POLYHIPE SUPPORTED SORBENT FOR SELECTIVE MERCURY REMOVAL FROM AQUEOUS SOLUTIONS
SULU ÇÖZELTİLERDEN SEÇİCİ CİVA GİDERİMİ İÇİN POLYHIPE DESTEKLİ SORBENT
- Tez No: 559462
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERDEM YAVUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- 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: 82
Özet
Polimer destekli sorbentler yüksek yüzey alanı, kolay hazırlanma, kolay endüstriyel ölçekte üretim, tekrar kullanım gibi avantajlarından dolayı akademi ve endüstride yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. Bunlar yüksek oranda gözenekli, kolaylıkla fonksiyonlandırılabilen , ağır metal ve tekstil boyalarının atık sulardan giderimi, heterojen kataliz, enzim ve protein saflaştırılması gibi bir çok uygulaması olan çapraz bağlı polimerlerdir. Civa havada, suda ve toprakta bulunan bir ağır metaldir. Doğada üç farklı formda bulunur. Bunlar elemental, inorganik ve organik formlardır. Elemental civa oda sıcaklığında sıvı fazdadır. Düşük buharlaşma entalpisinden dolayı buhar formuna dönebilir. İnsan aktiviteleri, volkanik aktiviteler ve kayaların parçalanması genel civa kaynaklarıdır. Civa termometrelerde, floresan lambalarda, diş amalgamlarında, klor-alkali endüstrisinde kullanılmaktadır. Civa insanlar ve çevre için çok ciddi sorunlara yol açabilir. Civa insan vücüdunda ve diğer canlı organizmalarda birikebilir. Etkileri maruz kalma tipine göre farklılık göstermektedir. Bununla birlikte genellikle insan vücuduna deniz mahsüllerinin yenmesiyle alınmaktadır. Ana etkileri şöyle sıralanabilir : kardiovasküler, nörolojik, endokrin, immünolojik etkiler. Kalp hastalıklarına, depresyona, hafıza kaybına, halüsinasyona yol açmaktadır. Civa dünyadaki ikinci en toksik elementdir. Bu sebeplerden dolayı civayı çevreden uzaklaştırmak insan sağlığı ve çevresel sebeplerden dolayı hayati önem arz etmektedir. Bu amaçla kullanılan yöntemler : kimyasal çöktürme, ters osmoz, biyofilmler, filrasyon, koagülasyon, adsorpsiyon.Bu yöntemler arasında adsorpsiyon çevreyle dost, kolaylıkla ulaşılabilir ve ekonomik bir proses olmasından dolayı ayantaj arz etmektedir. Adsorpsiyon, molekülleri bir sorbent yüzeyinde tutmayı amaçlayan, ekzotermik bir prosesdir. Civa ve sorbent arasındaki adsorpsiyon mekenizması sorbentin yüzeyinde gerçekleşir. İyon değişimi ve fiziko-kimyasal adsorpsiyon, adsorpsiyon mekanizmasında başat roldedirler. Sorbent yüzeyindeki karbonil, hidroksil, tiyol, fosfat, amit gibi gruplar civayı bağlama kapasitesine sahiplerdir. Adsorpsiyon etkinliğini etkileyen faktörler : sıcaklık, pH, başlangıç konsantrasyonu, etkileşim süresi, sorbent miktarıdır. Sıcaklık ve etkileşim zamanıyla adsorpsiyon etkinliği artar ve optimum pH aralığı genellikle 5-6 arasındadır. Adsorpsiyon başladıktan belirli bir süre sonra denge adsorpsiyon etkinliğine ulaşılır. Artan sorbent miktarıyla etkinlik, yüzey alanı dolayısıyla aktif grubu miktarı arttığından artacaktır. Civanın atık sulardan giderilmesinde seçici polimerik sorbentler etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Bu tarz polimerlerin kullanılmasıyla sadece civa seçici olarak giderilirken diğer metal iyonları ya hiç gireilmez ya da çok düşük miktarlarda giderilir. Böylece giderilmesi istenmeyen metaller giderilmediği gibi sorbentin aktif grupları da sadece civa için kullanılmış böylece etkinliği korunmuş olacaktır. Polibenzimidazol, politiyofen modifiye kitosan, polietilenimin, amit fonksiyonel polimerik kürecikler gibi poimerik sorbentler civa bileşikleri gidermek yüksek seçicilikle kullanılmaktadır. Yüksek iç faz emülsiyonlar (HIPE) %74'den daha yüksek iç faz oranına sahip emülsiyonlardır ve makroporoz polimerlerin hazırlanmasında bir şablon olarak kullanılıbilirler. İç faz damlacıklarıyla mikrometre boyutlarında kaviteler oluşur ve emülsiyonun polimerizasyonundan sonra bu damlacıklar ortamdan uzaklaştırılıp yüksek gözenekliliğe sahip bir polimer elde edilir. Bu malzeme poliHIPE olarak adlandırılır. Bir poliHIPE malzeme aynı zamanda, büyük kavitelerin iletimini sağlayan ve genellikle pencere