Preparation of urethane modified poly(styrene) based resin for removal of phenol
Fenol giderilmesi için poli(stiren) bazlı modifiye üretan reçinelerinin haırlanması
- Tez No: 517636
- 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: 78
Özet
Su insanlar için başlıca yaşam kaynağıdır. Bu sebeple insanlar doğal ortamda su kaynaklarının kalitesinden etkilenir. Güvenli ve sağlıklı bir yaşam sürdürebilmek için, herkes tarafından tüketilen suyun zararlı kimyasal maddelerden arındırılmış olması gerekir. Su arıtma tesisleri ve özel kuruluşlar tarafından çevreye salınan su, düzenli olarak kontrol edilmeli ve istenildiğinde erişilebilir olmalıdır . Bu nedenle, arıtılmış sular sağlıklı bir yaşamı garanti etmek için zararlı bileşiklerden arınmış olmalıdır. Bu sebepten dolayı, suyun kirleticilerden arınmış olmasını sağlamak için standartlara sahip ve güvenli su tüketimini mümkün kılan çevre kurumları vardır. Su arıtma, düşük seviyeli kirletici maddelerin belirlenmesini içeren yeterli analiz ve izleme gerektirir. İçme suyunda bulunan maksimum kirletici seviyesi insan yaşamına zarar vermeyecek kadar küçük olmalıdır. Bu nedenle, kirletici maddelerin miktarını belirlemek için kullanılacak olan analitik yöntemler önemlidir. Daha sıkı yönetmeliklerle karşı karşıya kalındığında, su kirliliği de çoğu sanayi sektörü için kayda değer bir kaygı kaynağı ve öncelik haline gelmiştir. Suyu en çok kirleten maddelerden biri de fenoldür. Fenol ve türevleri suda bulunan doğal zararlı maddelerdir. Fenoller, aromatik halkaya bağlı bir ya da daha fazla hidroksil grubu içeren aromatik bileşenlerdir. Fenol bir benzen türevidir. Bu sebeple fenoller karbolik asit ya da hidroksi benzen olarak da bilinmektedirler. C6H5OH fenolün kimyasal formülüdür ve yaspısında fenil halkasına bağlanmış en az bir hidroksil grubu bulundurur. Suda ve organik çözücülerde çözünen, renksiz, karakteristik bir kokuya sahip kristalimsi bir maddedir. Fenoller eritildiğinde şeffaf olmalarına rağmen, hava ile teması olursa pembe rengini almaktadırlar. Fenoller, alkollere benzer ancak daha güçlü hidrojen bağları oluştururlar. Böylece, suda alkollerden daha fazla çözünebilir ve kaynama noktaları da alkollerden daha yüksektir. Phenol, 19. yüzyılın başlarında çoğunlukla kömür katranından hazırlanmıştır. Şu anda, küçük miktarlarda fenol hala kömür katranından elde edilmektedir. Fenol talebi, 20. yüzyılda fenolik reçinenin (Bakalit) ticarileşmesiyle önemli ölçüde artmıştır. Hock Prosesi, İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra gelişen ve popüler hale gelen fenol prosesidir. Bu proses, zamanımızda, fenol üretimi için en çok tercih edilen yoldur. Reaksiyon sonunda yan ürün olarak aseton da elde edilir. Hammadde olarak tolueni kullanan ana ticari tesisler 1960'larda başlatıldı ancak, günümüzde, fenolün ticari üretimi toluenden elde edilmemektedir. Fenoller, pestisitler, böcek öldürücüler, herbisitler ve sentetik ürünler gibi ürünlerin üretimi için birçok endüstriyel faaliyette kullanılmaktadır. Belirli miktarda fenol içeren böcek ilacı ve ahşap koruyucular, en düşük konsantrasyon seviyelerinde bile önemli sağlık zararlarına yol açabilir. İnsanlarda fenolün solunmasından kaynaklanan bazı zararlı etkilerin gözüktüğü rapor edilmiştir. Fenolün kısa süreli etkileri arasında solunum enfeksiyonu ve gözlerin yanması yer alır. Yüksek fenol maruziyetinin kronik etkileri kas ağrılarına, zayıf noktalara, kilo kaybına neden olur. Uzun süreli düşük düzeyde maruziyetin etkileri, kanserlerde