Poli(2,5-dihidro-2,5-dimetoksifuran)'ın fonksiyonlandırılması ve fonksiyonlandırmaların metal iyonu adsorpsiyonu üzerine etkilerinin incelenmesi
Functionalization of poly(2,5-dihydro-2,5-dimethoxyfuran) and investigation of the effects of functionalizations on metal ion adsorption
Yazar: MUTLUHAN BIYIKOĞLU
Danışman: PROF. DR. GÜLSU AKIN ÖKTEM
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Ağır metal iyonları = Heavy metal ions ; Ağır metal kirliliği = Heavy metal pollution ; Katyonik polimerleşme = Cationic polymerization

Özet:
Bu çalışmada atık sularda bulunabilen ve doğada tehdit oluşturan Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) ağır metal iyonlarının poli(2,5-dihidro-2,5-dimetoksifuran), pDHMF, ve modifikasyonu ile elde edilen modifye pDHMF'ler kullanılarak, sulu çözeltilerden adsorpsiyonla uzaklaştırılmaları araştırılmış ve adsorpsiyonların kinetik parametreleri ile adsorpsiyon izotermlerine uygunlukları incelenmiştir.pDHMF, cis,trans-2,5-dihidro-2,5-dimetoksifuranın dioksan içerisinde SnCI4 ile polimerleştirilmesiyle elde edilmiştir. pDHMF NaOH, CS2, POCl3 ve 2-aminotiazol ile modifiye edilmiştir. Elde edilen ürünlerin yapısal analizleri Elementel Analiz, Enerji Dağılımı, EDS, ve FT-IR spektroskopileri ile, termal özellikleri TG/DTA analizleri ile ve yüzey özellikleri yüzey alanı ve gözeneklilik ölçümleri ve Taramalı Elektron Mikroskobu, SEM, ile karakterize edilmiştir. pDHMF ve modifiye pDHMF'ler üzerine Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) iyonlarının adsorpsiyonuna pH, metal iyonu derişimi, adsorpsiyon süresi ve sıcaklığın etkilerini belirlemek üzere Kesikli yöntem ile adsorpsiyonlar gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon sonuçları Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich izoterm modellerine ve 1. ve 2. derece kinetik eşitliklere uygulanmıştır. Elde edilen izoterm ve kinetik parametreler adsorpsiyonların Freundlich ve Dubinin-Radushkevich İzotermleri ile 2. derece kinetik eşitliğe uyduğunu göstermiştir. Hesaplanan adsorpsiyon serbest enerji değerleri ve adsorpsiyon ısıları, pDHMF ve modifiye pDHMF reçineleri üzerine Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) iyonlarının adsorpsiyonlarında fiziksel bağlanmanın etkin olduğunu göstermiştir.Maksimum adsorpsiyonun gerçekleştiği pH'lar 3 iyon için de yaklaşık 5.0 olarak belirlenirken, Fe(III) iyonlarının çökme ihtimaline karşı Fe(III) adsorpsiyonlarının pH=4.0'da çalışılması tercih edilmiştir. pDHMF üzerine Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) iyonlarının 250 mg M+n/L ve üstü derişimli çözeltilerde maksimum denge adsorpsiyon kapasiteleri 120 dakika sonunda sırasıyla 30 mg Fe(III)/g pDHMF, 40 mg Pb(II)/g pDHMF ve 44 mg Zn(II)/g pDHMF olarak belirlenmiştir. Modifikasyonların optimum pH ve maksimum adsorpsiyon süresi üzerinde herhangi bir etkisi gözlenmezken pDHMF'ın adsorpsiyon kapasitesini artırdığı görülmüştür. Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) iyonlarının elde edilen en yüksek maksimum denge adsorpsiyonları sırasıyla AT/pDHMF, NaOH/pDHMF ve CS2/pDHMF reçineleri için 62 mg Fe(III), 155 mg Pb(II) ve 70 mg Zn(II)/g reçine olarak elde edilmiştir. Modifiye reçineler ile gerçekleştirilen adsorpsiyonlarda maksimum denge adsorpsiyon kapasiteleri 1.5-4.0 kat artmıştır.Anahtar Kelimeler: Poli(2,5-dihidro-2,5-dimetoksifuran), Adsorpsiyon,Katyonik polimerleşme, Ağır metal adsorpsiyonu

Abstract:
In this study, removal of Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) ions which can be found in wastewaters and hazardous to nature, were investigated by their adsorption on to poly(2,5-dihydro-2,5-dimethoxyfuran), pDHMF, and modified/pDHMF resins, obtained from the modification of pDHMF. The applicability of the adsorption data to the kinetic and isotherm models were also studied.pDHMF was obtained from the polymerization of cis,trans-2,5-dihydro-2,5-dimethoxyfuran with SnCl4 in dioxane. pDHMF was modified with NaOH, CS2, POCl3 and 2-aminotiazole. Structural analysis of the obtained resins were conducted with elemental analysis and Energy Dispersive, EDS, and FT-IR Spectroscopies, thermal properties dertermined by TG/DTA analyses and surface analysis carried out with Scaning Electron Microscopy (SEM) and surface area and porosity measurements.In order to clarify the effects of pH, metal ion concentration, adsorption time and temperature on the adsorption of Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) on to pDHMF and modified pDHMF?s Batch process adsorptions were carried out. Adsorption results were applied to Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich isotherms and first- and second-order kinetic models. The obtained isotherms and kinetic parameters showed that the adsorptions follow a second-order kinetics and fitted well to Freundlich and Dubinin-Radushkevich isotherms. The calculated free energy and heat of adsorption values indicated a physical adsorption of Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) ions on to pDHMF and modified pDHMF resins.Maximum adsorption of the ions on to pDHMF and modified pDHMF resins were obtained at around pH?s 5.0. However, in order to prevent any precipitation, Fe(III) adsorptions were carried out at pH=4.0. The maximum Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) equilibrium adsorption capacities of pDHMF were found to be 30 mg Fe(III)/g pDHMF, 40 mg Pb(II)/g pDHMF and 44 mg Zn(II)/g pDHMF in solutions with 250 mg M+n/L or higher concentrations, respectively. Modifications did not affect optimum pH and the time of maximum adsorption, while an increase in the adsorption capacities were observed. The highest maximum equilibrium adsorptions for Fe(III), Pb(II) ve Zn(II) with AT/g pDHMF, NaOH/g pDHMF and CS2/g pDHMF resins were obtained as 62 mg Fe(III), 155 mg Pb(II) and 70 mg Zn(II)/g resin, respectively. It was found that adsorption capacity of pDHMF increased by 1.5-4.0 times by modification.Key Words: Poly(2,5-dihydro-2,5-dimethoxyfuran), Adsorption, Cationic polymerization, Heavy metal adsorption