun yanı sıra, reçinenin yeniden kullanabiliyor oluşunu incelemek için desorbe edilen reçine bor ile etkileştirilmiştir. Rejenerasyonu incelenen reçinenin tekrar kullanım için uygun olduğu tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Boron is the fifth lightest element in the periodic table and just one place before carbon. It is the only non-metallic element of group III. Although boron is broadly dispersed in geosphere, it is found as low concentration. Boron salts and boric acid are widely used in industry production of porcelain, glass, carpets, cosmetics, fire-retardant fabrics, weather proofing wood and photographic chemicals. Moreover, boron is a crucial element for system of living organism. However, excessive boron has drawback effects on humans, animals and plants. To keep it up healthy levels, the World Health Organization (WHO) has set a boundary of 2.4 mg/L of boron in potable water. Subsequently, removal of boron from wastewater is crucial issue. Removing of boron from wastewaters and waters has no simple procedures. There are numerous method for the removal of boron that are precipitation-coagulation, adsorption on active carbon or polymeric resins, cellulose or clay minerals, solvent extraction, use of boron selective resins, membrane filtration, ion exchange with basic exchanger and adsorption on oxides. Adsorption as a removing of boron compound from water sources is the best in terms of low cost, effective and easily applicable method when it is compared with the other methods. To begin with part of this study, cross-linked poly (vinyl benzyl chloride) (PVBC) resin was prepared by suspension polymerization. PVBC was modified with sodium azide. Then, amination of the resin was provided by Staudinger reaction. The last part of preparation of boron selective resin is modification of aminated resin with glycidole. The resin was characterized thanks to Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) in order to understand importance of functional groups for boron selectivity. Total amine content of was determined as 3.75 mmol/g sorbent. In the second part of this study, boron sorption experiments were carried with modified resin. Effect of different boron concentration was researched for the resin. Maximum boron loading capacity of the IPG-resin was found 3.727 mmol per gram sorbent. Moreover, effect of salt and foreign ion such as Ca+2 and Mg+2 on boron sorption capacity was investigated. In addition, capacities of boron sorption were considered with varying pH value between 2.0-8-0. The last of part of this study, sorption isotherm models that Freundlich, Langmuir and Tempkin, were examined for maximum sorption capacity of resin. Furthermore, kinetics of boron sorption was studied with the similar concentration of seawater. Pseudo first order, pseudo second order and intra-particular diffusion kinetics models were applied in order to understand of efficiency of the resin. Besides, regeneration of the resin was examined. Amount of boric acid, which was recovered of the loaded resin, is 3.57 mmol/g. It was indicated that the resin has ability of desorption almost entirely.
Benzer Tezler
- Atık polietilentereftalattan özel blok kopolimerler ve çevre dostu alkid reçine üretimi
Production of special block copolymers and environmental friendly alkyd resins from PET wastes
OĞUZ MECİT
- Polimer mikro küreleri üzerinde polianilin sentezi ve amin, amino asit immobilizasyonunda kullanımı
Preparation of pani coated polymer microspheres and their use as michael acceptor for direct immobilization of amines and amino acids
HASAN ONUR ERDEM
- Preperation of new polymeric sorbents for removal of heavy metal ions from aqueous solutions
Sulu çözeltilerin ağır metal iyonlarının ayrılması için yeni polimerik sorbentlerin hazırlanması
ERDEM YAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ ŞENKAL
- Polietilen glikol ve Hint yağı temelli şekil hafıza özelliği gösteren poliüretan filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polyethylene glycol and castor oil based-shape memory polyurethane films
MİREY BONFİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. F. SENİHA GÜNER
- Preparation of acrylate and sulfonamide based polymeric sorbents for separation of biomolecules
Biyomoleküllerin ayrılması için sülfonamid ve akrilat bazlı polimerik sorbentlerin hazırlanması
ERDEM YAVUZ
Doktora
İngilizce
2010
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. B.FİLİZ ŞENKAL
PROF. DR. M.YAKUP ARICA