Geri Dön

Preparation and adsorption behaviour of hydrophilic adsorbents using high internal phase emulsions

Boya adsorpsiyonu için yüksek iç faz emülsiyonlari ile hidrofilik adsorbentlerin hazirlanmasi ve adsorpsiyon özellikleri

PDF İndir

  1. Tez No: 952977
  2. Yazar: BORA IŞILGAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ERDEM YAVUZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 77

Özet

Günümüzde boyaların kullanım alanları açısından; sanayi boyaları, inşaat boyaları, otomobil boyaları, plastik boyaları ve tekstil boyaları olmak üzere geniş bir alanı kapsamaktadır. Boyalar temel oluşumları itibariyle genel olarak pigmentler, bağlayıcılar, boyar maddeler ve çözücülerden oluşmaktadır. Bu bağlamda boyaların atık olarak çevreye atılması yapısı itibariyle hem çevresel hem de toplumsal problemler ortaya çıkarmaktadır. Özellikle endüstriyel tüketim bakımından değerlendirildiğinde, tekstil sektöründe diğer alanlara kıyasla yüksek miktarlarda boya kullanımı atıksal problemlerin oluşmasında ciddi bir rol oynamaktadır. Oluşan boya atıkların hem yapısal özellikleri hem de katkı maddeleri sebebiyle çevre üzerinde oluşturdukları olumsuz etkiler sırasıyla şunlardır; su içerisinde bulunan boya pigmentleri güneş ışığının emilmesini ve yansıtılmasını kendisine sağladığı için alglerin fotosentetik aktivitesi azalır ve bu durum besin zincirini olumsuz bir şekilde etkiler. Bu tür boya molekülleri genellikle aromatik yapısı itibariyle, yüksek termal ve foto kararlılık sağlar. Bu durum ise boya moleküllerinin çevrede uzun süre kalmasına yol açabilir. Ayrıca parçalanma ürünleri kanserojen, mutajenik ve toksik yapıda olması biyolojik organizmalar için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Tekstil endüstrilerinde yaygın kullanılan bir boya olan metilen mavisinin kimyasal yapısı ve özellikleri aşağıda belirtildiği gibi tanımlanabilir; moleküler ağırlığı 319,85 ve λmax değeri 663 nm olan C16H18N3ClS moleküler formülüne sahip aromatik heterosiklik yapıya sahip bir katyonik boyadır. Suda çözünürlüğü çok yüksektir ve bu nedenle oda sıcaklığında suyla kararlı bir çözelti oluşturur. Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği'ne (IUPAC) göre kimyasal adı, renk indeksi (CI ) 52015 olan [3,7-bis(dimetilamino) fenotiyazin klorür tetra metil tiyonin klorür]dür. Metilen mavisi, toksik, kanserojen ve biyolojik olarak parçalanmayan bir yapıya sahip olması nedeniyle toksisitesi belirli bir konsantrasyonun üzerinde insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere neden olur. Örneğin, 5 mk/kg'dan fazla dozlarda, MB boyasının monoamin oksitleyici inhibitör özelliklerine sahip olması, su ekosistemlerinde yaşayan faunalar için bir tehdit olmanın yanı sıra, insanda ölümcül serotonin toksisitesine neden olabilir. Bu tür aromatik yapıdaki boyaların insan sağlığı üzerinde siyanoz, doku nekrozu, Heinz cisimciği oluşumu, kusma, sarılık, şok, kalp atış hızının artması gibi çeşitli rahatsızlıklara neden olabilir. Ayrıca, MB'nin cilt ile teması, uygunsuz veya işlenmemiş MB yüklü suyun kullanılması sonucu ciltte kızarıklığa ve kaşıntıya ve ayrıca cilt nekrozuna neden olabilir; organ veya dokudaki hücrelerin çoğunun veya tamamının ölümüne neden olan bir durum ortaya çıkarır. Metiltiyoninyum klorür , genel olarak metilen mavisi olarak adlandırılan bir tuzdur, geniş bir kullanım alanına sahiptir. Özellikle boya sektöründe yaygın olarak kullanılmasının yanısıra ilaç endüstrisinde de kullanılmaktadır . Örneğin, bu kimyasalın methemoglobinemi tedavisinde kullanılmasının yanısıra siyanür zehirlenmesi ve idrar yolu enfeksiyonlarını tedavi etmek için kullanılmıştır. Metilen mavisi, floresan klinik kullanımı gibi tıpta çeşitli amaçlarla kullanılan çok yönlü bir moleküldür. Floresans özelliği sayesinde Metilen Mavisi, cerrahi sırasında daha önce gizlenmiş yapıların görüntülenmesini sağlar. Örneğin , metilen Mavisi paratiroid bezlerinin lokalizasyonunu belirlemek için kullanılmasıyla ilgili çalışma 1971 yılında yapılan raporlamaya dayanmaktadır. Metilen mavisi geleneksel olarak yüksek dozda olarak enjekte edilir ve böylece çıplak gözle büyümüş paratiroid bezlerinin maviye boyandığı görülebilir. Yüksek dozda insan sağlığını üzerindeki yan etkileri nedeniyle NIR floresan tekniği gibi çeşitli çalışmalar yapılarak daha düşük MB dozları kullanılarak bezlerin tespit edilmesini mümkün kılar. Ayrıca kanser tedavilerinde tümörlerin lokalizasyonunu belirlemek için metilen mavisinin kullanımıyla ilgili çeşitli çalışmalar vardır. Genel olarak metilen mavisinin tıbbi olarak