Metal iyonu adsorbsiyonu için dendrimerik yapıların sentezi, karakterizasyonu ve uygulaması
Synthesis, characterization and application of dendrimeric structures for metal ion adsorption
Yazar: DILGEŞ BASKIN
Danışman: PROF. DR. İKBAL KOYUNCU ; PROF. DR. TARIK EREN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Dendrimerler = Dendrimers ; Jelleşme = Gelation ; Katı faz özütlemesi = Solid phase extraction ; Kimya teknikleri-analitik = Chemistry techniques-analytical

Özet:
Metal adsorpsiyon çalışmaları hızla önem kazanmakta ve son zamanlarda geliştirilen birçok fonksiyonel adsorban çeşitleriyle karşılaşmak mümkündür. Bu doktora tezi kapsamında, oluşturulan serbest radikallerin kürlenmesiyle üretilen jel formülasyonlarında kullanılan metakril, amin, ve fosfonat gruplarına sahip çok işlevli PAMAM G2'nin (Poliamidoamin) sentezi yapıldı. UV ile kürlenen jel formülasyonu, akrilamid, bisakrilamid ve polietilen glikol diakrilat varlığında gerçekleştirilmiştir. Ortaya çıkan yeni sorbentlerin (jeller) adsorpsiyon çalışması bir dizi metal ile gerçekleştirilmiştir. Kapsamlı bir çalışma ile, bir seri jel üretilmiş olup bu jellerin yapı-özellik (fonksiyonel grup – adsorban özelliği) ilişkisi, PAMAM G2 üzerinde farklı miktarlarda amin ve / veya fosfonat ester grupları kullanılarak yürütülmüştür. Bir dizi sert, orta ve yumuşak iyonik tür içinde seçilen metaller Cr3+, Fe3+, Ni2+, Cu2+, Ag+ ve Cd2+ 'dır. Adsorpsiyon çalışması, pH optimizasyonu başta olmak üzere optimum parametrelerin belirlenmesi ve devamında Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modellerine uygulanmasıyla ortaya kondu. Çok işlevli jel adsorbanların metal iyonları uzaklaştırma yüzdeleri ve adsorpsiyon kapasiteleri, atomik absorpsiyon spektroskopisi kullanılarak ilgili konsantrasyonların belirlenmesi ile hesaplandı. Jel formülasyonundaki genel amino, fosfonat içeriği varlığı ile metal iyonlarını uzaklaştırmak için şişme yoğunlukları arasında bir ilişki olduğu gözlendi. Jel formülasyonuna dendrimer eklenmesi, dendrimer birimlerine sahip olmayan BARE GEL formülasyonuna göre adsorpsiyon kapasitesini arttırdı. Sonuç olarak adsorban özelliği ile metal iyon tutma arasındaki çalışmalar ortaya kondu. 
Çalışmanın ikinci bölümünde, yüksek metal şelatlı etilendiamin çekirdekli poliamidoetanol 4 (PAMAM-G4-OH), manyetik nanopartiküller (Fe-MNP-G4-OH) oluşturmak üzere demir ile kapsüllendi ve katı faz olarak kullanıldı. Alevli atomik absorpsiyon spektrometrisi (FAAS) ile ultra eser seviyelerde tayin için çay ekstraktından bakır, nikel ve kobaltın ön konsantre edilmesi için dağıtıcı-katı faz ekstraksiyon (D-SPE) adsorbanı sentezlendi. Fe-MNP-G4-OH nanoparçacığı literatürdeki benzer çalışmalara kıyasla farklı bir yöntemle sentezlendi ve 1H-NMR, 13C-NMR, FTIR ve HRMS ile karakterize edildi. G4-OH-D-SPE-FAAS yönteminin optimal koşullar altında, tespit limitleri (LOD) doğrudan FAAS ölçümüne göre, Cu2+, Co2+ ve Ni2+ için yaklaşık 126, 80 ve 63 kat daha düşüktü.

Abstract:
Metal adsorption studies are getting important and there are many functional adsorbents developed recently. Here, we report synthesis of multifunctional PAMAM G2 (Polyamidoamine) possessing methacryl, amine and phosphonate groups used in free radical curing gel formulations. UV curable gel formulation is conducted in the presence of acrylamide, bisacrylamide and polyethylene glycol diacrylate. Adsorption study of the resulting novel sorbents (gels) are carried out with a series of metals. Through a comprehensive study, structure-property relationship of the series gels is conducted by using different amount of amine, and/or phosphonate ester groups on the PAMAM G2. Selected metals are Cr3+, Fe3+, Ni2+, Cu2+, Ag+ and Cd2+ within a series of hard, intermediate, and soft ionic species. Metal ions removal percentages and adsorption capacities of multi-functional gel adsorbents are calculated by using atomic absorption spectroscopy. It is observed that there is a relationship between the overall amino, phosphonate content presence in gel formulation and swelling densities for removing the metal ions. Introducing dendrimer into the gel formulation enhanced the metal ions adsorption against to Bare GEL formulation which do not possess dendrimer units. Consequently, the maximum removal efficiencies have been obtained for a series of metals. 
In the second part, the high metal-chelating ethylenediamine core polyamidoethanol generation-4 (PAMAM-G4-OH) was encapsulated with iron to form magnetic nanoparticles (Fe-MNP-G4-OH) and used as a solid-phase microextraction (D-SPE) adsorbent to preconcentrate nickel, copper, and cobalt from tea infusion samples for determination at ultra-trace levels by flame atomic absorption spectrometry (FAAS). Fe-MNP-G4-OH nanoparticle was synthesized by a different method compared to similar studies in the literature and characterized by 1H-NMR, 13C-NMR, FTIR, and HRMS. Under the optimal conditions, the limits of detection (LOD) of the G4-OH-D-SPE-FAAS technique for Cu2+, Co2+, and Ni2+ were approximately 126, 80, and 63 times lower than for direct FAAS measurement.