olarak adlandırılan daha küçük gözeneklere de sahiptir. Böylece poliHIPE malzemeler open-pore (açık gözenek) morfolojjiye sahiptirler. Genellikle yüksek iç faz emülsiyon yöntemiyle hazırlanan gözenekli polimerler düşük oranda mezo ve mikro gözeneklere sahiplerdir. Bu sebeple, genellikle 10-20 m2/g arasında düşük yüzey alanına sahiplerdir. Doğru fonksiyonel polimeri sorbent olarak seçmekte yüzey alanı, gözenek çapıi gözenek çapı dağılımı, mekanik özellikler, ısısal özellikler, fonksiyonel grup içeriğii gibi bir çok parametre vardır. Bu parametrelerin incelenmesi, sorbentin, ağır metallerin çevreden giderilmesi için kullanımında önem arz edecek ve doğru seçimin yapılmasını sağlayacaktır. Sorbentin hazırlanmasında kullanılan gözenekli polimerik destek malzemesi gözeneklerinin iç kısımlarında aktif grupları barındırmaktadır ve başarılı bir ayırma veya katalitik bir reaksiyon için reaktanlar ile ürünlerin bu aktif gruplara ulaşmasına olanalk sağlamalıdır. Bu sebeple polimerik destek malzemesinin dikkatli seçimi bu tür prosesler için çok önem arz etmektedir. Bu tezde HIPE, yüksek iç faz emülsiyon yöntemi kullanılarak birbirleriyle bağlı yüksek oranda gözenekliliğe sahip polimerler hazırlanmıştır. Su ve organik monomer fazı içeren HIPE'nin polimerleştirilmesiyle poliHIPE monolit polimeri hazırlanmış ve fonksiyonlandırılmadan önce toz formuna getirilmiştir. Gözenekli polimer polyHIPE vinil benzil klorür, stiren ve divinil benzen çapraz bağlayıcısı ile hazırlanmış ve akrilamid monemeri kullanılarak atom transfer radikal polimerizasyonu ile poliHIPE yüzeyindeki benzil klorür başlatıcı grupları üzerinden fonksiyonlandırılmıştır. Bu yöntem SI-ATRP (Surface initiated ATRP) olarak adlandırılır ve poliakrilamidin polimerik malzemenin yüzeyine aşılanmasına olanak sağlar. Sonuçta elde edilen malzeme, poliakrilmait aşılanmış poliHIPE, Hg(II) iyonun sulu çözeltilerden seçici giderilmesinde yüksek etkinlikle kullanılmıştır. PoliHIPE ler genellikle %80-90 iç faz oranında hazırlanır ve teorik olarak %99 oranında hazırlanabilirler. İç faz oranı attıkça emülsiyon kararlılığı azalacak ve monomer fazının polimerleşmesinden önce emülsiyonun karalılığının bozulmasına yol açbilir. Bu tezde %80 oranında gözenekliliğe sahip gözenekli polimerler hazırlanmıştır. Polimerlerin morfolojileri SEM elektron mikroskobuyla, yüzey alanı BET, yüzey analiz cihazıyla, fonksiyonel grup karakterizasyonu FT-IR ve analitik metodlarla gerçekleştirilmiştir. SEM görüntüleri morfolojinin 4-10 μm arasında kavitelere ve 1 – 4 μm arasında pencerelere sahip gözeneklilikten oluştuğunu ispatlamaktadır. Büyük gözenekler, kaviteler, mikroreaktör olarak çalışırlar ve iç yüzeylerinde bağlanmış fonksiyonel gruplar ile civanın bağlanmasını olanaklı kılarlar. Bet cihazı kullanılarak, azot fiziksel adsorpsiyonu ile poliHIPE'nin yüzey alanı 9.2 m2/g olarak ölçülmüştür. SEM görüntüleriyle gözlenen gözenek çapları malzemenin makroporoz yapıda (>50 nm) olduğunu ispatlamıştır. Poliakrilamit aşılanmış poliHIPE, PolyHIPE-g-PAM, civayı yüksek kapasitesiyle sulu çözeltilerden adsorplamıştır. Karbonamit ve civa arasındaki monoamit ve diamit yapılarıyla PolyHIPE-g-PAM civa için 4.17 max. adsorpsiyon kapasitesi göstermiştir. Fonksiyonel gözenekli malzemenin civaya karşı seçiciliğini ispatlamak için diğer metal iyonlarıyla da adsorpsiyon deneyleri yürütülmüştür. Mg(II) ve Zn(II) için oldukça düşük (Mg(II) için 0.04 mmol/g ve Zn(II) için 0.08 mmol) kapasiteler ölçülmüştür. Böylelikle hazırlanan malzemenin civaya karşı seçici bir Sorbent olduğu ispat edilmiştir. Adsorsiyon deneylerinin sonuçları Langmuir, Freundlich, Dubinin–Radushkevich adsorpsiyon izotermeriyle test edilmiştir. Deneysel sonuçlar göstermiştir ki PolyHIPE-g-PAM yüzeyinde civanın adsorplanması Freundlich ve Dubinin–Radushkevich izotermerine uygunluk göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Polymer Supported sorbents have been widely used in academia and industry due to their unique properties such as very high surface area, easy preparation, easy scale-up, re-use etc. They