Zeolit ve metakrilik asit içeren polimerik kompozit üzerinde Ag (I) adsorpsiyonu
Adsorption of Ag (I) on polymeric composite containing zeolite and methacrylic acid
Yazar: NAVID ALLAH YAR
Danışman: PROF. DR. CEMAL ÖZEROĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fiziksel Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Yaşadığımız gezegeni kirleten bir çok kirletici yanı sıra, gümüş iyonu gibi ağır metal iyonları da çevre ve su kirliliğine neden olup, tüm canlılar ve ekosistem için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Dolayısıyla, gümüş iyonu gibi ağır metalleri atık sulardan arındırmada yıllardır uygulanan çeşitli yöntemler ve bilimsel araştırmalar durumun ciddiyetini ve önemini vurgulamaktadır. Bu sebeple, bu tez çalışmasında metakrilik asit (MA) içeren çapraz bağlı kopolimer kullanarak atık sulardan gümüş iyonu arındırma amaçlandı ama çözeltideki günüş iyonları ile kopolimerdeki MA fonksiyonel gruplar arasındaki zayıf etkileşimden dolayı, bu kopolimer, gümüş iyonlarının adsorpsiyonu için oldukça düşük performans gösterdi. Bu nedenle, polimerdeki tüm uygun karboksilik asit gurupları sodyum metakrilata dönüştürüldü. Farklı pH değerleri, temas süresi, başlangıç Ag(Ι) konsantrasyonu ve adsorban miktarında, çapraz bağlı kopolimerin gümüş iyonu adsorpsiyon özelliklerini incelemek için batch metodu kullanıldı. Gümüş iyonunun çapraz bağlı kopolimer üzrindeki adsorpsiyon yüzdesi, pH değerleri 2 den 3'e kadar arttığında belirgin bir artış gösterip ve daha sonra pH değeri 6 ya ulaştığında dengeye geldiği gözlemlendi. Adsorpsiyon verilerinin, Freundlich, Langmuir ve Dubinin-Radushkevich (D-R) gibi bazı yaygın izotermlere uyumluluğu saptandı. D-R izotermi kullanılarak, adsorpsiyon kapasitesi ve adsorpsiyon serbest enerjisi gibi bazı önemli adsorpsiyon parametreleri hesaplandı. Sodyum metakrilat fonksiyonel gurupları içeren çapraz bağlı kopolimer kullanarak sulu çözeltilerden gümüş iyonu adsorpsiyonunun termodinamiği incelenip, termodinamik parametreleri (ΔH0, ΔS0 and ΔG0) hesaplandı.
Adsorpsiyon verilerinin kinetik modellere uyumluluğu, Elovich, modifiye Freundlich, yalancı birinci ve yalancı ikinci dereceden kinetik modelleri kullanılarak değerlendirildi. Gümüş iyonu adsorpsiyonu en iyi yalancı ikinci dereceden kinetik model ile uygunluk gösterdiği saptandı. Bu tez çalışmasının devamında, etilen glikol dimetakrilat (EGDM), metakrilik asit ve farklı miktarlarda zeolit (25 g ve 50 g) içeren iki polimerik kompozit, BPO-DMA başlatıcı sistem kullanarak oda sıcaklığında (298 K) sentezlendi. Polimerik kompozitler Fourier-Transform-Infrared (FTIR) ve Termogravimetrik Analizi (TGA) ile karakterize edildi. Farklı pH değerleri, temas süresi, başlangıç Ag(Ι) konsantrasyonu ve adsorban miktarının etkisi batch metodu kullanılanarak MANa içeren çapraz bağlı kopolimer de yapıldığı gibi kompozitler için de incelendi. Adsorpsiyon yüzdesinin en yüksek değeri pH 6'da elde edildi. Denge izotermlerini tanımlamak için lineer Langmuir ve Freundlich modelleri kullanıldı ve her iki modelin de uyum gösterdiği saptandı. PMAZ25 ve PMAZ50'nin tek katmanlı adsorpsiyon kapasitesi, sırasıyla 0,116 mg/g ve 0,139 mg/g olarak hesaplandı. D-R izotermi kullanarak hesaplanan adsorpsiyonun ortalama serbest enerji değerleri (EPMAZ25=15.384 kJ/mol, EPMAZ50=14.72 kJ/mol), PMAZ25 ve PMAZ50 polimerik kompozitler üzerine gümüş iyonu adsorpsiyonu iyon değiştirici mekanizması ile gerçekleşmiş olabileceğini belirtmektedir. Ag(Ι)'in polimerik kompozitler üzerindeki adsorpsiyonunun kinetik çalışmalarında adsorpsiyon sürecinin ilk 60 dakikada oldukça hızlı olup 100 dakika sonunda dengeye ulaştığı gözlemlendi. Deneysel sonuçların, Elovich, yalancı birinci ve yalancı ikinci dereceden kinetik modellerine uygunluğu incelendi ve MANa-EGDM kopolimerinde olduğu gibi kinetik verilerin en iyi yalancı ikinci mertebe kinetik modeli ile uygunluk gösterdiği saptandı.

