Geri Dön

Preparation of poly (3 - sulfopropyl methacrylate –co- 2-(diethylamino) ethyl methacrylate) hydrogels for removal of dyes from water

Çarpraz bağlı poli ( 3-sülfopropil metakrilat 2-dietil amio etil metakrilat) hidrojelinin sulu ortamdaki boyanın giderilmesinde kullanımı

PDF İndir

  1. Tez No: 558709
  2. Yazar: EBRU TEKNECİ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 74

Özet

Boyar madde molekülleri, aromatik yapı gibi, görünür ışığı (400-750nm dalga boyunda) absorbe eden ve boyanın, elyafın üzerine ve içine tutunması sağlayan kromojen gruplar içerir. Kromojen gruplar, kromofor adı verilen grupları içeren aromatik yapıdır. Kromofor renk verici anlamındadır ve kimyasal yapılarına göre; Nitraso, Nitro, Azo, Etilen, Karbonil, Karbon-Azot, Kükürt grupları olmak üzere 7 gruba ayrılırlar. Bir ya da birden çok bağ içermektedir. Bu bağlar değişkendir ve ışığı absorplayarak boyanın parlak renkli görünümünü sağlamaktadırlar. En yaygın kromofor grubu üretilen boyaların %80-90'ını oluşturan azo (-N=N-) sınıfıdır . Ayrıca boya molekülünde oksokrom kısmı da bulunmaktadır. Bu grup moleküle elektrolitik çözünme özelliği ve boya molekülünün tuz meydana getirmesini sağlayan bir gruptur. Oksokrom grubu boyanın renk tonunu da değiştirebilir, fakat gerçek rengin ortaya çıkmasını sağlayamaz. Sentetik boyalar, kozmetik, deri gıda ve tekstil sanayi olmak üzere birçok alanda geniş kullanım potansiyeline sahiptir. Sentetik boyalar Sentetik boyalar sahip oldukları aromatik gruplar dolayısıyla son derece kararlıdır ve doğada uzun süre bozunmadan kalmaktadır. Sentetik boyalar ışık geçirimini azaltmanın yanı sıra aynı zamanda, fotosentez aktivitesini de olumsuz yönde etkilemektedir. Toksik, mutojenik ve karsinojenik özelliklere sahip olan sentetik boyaların büyük kısmını azo boyalar oluşturmaktadır. Çevrede yüksek oranda biriken azo boyalar bozunmaya, ısı ve ışığa karşı dirençli olduğundan, boyaların atık sulardan giderimi için yöntemler geliştirilmiştir. Sulardan ya da atık sularından boyaların uzaklaştırılması için kimyasal çöktürme, iyon değiştirici reçineler, ters ozmos, membranlarla ayırma, sıvı-sıvı ekstraksiyon, elektrodiyaliz ve adsorpsiyon gibi yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin çoğunun yüksek yatırım ve iletme maliyetinin olması, oluşan çamurun bertarafı ve küçük ölçekli endüstrilere uygulanamaması gibi çeşitli sakıncaları söz konusudur. Bu nedenle, atık sulardan boya gidermeye yönelik düşük maliyetli tasarımların yapılması gerekmektedir. Bu yöntemler arasında bulunan adsorpsiyon yöntemi, diğerlerinden daha basit ve ucuz olması, farklı adsorbanlarla çok çeşitli boyaların giderilmesinde kullanılabilirliği ile ön plana çıkmaktadır. Kullanılan adsorban ve miktarı arıtma verimini ve maliyeti doğrudan etkilemektedir. Adsorbsiyon, madde derişiminin katı veya sıvı yüzeyinde yığın derişimine göre artması olarak tanımlanabilir. Katı veya sıvı yüzeyinde biriken maddeye adsorplanan maddde veya absorban denir. Adsorbsiyonun gerçekleştiği katı veya sıvı yüzey ise adsorbent veya adsorban olarak adlandırılır. Adsorpsiyon işleminin tersine adsorplanan maddenin ortama geri verilmesiyle, yığın