artışa ve bağışıklık sistemi üzerindeki etkilere neden olur. Fakat fenolün direkt olarak kansere sebebiyet verdiğine dair bir kanıt bulunamamıştır. Bu sebeple, kullanılan çevresel ve biyolojik örneklerde bulunan fenollerin ve fenol türevlerinin farkında olmak önemlidir. Fenolün atık sudan uzaklaştırılması için birçok farklı teknik kullanılmaktadır. Bu yöntemlerden biri de adsorpsiyondur. Adsorpsiyon, gaz veya sıvı parçacıkların katı veya sıvı bir yüzeye tutunması olayıdır. Burada yüzeye tutunan atomik veya moleküler haldeki maddeye adsorbat adı verilirken, tutunulan yüzey ise adsorban olarak adlandırılır. Adsorbat ve adsorban molekülleri arasında elektrostatik etkileşim, Van der Waals etkileşimi yada kimyasal etkileşim yoluyla gerçekleşmektedir. Gözeneklilik, yüzey alanı, adsorbentin ve adsorbatın kimyasal yapısı, basınç, sıcaklık, ortamın pH değeri gibi etkenler, adsorpsiyonu etkileyen faktörlerdir. Polimerik adsorban kullanılması sentez ve adsorpsiyon aşamasında avantaj sağlar. Örneğin sentez aşamasının görece pratikliği, kolaylıkla tekrar kullanılabilmesi, şekillerinin uygun formlarda olması, gözenekli veya gözeneksiz olabilmesi bunlardan bazılarıdır. Adsorpsiyon kendi içerisinde fiziksel adsorpsiyon, kimyasal adsorpsiyon ve elektrostatik adsorpsiyon olmak üzere üçe ayrılır.Bu yöntemlerden en çok tercih edileni fiziksel adsorpsiyondur. Fiziksel adorpsiyon düşük maliyeti sebebiyle tercih edilmektedir. En işlevli adsorpsiyon yöntemi ise üç adssorpsiyon türünün birlikte kullanılması ile edilmektedir.Adsorpsiyon işlemindeki yüksek maliyet ve bertaraf sorunları nedeniyle, fenol taşıyan atıksuların işlenmesi için bu geleneksel tekniklerin pek çoğu, tekstil ve kağıt endüstrilerinde geniş çapta yaygın olarak uygulanmamıştır. Fenolik bileşiklerin adsorpsiyonlarının üç mekanizması vardır; π-π dispersiyon etkileşimi, elektron verici-alıcı kompleks oluşumu ve hidrojen bağı oluşumu. Bu çalışmada fenolün sudan giderilmesi için adsorpsiyon yöntemi kullanılmıştır. Fenolün sudan adsorpsiyonu için iki tip polimerik reçine hazırlanmıştır. Bu çalışmanın ilk bölümünde, Çapraz bağlı sülfonamid (Resin1) ve sülfonamid-üretan (Resin2) fonksiyonel reçineler başarıyla hazırlandı ve FTIR kullanılarak karakterize edildi. Fenolün farklı koşullar altında her iki işlevselleştirilmiş reçineye adsorpsiyon davranışları araştırılmıştır. Reçine 1 sentezi için ilk olarak çapraz bağlı polystiren sentezlenmiştir. Çapraz bağlı polistiren damlacıkları süspansiyon polimerizasyonu metodu ile 54 ml, 0.48 mol stiren ve 10 ml, 0.038 mol DVB in karıştırılması ile elde edilmiştir. Çapraz bağlı polistiren sentezinde 60 ml toluen porogen olarak, gum-arabic ise stabilize edici olarak kullanılmıştır. Karışım süzüldükten sonra su ve seton ile yıkanmışıtır. Daha sonra vakum ile 24 saat kurutulmuştur. Kurutulma işleminden sonra analitik yöntemler ve FTIR spekstroskopisi yardımı ile karakterize edilmiştir. Daha sonra çapraz bağlı Stiren-DVBreçineleri kloro sulfonik asit kullanıarak klorosulfonlamıştır. Klorosülfonlama işlemenin derecesini ölçmek amacıyla klorür iyonlarının karakterizasyonu yapılmıştır. Sülfonamid içeren reçineler (reçine1) elde etmek amacı ile Klorosülfonlamış çapraz bağlı stiren-DVB polimerleri 6 ml etanolamin ile DMF içerisinde 00C de 24 saat karıştılmıştır. Karışım süzüldükten sonra su ve aseton ile yıkanmıştır. Daha sonra vakum ile 24 saat boyunca kurutulmuştur. Kurutulma işleminden sonra analitik yöntemler ve FTIR spektroskopisi yardımı ile