kullanım alanları şu şekilde özetlenebilir; anormal hücrelerin tespitinde kullanılması, sıtma ve tırnak mantarı hastalığının tedavisinde ve şok durumunda kan basıncını yükseltmeye yardımcı olması gibi örnekler verilebilir. Endüstriyel atık sulardan metilen mavisi gibi tekstil boyalarını gidermek için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bunlara adsorpsiyon/biyosorpsiyon, fitoremediasyon elektrokoagülasyon, sıvı-sıvı ekstraksiyonu, ultrafiltrasyon , nanofiltrasyon, mikrodalga işlemi ve biyolojik bozunma yöntemler örnek olarak verilebilir. Termal ve ışık kararlılığı yüksek olması ve biyobozunurluğun düşük olması, metilen mavisi boyasını yaygın yöntemler kullanarak daha küçük inorganik moleküllere parçalamak zordur. Bu arıtma yöntemlerinin her birinin maliyet, uygulanabilirlik ve çevresel etki açısından pozitif ve negatif yönleri vardır. Örneğin, yarı iletken nanopartiküllar kullanılarak organik molekülerin çok bileşenli fotokatalizi, sentetik boyalar gibi tehlikeli kirleticiler içeren atık su arıtımı için uygun maliyetli, herhangi bir tehlikeli yan ürün açığa çıkarmaması açısından da çevre dostu olması nedeniyle artan bir ilgi görmektedir. Metilen mavisi görünür ışık ışınlaması altında kararlı olması nedeniyle, sadece fotoliz veya katalizle tek başına verimli bir şekilde parçalanamaz. MB boyasının yaklaşık %8' sı 10 saatlik ışınlama süresinden sonra fotoliz yoluyla giderildiği ve ışığa maruz bırakmadan sadece katalizör varlığında 24 saat sonra metilen mavisi'nin yapısal olarak sadece %10'luk bir kısmının parçalanmaya uğradığı bildirilmiştir. Ayrıca, katalizör olmadan görünür ışık altında ayrışma meydana gelmediği de gözlemlenmiştir. Benzer şekilde, herhangi bir katalizör kullanılmadan karanlıkta ve güneş ışığı altında asidik ve nötr ortamda hiçbir bozulma gözlemlenmemiştir. Bu çalışmalar göstermiştir ki metilen mavisinin atık sulardan uzaklaştırılmasında fotodegradasyon yönteminin kullanımı diğer yöntemlere kıyasla ihmal edilebilir. Atık sularda bulunan boyaların çevreden uzaklaştırılması için biyolojik yöntemler (enzimlerin ve mikroorganizmaların kullanımı), kimyasal yöntemler (gelişmiş oksidasyon süreçlerinin kullanımı) ve fizikokimyasal yöntemler (çoğunlukla adsorpsiyon) dahil olmak üzere farklı arıtma yöntemleri şekilde özetlenebilir. Bu yöntemler arasında adsorpsiyon uygulanabilirliği ve sürdürülebilirliği açısından daha yaygın bir kullanım yöntemidir. Atık sularda boyaların uzaklaştırılması ile ilgili yapılan adsorpsiyon çalışmalarında buz kabuğu, gübre, biyokömür , palmiye yağı atıklarından elde edilen aktif karbonlar, muz kabuğu atığı , zeolit , ve aktif karbon , adsorban olarak kullanılmıştır. Metilen mavisi gibi sentetik boyaların giderimi için adsorpsiyon teknolojisinde katı sorbentlerin kullanımı söz konusudur. Bu yöntem, boyaların atık sulardan uzaklaştırılması için yaygın ve etkili bir şekilde kullanılmaktadır. Sulu çözeltilerden boya konsantrasyonlarını azaltmak için araştırılmış ve başarıyla uygulanmış birçok adsorban vardır. İyi tanımlanmış gözenekliliklere ve yüksek yüzey alanlarına sahip polimerler, ayırma membranları, doku mühendisliğinde yapısal şablon, katalizör ve adsorbent olarak çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Yüksek iç fazlı emülsiyonlar gözenekli bir şablon oluşturması sayesinde yukarıda açıklanan özelliklere sahip polimerler elde edilebilir. Yüksek iç faz emülsiyon yöntemi, iç fazın %74 veya daha fazla olduğu bir şablon yöntemidir. Bu tür malzemelere kullanılan yöntem temelinde poliHIPE kısaltması kullanılır. Bu yöntemin genel tanımı şu şekilde yapılabilir; emülsiyon sistemine göre organik fazda ya da su fazında bulunan monomerlerin polimerleştirilmesi ve daha sonra damlacık içerisinde bulunan iç fazın uzaklaştırılması sonucu oluşan mikrometre boyutlarında yüksek gözenekliliğe sahip bir polimerik şablon elde edilir. Bu malzemede aynı zamanda, büyük gözeneklerin birbirlerine bağlantısını, iletimini sağlayan ve genellikle pencere olarak adlandırılan daha küçük gözeneklere de sahiptir. Bu yapıda olan poliHIPE malzemeler açık gözenekli morfolojiye sahiptirler. Bu tür gözeneklerin özellikle kütle tranfer sürecinde önemli bir fonksiyona sahiptir. Örneğin bu tür düşük yoğunluklu yüksek oranda gözenekliliklere sahip polimerlerin hem organik reaksiyonlarda katalizör olarak hem de adsorpsiyon sürecinde adsorbent olarak kullanılması şu şekilde açıklanabilir; porları birbirine bağlayan pencere olarak adlandırılan küçük gözeneklerin reaktan veya adsorbatın polimer içerisindeki aktif bölgelere ulaşmasını sağlar. Bu