derişimin artması ise desorpsiyon olarak tanımlanır. Adsorbent ile adsorban arasındaki etkileşime göre adsorpsiyon fiziksel ve kimyasal olmak üzere ikiye ayrılır. Fiziksel adsorpsiyonda, adsorbent ve adsorban arasındaki etkileşimler Van der Waals, elektrostatik veya H bağları gibi zayıf etkileşimlerdir. Kimyasal adsorpsiyonda ise kimyasal bağ oluşumu (elektron alış verişi) ile gerçekleşmektedir. Fiziksel adsorpsiyonda bağ kuvvetleri moleküller arasında olurken kimyasal adsorpsiyonda moleküller içindedir. Fiziksel adsorpsiyonun kimyasal adsorpsiyona karşı en büyük üstünlüğü tersinir olmasıdır. Adsorpsiyon etki eden faktörler ise adsorbentin yüzey alanı ve poroz yapısı, basınç, konsantrasyon, ortamın pH değeri, ve sıcaklıktır. Adsorbsiyon işlemini etkileyen en önemli parametre yüzey alan değeridir ve artan yüzey alan değeri ile adsorbsiyon miktarı artış gösterir. Dolayısıyla gözenekli malzemeler veya çok ufak parçalara bölünmüş katılar yüksek adsorbsiyon kapasitesi sağlamaktadırlar. Adsorpsiyon prosesinde kullanılan adsorbent ve miktarı doğrudan maaliyet ve adsorpsiyon verimini etkilemektedir. En yaygın kullanılan adsorbentlere aktif karbon, doğal killer zeolite örnek olarak verilebilir. Poroz sentetik polimerik sorbentler boya molekülleri için mükemmel adsorbanlardır. Sahip oldukları yüksek fizikokimyasal stabiliteleri ve rejenere olabilmeleri dolayısıyla polimerik sorbentler adsorpsiyon prosesinde yaygın olarak kullanılan aktif karbona karşı alternatif olmuştur. 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.Aynı zamanda polimerik sorbentlerin modifiye edilmesiyle fiziksel ve kimyasal özelliklerinin değiştirilerek, tutulması istenen adsorbata olan seçiciliğinin arttırılabilmesi de avantajlı yönlerinden bir diğeridir. Bu çalışmada Reaktif Siyah 5 ve Metilen Mavisi boyalarının sudan giderilebilmesi için uygun proses olarak adsorpsiyon seçilmiştir. Bu boyalara seçici olacabilecek özellikte çarpraz bağlı poly (3-sülfopropil metakrilat 2-dietil amin etil metakrilat) sentezlenmiştir. Sentezlenen hidrojel (HS) asidik karekterdeki Reaktif Siyah 5 boyası için kullanılmıştır. Bazik özellikteki Metilen Mavi boyası içinse hazırlanan hidrojel asit ortamında bekletilerek asit formuna (HA) dönüştürülerek jelin boyaya olan seçiciliği arttırılmıştır. Elde edilen hidrojellerin karekterizasyonu Fourier-dönüşümlü Infrared Spektometri (FT-IR) ile yapılmıştır. Hidrojelin içerdiği amin miktarı ise geri titrasyon yöntemiyle bulunmuştur. Elde edilen deneysel verilere göre, hidrojelin amin miktarı 1.60 mmol. g-1 jel olarak bulunmuştur. Hidrojelin boya tutma kapasitesini belirlemek için farklı konsantrasyonlarda (5.10-4 -2.5.10-2 M) boya çözeltileri hazırlanmıştır. Farklı konsantrasyondaki Reaktif Siyah 5 çözeltileri, 0.1g tuz formundaki hidrojel (HS) ile 1 gün boyunca etkileştirilmiştir. Metilen Mavi içinse 0.1 g asit formundaki hidrojel (HA) 1 gün boyunca etkileştirilmiştir. Daha sonrasında etkileşmeden önceki ve sonraki boya çözeltileri arasındaki konsantrasyon farkından jellerin boya tutma kapasiteleri bulunmuştur. Elde edilen sonuçlardan hidrojellerin baya tutma kapasitesinin artan konsantrasyonla birlikte artarken, belirli