Kitosan-metal kompleks yapılarının yoğunluk fonksiyonel teorisi ile incelenmesi
Investigation of chitosan-metal complex structures using density functional theory
Yazar: UDAY HACHÜSEYİN
Danışman: PROF. DR. ERGÜN KASAP
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Kitosan (Chitosan-CS), deniz kabuklu canlılarının kabuklarından elde edilen kinin (Chitin) maddesinin deasitilasyonu ile elde edilen doğal zararsız bir polimerdir. Tarım, tıp, ilaç, kağıt, tekstil endüstrilerinin yanında, kirli veya endüstriyel atık sulardan ağır metal iyonlarının uzaklaştırılması gibi çevresel iyileştirme için de kullanılır. Bu tez çalışmasında kitosan'ın özellikleri ve kovalent etkileşimleri nedeniyle endüstriyel atık sularından ağır metal iyonlarını uzaklaştırma yeteneği çevresel iyileştirme amacıyla incelenmiştir. Gaussian 09 moleküler dinamik hesaplama yazılımı kullanılarak yapılan çalışmada, GaussView6 programı ile oluşturulan moleküller B3LYP modelli yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ile incelenmiştir. Hesaplamalarda kitosan için 6-31G(d,p), metal-kitosan için LANL2DZ baz fonksiyonları kullanılmıştır.  Çözücü olarak su kullanılmış, su için Gaussian09 içindeki polarize süreklilik modeli (PCM) potansiyeli hesaba katılmıştır. Hesaplamalar CS ile Ti+2, Al+2, Pb+2 ve As+3 ağır metallerinin oluşturduğu yapılar için yapıldı. Hesaplar CS ve metaller arasındaki etkileşimin neredeyse tüm durumlarda kovalent yapıda olduğunu gösterdi. Kitosan ve metal iyonları için çeşitli elektronik enerji değerlerine sahip yapılar incelendi ve kararlı bir yapısal model belirlendi. Hesaplamalarda bulunan enerji değerleri kitosan'ın metal ile olan bağ konumuna göre değişmektedir, molekülün iki farklı bağ konumu incelendi, hangi yapının daha kararlı olduğu belirlendi.
Çalışma kitosan molekülünün atık sulardan ağır metal iyonlarının uzaklaştırılmasında etkin olarak kullanılabileceğini göstermiştir.  Bu ise çevre kirliliği ve ekosistemlerin korunması için önemlidir.

Abstract:
Chitosan (Chitosan-CS) is a natural, harmless polymer obtained through the deacetylation of chitin, a substance derived from the shells of marine crustaceans. In addition to its applications in agriculture, medicine, pharmaceuticals, paper, and textile industries, it is also used for environmental remediation, such as the removal of heavy metal ions from polluted or industrial wastewater. In this thesis, the ability of chitosan to remove heavy metal ions from industrial wastewater for environmental remediation was investigated due to its properties and covalent interactions. The study, conducted using Gaussian 09 molecular dynamics calculation software, examined molecules created with GaussView6 using density functional theory (DFT) with the B3LYP model. In the calculations, 6-31G(d,p) basis sets were used for chitosan, and LANL2DZ basis sets were used for metal-chitosan. Water was used as the solvent, and the polarized continuum model (PCM) potential within Gaussian09 was considered for water. The calculations were performed for structures formed between CS and heavy metals such as Ti+2, Al+2, Pb+2, and As+3. The results showed that the interaction between CS and metals was covalent in almost all cases. Various electronic energy structures of chitosan and metal ions were examined, and a stable structural model was determined. The energy values found in the calculations varied depending on the bond position of chitosan with the metal, and two different bonding positions of the molecule were analyzed to determine which structure was more stable. 
The study demonstrated that the chitosan molecule can be effectively used for the removal of heavy metal ions from wastewater, which is significant for pollution control and the protection of ecosystems.