karakterize edilmiştir. Üretan bağı içeren çapraz bağlı polimerin eldesi, 5 g sulfonamid içeren fonksiyonel polimer ile butilisosiyanatın DMF içerisinde 600C de yirmidört reaksiyona sokulması ile gerçekleşmektedir. Bu reaksiyonda dibutil tin laurat katalizör olarak kullanılmaktadır. Reaksiyon sonunda, reaksiyon karışımı süzülür, su ve aseton ile yıkanmaktadır. Daha sonrasında ise vakum ile 24 saat kurulmuştur. Kurutulma işleminden sonra analitik yöntemler ve FTIR spekstroskopisi yardımı ile karakterize edilmiştir. Daha sonra, Reçine2, Reçine1'in dimetil formamid (DMF) çözeltisi içinde bütil izosiyanat ile reaksiyonundan elde edilmiştir. Reçine1 ve Reçine2 analitik yöntemler ve FT-IR kullanılarak karakterize edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, fenol adsorpsiyonu çalışmaları için, Reçine1 ve modifiye edilmiş olan Reçine2 kullanılarak deneysel ölçümler yapılmıştır. İlk olarak katı / sıvı oranı ve fenol konsantrasyonunun, adsorpsiyon dengesi üzerinde önemli etkileri araştırılmıştır.Bu araştırma için farklı miktarlarda (0,25 g, 0,75 g, 0,1 g, 0,125 g) 10 reçine numuneleri (Reçine 1 ve Reçine 2) ml 0,5 M fenol çözeltisi ile 1 gün boyunca karıştırılmıştır. Karışım süzüldükten sonra UV kullanılarak ölçülmüştür. Daha sonra, Farklı konsantrasyonlardaki reçinelerin fenol adsorpsiyon kapasiteleri bir parti sisteminde belirleniştir. Reçinelerin fenol adsorpsiyon kapasiteleri, 0.1 g polimer numunelerinin (reçine1 ve reçine2) 10 mL farklı konsantrasyonda fenol çözeltileri (0.5 M, 0.35 M, 0.25 M, 0.1 M, 0.05 M, 0.025 M ve 0.01 M) ile 1 gün boyunca karıştırılıp daha sonra süzülmesi ile elde edilmiştir. Fenol yükleme kapasiteleri, çözeltilerin başlangıç ve bitiş fenol içeriklerinin UV cihazı ile ölçülüp karşılaştırılmasıyla hesaplanmıştır. Sonuçlar, polimerik sorbentlerin fenol için yüksek sorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir. Reçine 2, fenolü bağlayabilen her iki grubu da içerdiğinden (sülfonamid ve üretan fonksiyonel grupları) daha yüksek bir adsorpsiyon kapasitesi göstermiştir. Ayrıca elde edilen veriler doğrultusunda Langmuir ve Freundlich izoterm modelleri uygulanmış; reçine 1 in fenol adsorpsiyon davranışının Freundlich izoterm modellerine uygun olduğu reçine 2 nin ise her iki izoterm modeline de uygun olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, bu çalışmada Reçine1 ve modifiye edilmiş Reçine2'nin düşük konsantrasyonlarda fenol adsorpsiyonunun kinetiği gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla 0.2 g reçine numunleri (reçine 1 ve reçine 2) ilk olarak 1-2 ml su ile ısılatılmıştır. Daha sonra 30 ppm fenol çözeltisi ve 10 ml etanol ile karıştırılmıştır. Karşılaştırma yapmak amacıyla ilk olarak çözelti ve reçine karıştırılmadan önce çözeltiden 5 ml örnek alınmış, daha sonra çözelti ile reçine (reçine 1 ve reçine 2) karıştırılmış, bu karışımdan farklı zamanlarda (2,5dk, 5dk, 10 dk, 20 dk, 40 dk, 60 dk, 120 dk, 180 dk, 24 s) 2,5 ml numuneler alınmıştır. Farklı zamanlarda alınan numuneler ile başlangıçta alınan çözelti numune UV cihazı ile ölçülmüştür. Değerlerin karşılatırılması ile adsorpsiyon kinetiği hesaplanmıştır. Ayrıca Reçinelere (reçine 1 ve reçine 2) üç adet adsorpsiyon kinetiği modeli (yalancı-birinci derece, yalancı-ikinci derece ve özel difüzyon kinetiği) uygulamıştır. Sonuçlara göre, yalancı ikinci dereceden model, deney sonuçlarına iyi uymaktadır. Reçinelerin teorik qeq değeri, ikinci mertebeden kinetiklerde deneysel qeq değerlerine çok yakın çıkmıştır.