değerden sonra sabit kaldığı, dengeye geldiği görülmüştür. Maksimum boya tutma kapasitesi Reactive Siyah 5 ve Metilen Mavisi için sırasıyla 783.89 mg.g-1 630.99 mg.g-1 olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar Tempkin, Langmuir ve Freundlich isotermleri için uygulanmış ve tuz ve asit formundaki hidrojellerin boya tutma davranışının Ferundlich isotherm modeline uyduğu görülmüştür. Hazırlanan asidik formdaki ve tuz formdaki hidrojelin , hangi boyaya daha seçiçi olduğunu anlayabilmek adına farklı bileşimde boya karışımları hazırlanmıştır. Bu boya karışımları sırasıyla hacimce %50 RB -50 MB , %25RB-50 MB ve %75 RB-25 MB oranında hazırlanmıştır. Daha sonra hazırlanan boya karışımları asidik ve tuz formundaki hidrojel ile 1 gün boyunca etkileştirilmiştir. Daha sonra baş ve son boya karışımları arasındaki konsantrasyon farkı UV-Vis spektrofotometre ile bulunmuştur. Elde edilen soncuçlara göre tuz formundaki hidrojelin RB boyasına karşı seçicilik gösterirken , asit formundaki hidrojel ise MB boyasına seçicilik göstermiştir. Sıcaklığın adsorpsiyon miktarına etkisini görebilmek adına farklı sıcaklıktaki (350C 65 0C) 5.10-3 M Reaktif Siyah 5 ve Metilen Mavi çözeltileri 0.1 g hidrojelle etkileştirilmiştir. Elde edilen veriler kullanılarak termodinamik fonksiyonlar Gibbs serbest enerjisi, entalpi ve entropi hesaplanmıştır. Bu sonuçlara göre Reaktif Siyah 5 boyasının adsorpsiyonu endotermik prosesken, Metilen Mavisi boyasının adsorpsiyonu ise eqzotermik prosess olarak bulunmuştur. Aynı zamanda, jelin adsorpsiyonuna pH etkisinin gözlemlemek için, 0.1'er gram reçine, farklı pH) değerindeki ortamlarda 5.10-3 M boya çözeltileri ile 1 gün boyunca etkileştirilmiştir. Farklı pH'larda yapılan deneyler sonucunda ise jelin kapasitesinin Reaktif Siyah 5 boyası için pH 2 değerinde daha yüksek olduğu görülmüştür. Bunun sebebi yüksek pH'da quarterner hale gelen amin gruplarından dolayıdır. Metilen Mavisi içinse jelin boya tutma kapasitesinin tüm pH değerlerinde eşit olduğu görülmüştür. Reçinenin boya adsorpsiyon hızını incelemek için, düşük konsantrasyona sahip boya çözeltileri ile 0.1 g hidrojel etkileştirilmiştir. Belirli zaman aralıklarından alınan örneklerle, kapasitenin zamana olan bağlılığı irdelenmiştir. Elde edilen değerler, 3üç farklı kinetik modele uygulanmıştır. Bu modeller sırasıyla Yalancı 1. mertebeden, Yalancı 2. mertebeden ve parçacık içi difüzyon kinetik modelleridir. Yapılan hesaplamalar sonucunda ise , jelin boya tutma hızının Yalancı 2. Mertebeden modele uyduğu saptanmıştır. Endüstriyel alanda reçinenin tekrar tekrar kullanılabilmesi büyük önem taşır. Jelin tekrar kullanılabilirliğini test etmek adına boya yüklü hidrojelin desorpsiyon deneyleri yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda tuz formundaki hidrojelin 1.85 mg Reaktif Siyah boya desorpladığı görülmüştür. Asit formundaki hidrojelin ise 8.3 mg Metilen Mavisi desorpladığı gözlenmiştir. Elde ettiğimiz bu sonuçlar ise asit ve tuz formundaki hidrojellerin adsorpladığı boyanın büyük kısmını desorpladığını göstermektedir. Bu sonuçlara bakarak hidrojellerin boya adsorplamak için tekrar tekrar kullanılabilir olduğunu söyleyebiliriz.