Abstract:
In addition to many pollutants that pollute the planet we live in, heavy metal ions such as silver ions cause environmental and water pollution and pose a serious threat to all living things and ecosystems. Therefore, various methods and scientific studies that have been applied for years in removing heavy metals such as silver ions from wastewater emphasize the seriousness and importance of the situation. For this reason, in this thesis, it was aimed to remove silver ions from wastewater by using a crosslinked copolymer containing methacrylic acid (MA), but due to the weak interaction between the silver ions in the solution and the MA functional groups in the copolymer, this copolymer showed very poor performance for the adsorption of silver ions. Therefore, all suitable carboxylic acid groups in the polymer were converted to sodium methacrylate. The batch method was used to examine the silver ion adsorption properties of the crosslinked copolymer at different pH values, contact time, initial Ag(Ι) concentration and adsorbent amount. It was observed that the percentage of silver ion adsorption on the crosslinked copolymer showed a significant increase when the pH values increased from 2 to 3, and then came to equilibrium when the pH value reached 6. The compatibility of the adsorption data with some common isotherms such as Freundlich, Langmuir and Dubinin Radushkevich (D-R) was determined. Using the D-R isotherm, some important adsorption parameters such as adsorption capacity and adsorption free energy were calculated. Thermodynamics of silver ion adsorption from aqueous solutions using crosslinked copolymer containing sodium methacrylate functional groups were investigated and thermodynamic parameters (ΔH0, ΔS0 and ΔG0) were calculated. The compatibility of the adsorption data to the kinetic models was evaluated using the Elovich, modified Freundlich, pseudo-first- and pseudo-second-order kinetic models. Silver ion adsorption was found to be in good agreement with the pseudo-second order kinetic model. In the continuation of this thesis, two polymeric composites containing ethylene glycol dimethacrylate (EGDM), methacrylic acid and different amounts of zeolite (25 g and 50 g) were synthesized at room temperature (298 K) using BPO-DMA initiator system. Polymeric composites were characterized by Fourier-Transform-Infrared (FTIR) and Thermal Gravimetric Analysis (TGA). The effects of different pH values, contact time, initial Ag(Ι) concentration and amount of adsorbent were investigated for composites as well as for crosslinked copolymer containing MANa using batch method. The highest value of adsorption percentage was obtained at pH 6. Linear Langmuir and Freundlich models were used to define equilibrium isotherms, and both models were found to be in good agreement. The monolayer adsorption capacity of PMAZ25 and PMAZ50 was calculated as 0.116 mg/g and 0.139 mg/g, respectively. The average free energy values of the adsorption calculated using the D-R isotherm (EPMAZ25=15.384 kJ/mol, EPMAZ50=14.72 kJ/mol) indicate that silver ion adsorption on PMAZ25 and PMAZ50 polymeric composites may have occurred by the ion exchange mechanism. In the kinetic studies of the adsorption of Ag(Ι) on polymeric composites, it was observed that the adsorption process was quite fast in the first 60 minutes and reached equilibrium at the end of 100 minutes. The suitability of the experimental results to the Elovich, pseudo-first- and pseudo-second-order kinetic models was examined, and it was found that the kinetic data were in good agreement with the pseudo-second-order kinetic model, as in the MANa-EGDM copolymer.