çalışmada düşük oranda çapraz bağlanma derecesine ve hidrofilik yapıya sahip yüksek oranda gözenekli polimerik malzeme yüksek iç faz emülsiyon yöntemi ile hazırlanmıştır. Su fazında bulunan monomerlerin polimerleşmesi sonucu elastik bir monolit yapıda poliHIPE elde edilmiş ve daha sonraki aşamada Soxhlet ekstraktörü kullanılarak %80'lık organik iç faz, reaksiyona girmemiş monemerler ve surfaktant uzaklaştırılmıştır. En son aşamada ise boya adsorpsiyonu deneyinde kullanılmak üzere toz haline getirilmiştir. Monomer yapısındaki sülfonik grupların varlığı, modifikasyon işlemine ihtiyaç kalmamasını ve gözenek yapılarına yüksek oranda fonksiyonel grup yüklenmesini sağlamıştır. Yapıdaki sülfonik grupların varlığı sayesinde katyonik bir boya olan metilen mavisi için uygun bir adsorbent olarak belirlenmiştir. Bu tezde, metilen mavisi boyasının yüksek gözenek hacmine sahip adsorban tarafından adsorpsiyonu değerlendirilmiştir. Bu amaçla sıcaklık, pH, iyon etkisi, sıcaklık, gibi çeşitli parametrelerin adsorpsiyon kapasitesinin değişimi üzerindeki etkisini belirlemek ve su tutma kapasitesini ölçmek için çeşitli deneysel yöntemler uygulanmıştır. Elde edilen tüm deneysel veriler ele alındığında, adsorbanın maksimum adsorpsiyon kapasitesi metilen mavisi için 1483 mg/g olarak bulunmuş, pseudo ikinci derece kinetik ve langmuir izotermi, pseudo birinci derece kinetik ve freundlich izotermine kıyasla deneysel verilerle daha uygun olduğu gözlemlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Water pollution is one of the most major problems for a sustainable life. Especially dyes, which are one of the biggest sources of wastewater, also pollute the environment significantly. The large amounts of dyes produced in industries into water resources causes this problem to arise, for example, about 7 × 107 tons of synthetic dyes were produced. At this point, especially textile industries use about 10,000 tons of dyes per year, causing the dye solution to leach into water sources. Another negative impact of wastewater resulting from the dye solution is that discharging as wastewater into aquatic environments poses serious ecotoxicological threats on living organisms. Besides fish, other aquatic organisms such as microalgae are also adversely affected by dye wastes, the consumption of these can cause human health problems such as cramps, fever and hypertension. Methylene Blue is a cationic dye widely used in various textile fabrics and its chemical structure contains aromatic amines, potentially causing carcinogenic, toxic effects and non-biodegradable can cause a serious threat to human health. In the view of ecological effect, it decreases oxygen solubility, affects the photosynthetic activity of aquatic life, and decreases the diversity inhibits the synthesis of chlorophyll after dye exposure and reduces photosynthetic rate and consequently the photosynthetic activity of aquatic life. That is why, the removal of methylene blue is essential to the removal of methylene blue is essential to reduce impacts on the environment and living organisms. Adsorption is a suitable method for the removal of dye particles in waste materials. The fact that the structure of the adsorbent has a decisive role on the progress of adsorption makes the synthesis method of adsorbent important. One of the method production of adsorbent is high internal phase emulsion composed of external and internal phase forming 74 % or more of emulsion, which is a versatile technique based on adjusting pore volume, pore size and distribution. In this thesis, crosslinked highly porous volume polymers were prepared with a high internal phase emulsion method (HIPE). Polymerization of the external aqueous phase composed of monomers with 80% organic internal phase gave a flexible and elastic monolith polyHIPE structure and after extraction of internal phase then powdered. The presence of sulfonic groups in the monomer structure provided no longer need of modification steps and enabled loading of high functionality on pore structures. To evaluate the methylene blue adsorption on based polyhipe adsorbents, a variety of parameters were used to detect its effect on adsorption capacity. As as result of all adsorption experiments, the maximum adsorption capacity of the adsorbent was, found as 1483 mg/g for methylene blue, pseudo second order kinetic and langmuir isotherm were obtained more convenient compared to pseudo first order kinetic and freundlich isotherm.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    39730