Özet (Çeviri)

Dyes are significant water pollutants which are generally present in the effluents of the textile, leather, paper, rubber, plastics, cosmetics, and foodstuff industries. Since dyes have complex aromatic molecular structure and synthetic origin, most of the biodegradable dyes are difficult to extract. The widespread use of dyes creates contamination problems in the form of discharge of colored wastewater into environmental water bodies, which prevents the mixing of sunlight into the currents and therefore reduces the photosynthetic activity. The presence of these dyes which are light-resistant, complex dye molecules in waste water does not suit conventional waste water treatment methods, such as primary and secondary treatment systems. The adsorption process provides an attractive alternative treatment for removal of synthetic dyes. Synthetic porous polymeric sorbents (i.e,hydrogels, resins) are super adsorbents for dye molecules. Since polymeric adsorbents high physicochemical stability, better regeneration properties and ease of synthesis of resins it has been commercialized as an alternative to activated carbon for adsorption applications. Adsorption technologies which are based on resins developed have been improved for removal of dyes from wastewater. In this thesis, a new hydrogel (HS) synthesized starting from 3-Sulfopropyl methacrylate potassium salt(monomer) (0.45 mol), 2.50 mL 2-diethylamino ethyl methacrylate (monomer) (0.45 mol) and 0.51 mL (0.10 mol) ethylene glycol methacrylate as crosslinker in the presence of potassium persulfate as initiator at 80 0C. Also, this hydrogel interacted with 1 M HCl to prepare acidic form of hydrogel (HA). Hydrogels were characterized spectrophotometrically using FTIR and analytical methods. In this study, Reactive Black 5 (RB) as acidic dye and Methylene Blue (MB) as basic dye were used in the dye sorption experiments. Amine or quaternary ammonium salt containing materials can be used to remove acidic dyes. At the same time, carboxylic or sulfonic acid modified polymers remove basic dyes from solutions. Our hydrogels like amino acid structure which have both acid and tertiary amine functions. Dye removal experiments were carried out depending on initial dye concentrations, pH and Temperature. At the same time competitive dye sorption experiments were studied both HA and HS hydrogels. According to the experimental results, MB sorption capacities were found higher than RB. Also, trace amounts of dyes were used to apply kinetic models. Adsorption isotherm models also were investigated for dye removal studies.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    405034

    Poly(vinylidene fluoride) based graft copolymer

    Poliviniliden florür temelli aşı kopolimeri

    AHMET YASİR DEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN HAYRİ ACAR

  2. Tez No

    426799

    Bentonit ve sodyum aljinat içeren yeni akrilamid/potasyum 3-sülfopropil metakrilat hibrit hidrojellerin eldesi, karakterizasyonu ve biyopotansiyel kullanım kapasitelerinin araştırılması

    Preparation, characterization and investigation of biopotential using capacities of new acrylamide/potassium 3-sulfopropyl methacrylate hybride hydrogels containing sodium alginate and bentonite

    ZEHRA DENİZ ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Polimer Bilim ve TeknolojisiAdnan Menderes Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERDENER KARADAĞ

  3. Tez No

    896732

    Preparation and characterization of stimuli-responsive layer-by-layer films for food technology applications

    Gıda teknolojisi uygulamaları için ortam koşullarına duyarlı katman katman ince filmlerin hazırlanması ve tanımlanması

    AYŞE GÜREN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    BiyokimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyokimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İREM EREL GÖKTEPE

    PROF. DR. YEŞİM SOYER KÜÇÜKŞENEL

  4. Tez No

    534401

    A comparison on protein, bacterial anti-adhesive and anti-bacterial properties of zwitterionic block copolymer micelle containing ultra-thin films of varying compositions

    Blok kopolimer misel içeren çok ince filmlerin, bakteri ve protein tutunması ve anti-bakteriyel özelliklerinin karşılaştırılması

    SİNEM ULUSAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İREM EREL GÖKTEPE

    PROF. DR. SREEPARNA BANERJEE

  5. Tez No

    432792

    Biyolojik öneme sahip bazı moleküllerin vücut sıvılarından tayinine yönelik modifiye elektrot temelli sensör geliştirilmesi

    Development of modified electrode based sensors for the determination of some biologically important molecules in body fluids

    SALİH İLKBAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    KimyaAnadolu Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ ÖZCAN

Geri Dön