Özet (Çeviri)
The human being is influenced by the quality of water resources in the natural environment. In order to guarantee a secure and healthy life, the water consumed must be free from harmful chemical substances. The water released into the environment by water purification plants and private organizations should be regularly accessed and examined to maintain complete yielding to water framework act. Thus, treated waters should be safe for consumption and free from harmful compounds to guarantee a healthy life. However, there are environmental organizations for water quality which have given standards to ensure that water is free from contaminants, thus making safe water consumption possible. Water treatment requires adequate analysis and monitoring which includes determination of low level contaminants. The maximum level of contaminants which present in drinking water should be so small that the effect is harmless to human health. Thus analytical methods are important to quantify the contaminants. Phenol and derivatives are harmful substances found in water. Moreover, faced with more and more stringent regulations, the water contamination has also become noteworthy source of concern and priority for most industrial sectors. Phenols are aromatic components which contain one and more hydroxyl groups connected to aromatic ring. Phenol is a benzene derivative having chemical formula of C6H5OH with a structure of a hydroxyl group bonded to the phenyl ring. It is a colorless, crystalline substance of characteristic odor, soluble in water and organic solvents. Phenols are similar to alcohols but form stronger hydrogen bonds. Thus, they are more soluble in water than alcohols and have higher boiling points. Phenol was prepared mainly from coal tar, in the early 19th century. Presently, small quantities of phenol is still obtained from coal tar. The demand for phenol grew significantly with the commercialization of phenolic resin (Bakelite), during the 20th centuries. An advanced and popular phenol process is Hock Process after the World War II. It is currently the predominate route for the production of phenol which is accompanied by acetone as a co-product. The main commercial plant utilizing toluene as the feedstock was launched in the 1960's. Nowadays, the commercial production of phenol is not obtained from toluene. Phenols are used in many industrial activities for the production of pesticides, insecticides, herbicides, and synthetic products. Phenols in which certain amount of pesticides and wood preservatives contain can lead to specific health damages even at the lowest concentration levels. Some harmful effects of breathing phenol from the air have been occured for human. Short time effects of phenol include breathing infection and eyes burning. The chronic effects of high exposures cause muscle aches, weak spots, weight loss. Effects of long term and low level exposures cause to increases in cancers and effects on the immune system. Nevertheless, it is important to be aware of phenols and substituted phenols in environmental and biological samples. Many different techniques are used for the removal of phenol from wastewater. The methods can be separated into three categories: chemical, biological and physical. All of them have advantages and disadvantages. Because of high cost and disposal problems, many of these conventional techniques for treating phenol bearing wastewater have now not been widely applied at large scale in the textile and paper industries. Adsorption of phenol has three mechanisms; π-π dispersion interaction, electron donor-acceptor complex formation and hydrogen bond formation. In this thesis these mechanism were applied to synthesis new polymeric resins for phenol removal. Two types of polymeric resins were prepared for adsorption of phenol from the water. In the first part of this study, The Resin 1 was obtained with chloro-sulfonated polystyrene (CSPS) and it excess of ethanolamine. The resin was characterized with analytical methods and FT-IR spectroscopy to determine the functional groups. The Resin 2 was prepared through a reaction of the Resin 1 with butyl isocyanate in dimethyl formamide (DMF) solution. Polymers were characterized by using analytical methods and FT-IR. In the second part of the study, experimental measurements were performed on modified resins for phenol adsorption. The phenol sorption capacities of the resins were described by mixing 0.1 g polymer samples (resin1 and 2) with 10 mL phenol solutions with various concentrations (0.5 M, 0.35M, 0.25 M, 0.1M, 0.05 M, 0.025 M and 0.01 M). The phenol loading capacities were calculated from the initial and ending phenol contents of the solutions. Also, kinetics of phenol sorption was performed at low concentration to investigate the efficiency of the modified resin at trace concentration. For this purpose, pseudo-first order, pseudo-second order and intra particular diffusion kinetics models were used.
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
- Modifiye poliimidler ve uygulamaları
Modified polyimides and their applications
HÜSEYİN DELİGÖZ
Doktora
Türkçe
2002
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SAADET PABUCCUOĞLU
Y.DOÇ.DR. TUNCER YALÇINYUVA
- Karbon nanotüp içeren UV ışınlarıyla kürlenmiş nanokompozit kaplamalar
UV curable carbon nanotube containing nanocomposite coatings
KÜBRA İLGÜN
- Biodegradable poly(ester-urethane) scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliği için biyobozunur poli(ester-üretan) destek yapılar
AYSEL KIZILTAY
Doktora
İngilizce
2011
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Bölümü
PROF. DR. JULİO SAN ROMAN
PROF. DR. NESRİN HASIRCI
- Synthesis and characterization of polyurea formaldehydemicrocapsules filled with tung oil for preparation ofcomposite polylactic acid film for self healing applications
Kendini onarabilen polilaktik asit kompozit filmerindekullanılmak üzere tung yağı katklı poliüre formaldehitmikrokapsüllerinin sentezlenmesi ve karakterize edilmesi
GİZEM SEMRA ARITÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN SANLI ŞENTÜRK