    Membranlarla gaz ayırma

    Gas separation by membranes

    İSMAİL BÜLBÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1994

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. BİRGÜL TANTEKİN ERSOLMAZ

  2. Tez No

    834308

    Novel biopolymer applications as adsorbent, drug encapsulation and controlled drug release agents

    Adsorban, ilaç kapsülleme ve kontrollü ilaç salımı ajanları olarak yeni biyopolimer uygulamaları

    NİLAY KAHYA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA BEDİA BERKER

  3. Tez No

    958332

    Torrefiye edilmiş orman, deniz ve tarımsal biyokütle numuneleri kullanılarak altın rafinerisi atık çözeltilerinden altın, platin, paladyum ve rodyum giderimi

    Removal of gold, platinum, palladium, and rhodium from gold refinery waste solutions using torrefied forest, marine, and agricultural biomass samples

    CANSU KARGI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUT ERCAN AÇMA

  4. Tez No

    252828

    Akrilik monomer esaslı nanokompozit hidrojellerin elde edilmesi ve uygulamaları

    Preparation of acrylic monomer based nanocomposite hydrogels and their applications

    MERT DALARAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SAADET K. PABUCCUĞLU

  5. Tez No

    776471

    Design of biopolymer-based advanced functional materials

    Biyopolimer esaslı gelişmiş fonksiyonel malzemelerin tasarımı

    SENA ÇİFTBUDAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN

Geri Dön