Fumarat bazlı metal-organik kafes yapılarının sularda bulunan ilaç atıklarının gideriminde kullanılması
Use of fumarate based metal-organic frameworks for the removal of pharmaceutical wastes in water
Yazar: BURCU SAYOĞLU KARADENİZ
Danışman: PROF. DR. SELİN ŞAHİN SEVGİLİ ; PROF. DR. ŞAHİKA SENA BAYAZİT
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Diklofenak sodyum = Diclofenac sodium ; Metal organik kafesler = Metal–organic frameworks ; Siprofloksasin = Ciprofloxacin ; Zirkonyum = Zirconium

Özet:
Dünya populasyonunun artması ve sanayileşmenin gelişmesiyle birlikte toprak, hava ve su çeşitli kirliliklere maruz kalmıştır. Su kaynaklarının kirlenmesinde ilaç endüstrisinin payı göz ardı edilemez boyuttadır. İlaç etken maddelerinin atık sulardaki oranının artması, bu tarz etken maddelerin çeşitli yöntemlerle kaynaklardan uzaklaştırılması ele alınması gereken konulardan biridir.
Daha öncesinde yapılan çalışmalarda, farmasotik aktif maddelerden diklofenak sodyum ve siprofloksasinin sulu ortamdan uzaklaştırılmasında adsorbent olarak çeşitli malzemeler kullanılmıştır.
Çalışmamızda, diklofenak sodyum ve siprofloksasinin adsorpsiyonunda adsorbent olarak metal organik kafes bileşiği yapısında zirkonyum fumarat kullanılmış olup, adsorpsiyon parametreleri incelenmiştir. Adsorpsiyona temas süresinin, adsorbent miktarının, pH' ın, adsorbatın başlangıç derişiminin, sıcaklığın etkileri incelenmiş olup, mekanizması yalancı birinci dereceden, yalancı ikinci dereceden kinetik modelleri ile belirlenmiştir. Denge çalışmaları Langmuir ve Freundlich izoterm modelleriyle yapılmış olup, elde edilen veriler ışığında adsorpsiyonun termodinamik özellikleri belirlenmiştir.
Siprofloksasin adsorpsiyonunda dengeye gelme süresi 30 dakika, diklofenak sodyum adsorpsiyonunda ise bu süre 15 dakika olarak ölçülmüştür. Optimum adsorbent miktarı siprofloksasin için 0,001 g/20 mL, diklofenak sodyum için 0,004 g/20 mL olarak tespit edilmiştir. Her iki ilaç etken maddesi asidik ortamda maksimum verime ulaşmıştır. Sıcaklığın etkisini incelediğimizde, siprofloksasin için düşük konsantrasyonlarda sıcaklık artışı adsorpsiyon kapasitesini pozitif yönde etkilerken, yüksek konsantrasyonlara çıkıldığında sıcaklık artışı kapasiteyi negatif yönde etkilemektedir. Diklofenak sodyum için sıcaklık değişimiyle adsorpsiyon kapasitesinde ciddi bir farklılık olmadığı gözlemlenmiştir. Çok küçük de olsa sıcaklığın artmasıyla adsorpsiyonda azalma olduğu tespit edilmiştir.
Yalancı birinci dereceden ve yalancı ikinci dereceden kinetik modelleri incelenmiş olup, her iki ilaç etken maddesininde yalancı ikinci dereceden kinetik modele uygun olduğu tespit edilmiştir.
Termodinamik çalışmalarda, siprofloksasin için ΔG0' nin pozitif olduğu tespit edilmiştir, adsorpsiyon reaksiyonunun kendiliğinden gerçekleşmediğini göstermektedir. ΔH0 ve ΔS0 değerleri pozitif bulunmuştur ve reaksiyonun endotermik olduğu belirlenmiştir. Diklofenak sodyum için, 298 K sıcaklığında ΔG0' nin negatif bulunması, adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleştiğini, 303 K sıcaklığında ise ΔG0' nin pozitif bulunması adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleşmediğini göstermektedir

Abstract:
With the increase in the world population and the development of industrialization, soil, air and water have been exposed to various pollutions. The share of the pharmaceutical industry in the pollution of water resources cannot be ignored. The increase in the ratio of drug active substances in wastewater and the removal of such active substances from sources by various methods is one of the issues that need to be addressed.
In previous studies, various materials have been used as adsorbent in the removal of diclofenac sodium and ciprofloxacin, which are pharmaceutical active substances, from aqueous media.
In our study, zirconium fumarate was used as an adsorbent in the adsorption of diclofenac sodium and ciprofloxacin in the structure of metal organic cage compounds, and the adsorption parameters were investigated. The effects of contact time on adsorption, amount of adsorbent, pH, initial concentration of adsorbate, temperature were investigated, and the mechanism was determined by pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models. Equilibrium studies were carried out with Langmuir and Freundlich isotherm models, and the thermodynamic properties of adsorption were determined in the light of the obtained data.
Equilibrium time was measured as 30 minutes in ciprofloxacin adsorption, and this time was measured as 15 minutes in diclofenac sodium adsorption. The optimum amount of adsorbent was determined as 0.001 g/20 mL for ciprofloxacin and 0.004 g/20 mL for diclofenac sodium. Both active ingredients have reached maximum efficiency in acidic environment. When we examine the effect of temperature on the adsorption process, for ciprofloxacin at low concentrations, an increase in temperature affects the adsorption capacity positively, while at higher concentrations, an increase in temperature affects the capacity negatively. It was observed that there was no significant difference in adsorption capacity with temperature change for diclofenac sodium. It has been determined that there is a decrease in adsorption with increasing temperature, albeit very small.
Pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models were examined, and it was found that both active ingredients were suitable for the pseudo-second-order kinetic model.
In thermodynamic studies, ΔG0 was found to be positive for ciprofloxacin, indicating that the adsorption reaction does not occur spontaneously. ΔH0 and ΔS0 values were found positive and we can say that the reaction is endothermic. For diclofenac sodium, ΔG0 is negative at 298 K temperature, adsorption occurs spontaneously, and ΔG0 is positive at 303 K temperature, showing that adsorption does not occur spontaneously.