Altın( III), gümüş(I) ve rodyum(III) iyonlarının poli(2-aminotiyofenol) polimeri ile adsorpsiyonu ve seçiciliğinin incelenmesi
Investigating the selectivity and adsorption of gold(III), silver(I) and rhodium(III) ions with poly(2-aminothiophenol) chelating polymer
Yazar: ÜMİT CAN ERİM
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA GÜLFEN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, poli(2-aminotiyofenol) polimeri sentezlenerek Fourier Transform Infrared Spektrometresi, termal analiz ve taramalı elektron mikroskobu  ile yapısı ve yüzey analizi, potansiyometrik titrasyon ile protonlanma davranışı ve asitlik sabitleri tayin edilmiştir. P-ATF polimeri ile sulu çözeltilerden  altın (Au(III)), gümüş (Ag(I)), ve rodyum (Rh(III)) iyonları adsorpsiyonuna asitliğin etkisi kesikli adsorpsiyonla incelenmiştir. Au(III) ve Ag(I) iyonları adsorpsiyonuna başlangıç konsantrasyonu etkisi, sıcaklığın etkisi kesikli adsorpsiyon ile incelenmiştir.  Ayrıca daha rijit ve geçirgen bir polimer elde etmek için polimer PVC ile hamur haline getirilmiş ve kolon dolgu maddesi olarak kullanılarak Fe(III), Cu(II) ve Ni(II) iyonları yanında Au(III) ve Ag(I) iyonlarına seçiciliği incelenmiştir.
Asitliğin etkisinin incelendiği çalışmalarda p-ATF polimerinin maksimum adsorpsiyon yaptığı asitlik seviyesi Au(III) iyonları için 3 M HCl konsantrasyonu olarak bulunmuş, Ag(I) iyonlarının maksimum adsorplandığı asitlik 1 M HNO3 konsantrasyonunda olduğu bulunmuştur. Ancak Ag(I) adsorpsiyonunda asitliğin fazla etkili olmadığı, ve 3 M ve pH 5 asitlik aralığında herhangi bir asitlik ortamında çalışılabileceği görülmüştür. Adsorpsiyon verileri Langmuir, Freundlich ve Dubinin–Radushkevich (D-R) izotermlerine uygulanmıştır. Au(III) ve Ag(I) adsorpsiyon verilerinin Langmuir adsorpsiyon izotermine uyduğu bulunmuştur. Adsorpsiyon kapasiteleri Au(III) ve Ag(I) iyonları için sırasıyla 41,67 mg/g ve 71,94 mg/g olarak Langmuir izoterminden hesaplanmıştır. Yapılan kinetik çalışmalarında her iki metal iyonu için adsorpsiyonun pseudo ikinci mertebe (yalancı ikinci mertebe) kinetik modeline uygun olduğu bulunmuştur. Au(III) ve Ag(I) adsorpsiyonlarının termodinamik çalışmaları yapılmış ve her bir adsorpsiyon için serbest enerjideki değişim (ΔG°), entalpi (ΔH°) ve entropi (ΔS°) değerlerinin yanı sıra reaksiyonların aktivasyon enerjileri de hesaplanmıştır. P-ATF polimeri üzerine Au(III) ve Ag(I) iyonları adsorpsiyonunun çalışılan sıcaklıklarda istemli yürüdüğü belirlenmiştir. P-ATF polimeri üzerine Rh(III) iyonu adsorpsiyonu oldukça düşük (1,75 mg/g) ve yavaş gerçekleştiği için efektif ve ekonomik olmadığı bulunmuştur. Yapılan kolon çalışmalarında, p-ATF polimerinin Fe(III), Cu(II) ve Ni(II) iyonları yanında Au(III) ve Ag(I) iyonlarına seçici olduğu ve seçimli olarak ayırma ve ön zenginleştirme işlemlerinde kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
In this study, poly(2-aminothiophenol) (p-ATP) polymer was synthesized and studied thoroughly. Its structure was analyzed through Fourier Transform Infrared Spectrometer and thermogravimetric analysis / differential thermal analysis, whereas its structure and surface analysis was performed by scanning electron microscobe and its protonating behavior and acidity constant were determined by potentiometric titration method. The effect of acidity on the adsorption of gold (Au(III)), silver (Ag(I)), and rhodium (Rh(III)) ions in aqueous solution on p-ATP polymer was examined using batch method. The influences of initial concentration and temperature on Au(III) and Ag(I) ion adsorption were scrutinized by batch method. Furthermore, to obtain a more rigid and selective polymer, it was kneaded with PVC, and using it as a column stuffing material, its selectivity of Fe(III), Cu(II) and Ni(II) ions along with Au(III) ve Ag(I) was studied. 
The optimum acidity level for Au(III) ions was determined as 3 M HCl, where p-ATP polymer reached maximum adsorption, whereas this value was found to be 1 M HNO3 for Ag(I) ions. However, acidity was found less effective in Ag(I) adsorption and any acidity conditions between 3 M and pH 5 was suitable for analysis. The adsorption data were applied to Langmuir, Freundlich and Dubinin–Radushkevich (D-R) isotherm models.  It was observed that Au(III) and Ag(I) adsorption data accommodated more efficiently to The Langmuir isotherm than The Freundlich and The D-R isotherms. The adsorption capacities for Au(III) and Ag(I) ions were calculated as 41.67 mg/g and 71.94 mg/g, respectively. In the kinetic studies, the adsorption values of both metals were found to fit pseudo second order model. Furthermore thermodynamics of Au(III) and Ag(I) adsorptions were studied. For each adsorption, Gibbs free energy change (ΔG°), enthalpy (ΔH°), entropy (ΔS°) values, and activation energies of reactions were calculated. Adsorptions of Au(III) and Ag(I) on p-ATP polymer occurred spontaneously and feasibly at the temperatures studied in the experiments. As Rh(III) ion adsorption on p-ATP polymer was extremely low (1.75 mg/g) and took place slowly, an effective and economical selectivity through this method could not be obtained. In the column studies, p-ATP was found to be selective, for Au(III) and Ag(I) ions over Fe(III), Cu(II) and Ni(II) base metal ions. Therefore, p-ATP was suggested as a feasible polymer to be used in selective separation and pre-concentration studies.