are crosslinked polymers which can be prepared with highly porous structure and easily functionalized for various applications like heavy metal and textile dye removal from waste waters, heterogeneous catalysis, enzyme and protein purification. Mercury is a heavy metal which can be found in air, water and soil. It can be in three different form in the nature. They are elemental, inorganic and organic form. Elemental mercury is in liquid form at the room temperature. Because of its low latent heat of evaporation, it can be turn to the vapour form. Human activity, volcanic activities and weathering of rock materials can be said to be the source of mercury. It is used in the thermometers, flourescents lambs, dental amalgams at the daily life. Mercury causes serious problems for both human being and environment. It can accumulate in human and other living beings body. Its effect can differ depanding on the exposure type. But generally it can exposure to body by ingestion largely withy seafoods. The main effects of mercury can be listed as; cardiovascular, neurological,endocrine, reproductive,immunological. It can cause hearth disease, depression, memory loss, hallucinations. Therefore it is a vital need to remove mercury from environment for human being and environmental reasons. There are various considerations such as surface area, pore size, pore size distribution, mechanical properties, thermal properties, functional group content to choose the right functional polymers for a specific applications like removal of hazardous metals from eniviroment. The matrix structure with active sites embedded inside in pores should allow reactants and products to the reactive sites through pores to achieve a successful separation, adsorption or catalysis. Therefore a careful choice of matrix (polymer support) is the vital for such applications. In this thesis an emulsion template method namely HIPE (High Internal Phase Emulsion) was studied to prepare highly porous polymer with interconnected pores. Polymerization of HIPE containing water and organic monomer phase gave monolith polyHIPE and then powdered before further functionalization. Porous polymer polyHIPE was synthesized by using vinyl benzyl chloride, styrene as monomers and divinyl benzene as crosslinker and functionalized with acrylamide via atom transfer radical polymerization through benzyl chloride initiation sites on polymer support. This method is called SI-ATRP (Surface Initiated-ATRP) which allows grafting polyacrylamide onto polymeric materials. Resulting material poly(acrylamide) grafted polyHIPE was used to remove Hg(II) ions from aqueous solutions selectively and highly efficiently.
Benzer Tezler
- Polihipe-destekli rutenyum katalizörlerinin sentezi ve katalitik uygulamalari
Synthesis and catalytic applications of polyhipe-supported ruthenium catalysts
VESİLE ŞİMA ÜNNÜ
- Modifiye edilmiş manyetik nanopartiküller içeren polihıpe kompozitlerin hazırlanması ve ısıl enerji depolama uygulamaları
Preparation of polyhipe composites containing modified magnetic nanoparticles and thermal energy storage applications
GÜRKAN CAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiYalova ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE HANDE MERT
- Polihıpe ve polimıpe nanokompozitlerinin sentezi, karakterizasyonu ve mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
Synthesis, characterization and improving mechanical properties of polyhipe and polymipe nanocomposites
ELİF BERBER
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMİNE HİLAL MERT
- Biyolojik uygulamalar için çapraz bağlı, yüksek gözenekli poliHIPE kompozitlerinin hazırlanması
Preparation of highly porous, cross-linked polyHIPE composites for biological applications
FUNDA ÇİRA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mühendislik BilimleriYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMİNE HİLAL MERT
- Development ofemulsion templated matrices andtheir use in tissue engineering applications
Başlık çevirisi yok
BETÜL ALDEMİR DİKİCİ
