Kitosan birimi içeren iletken kompozitlerin sentezi ve uygulama alanlarının incelenmesi
Synthesis of conductive composites containing chitosan unit and investigation of application areas
Yazar: ALPER ÖMER YAŞAR
Danışman: PROF. DR. İSMET KAYA
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tez çalışmasında, aldehit fonksiyonel iyonik sıvılar (ALİS'ler) sentezlendi ve sentezlenen ALİS'ler kitosan (Ks) biyopolimer zincirlerinin çapraz bağlanmasında kullanılarak, kitosan-aldehit fonksiyonel iyonik sıvı (Ks-ALİS) malzemeler film ve yapı iskelesi formunda hazırlandı. Ayrıca, kitosan/polianilin (Ks/PAn) kompozitleri sentezlendi ve bu kompozitler kullanılarak kitosan/polianilin-aldehit fonksiyonel iyonik sıvı (Ks/PAn-ALİS) kompozitlerinin film ve yapı iskeleleri oluşturuldu. Öncelikle, dialdehit ve piridinyum fonksiyonel grupları ve farklı karbon zincir uzunluklarına (n= 5, 8 ve 10) sahip olan ALİS bileşikleri (1,1′-(pentan-1,5-diyl) bis(4-formilpiridinyum) dibromür (C5PyBr), 1,1′-(oktan-1,8-diyl) bis(4-formilpiridinyum) dibromür (C8PyBr) ve 1,1′-(dekan-1,10-diyl) bis(4-formilpiridinyum) dibromür (C10PyBr)) sentezlendi. Daha sonra, ALİS'lerin yapıları Fourier dönüşümlü kızılötesi (FT-IR), X-ışını kırınım (XRD), hidrojen nükleer manyetik rezonans (1H-NMR), karbon nükleer manyetik rezonans (13C-NMR) ve morötesi-görünür bölge (UV-vis) spektroskopileri kullanılarak aydınlatıldı. ALİS'lerin termal özellikleri için termogravimetri (TG) ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) analizleri gerçekleştirildi. Hazırlanan malzemeler için FT-IR ile yapı karakterizasyonu, TG ile termal davranışları, taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile yüzey morfolojisi, Brunauer-Emmett-Teller (BET) ile yüzey alanı ve eş-doğrusal 4-nokta tekniği ile elektriksel iletkenlikleri belirlendi. Ks-ALİS filmlerinin elektrik iletkenlik değerinin 1,69 × 10-5 ± 2,37 × 10-5 S cm-1'e kadar ulaştığı belirlendi. Hazırlanan Ks-ALİS filmlerin elektriksel iletkenlik değeri, Ks2 filmlerinden yaklaşık olarak 2700 – 1700 kat aralığında daha iyi elektriksel iletkenliğe sahiptir. Ks/PAn ve Ks/PAn-ALİS kompozitleri FT-IR, TG, SEM ve iletkenlik analizleri için eş-doğrusal 4-nokta tekniği kullanılarak karakterize edildi. Ks/PAn kompozitinin iletkenliği 2,77 × 10-1 ± 0,37 × 10-1 S cm-1 olarak belirlendi. Hazırlanan malzemelerin pH sensörü, HCl ve NH3 buharı sensörü ve metil oranj (MO) boyar maddesinin sulu çözeltilerden uzaklaştırılmasında kullanımı gibi potansiyel uygulama alanları araştırıldı. Ks-ALİS yapı iskelelerinin belirli derişimde NaOH ile muamele edilmesiyle renk değişimini gösteren ΔE değerlerinin Ks2'ninkilerle kıyaslandığında, 8,4 – 6,3 kat daha yüksek olduğu bulundu. Ks/PAn-ALİS filmlerin önce NH3 buharına daha sonra HCl buharına maruz bırakılmasıyla iletkenliğinin yaklaşık olarak 235 kat arttığı belirlendi. Sulu çözeltilerden MO boyar maddesinin uzaklaştırılmasında Ks-ALİS filmleri %99'a varan yüksek bir performans gösterdi. Ayrıca, KS-ALİS filmleri Ks2 filmlerine göre yaklaşık 4 kat daha etkin bir performans sağladığı gözlendi.

Abstract:
In this study, aldehyde functional ionic liquids (ALIS)s were synthesized and chitosan-aldehyde functional ionic liquid (Ks-ALIS) materials were prepared in both film and scaffold forms by using these liquids as crosslink agents in chitosan (Ks) biopolymer chains. In addition, chitosan/polyaniline (Ks/PAn) composites were synthesized and chitosan/polyaniline-aldehyde functional ionic liquid (Ks/PAn-ALIS) composites in both forms were formed using pre-synthesized Ks/PAn composites. Firstly, the ALIS compounds with two aldehyde and pyridinium functional groups and with different carbon chain lengths (1,1′-(pentane-1,5-diyl) bis(4-formylpyridinium) dibromide (C5yBr), 1,1′-(octane-1,8-diyl) bis(4-formylpyridinium) dibromide (C8PyBr) and 1,1′-(decan-1,10-diyl) bis(4-formylpyridinium)dibromide (C10PyBr)) were synthesized. Then, the structures of ALIS compounds were confirmed by Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), hydrogen nuclear magnetic resonance (1H-NMR), carbon nuclear magnetic resonance (13C-NMR) and ultraviolet-visible region (UV-vis) spectroscopy techniques. Thermogravimetric (TG) and differential scanning calorimetry (DSC) analyses were performed for the thermal behavior of the ALIS compounds. For the prepared materials, structural characterization by FT-IR, thermal behavior by TG, surface morphology by scanning electron microscope (SEM), surface area by Brunauer-Emmett-Teller (BET) and electrical conductivity by 4-point probe technique were determined. The electrical conductivity value of Ks-ALIS film was determined to reach up to 1.69 × 10-5 ± 2.37 × 10-5 S cm-1. The electrical conductivity value of Ks-ALIS was more preferable approximately 2700 – 1700 times than that of the Ks2 film. Ks/PAn and Ks/PAn-ALIS composites characterized by FT-IR, TG, SEM, and 4-point probe technique for conductivity analysis. The conductivity value of Ks/PAn composite was determined as 2.77 × 10-1 ± 0.37 × 10-1 S cm-1. The potential application areas such as pH sensor, HCl and NH3 vapor sensor, and the removal of methyl orange (MO) dye from aqueous solutions of the prepared materials were investigated. When the scaffold Ks-ALIS were treated with NaOH,  the ΔE values, which show color change values, were found to be 8.4 - 6.3 times higher than those of Ks2. It was determined that the conductivity of the Ks/PAn-ALIS films increased approximately 235-fold when exposed to NH3 vapor and then HCl vapor. Ks-ALIS films showed the performance of MO dye removal up to 99% from aqueous solutions. In addition, Ks-ALIS films showed more efficiency about 4-fold for MO dye removal performance from aqueous solutions than Ks2 ones.