Aljinat/grafen oksit nanobiyokompozitlerinin sentezlenmesi, karakterizasyonu ve sulu çözeltilerden Th (IV)) iyonlarının giderim özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of alginate/graphene oxide nanobiocomposite and investigation of removal properties of Th (IV) ions from aqueous solutions
Yazar: NİLDENİZ ADMAN
Danışman: PROF. DR. SABRİYE YUŞAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Günümüzde endüstriyel üretimin artması ve artan enerji ihtiyacına bağlı olarak santral sayısının artmasının da üretilen atıkları arttırdığı ve atık yönetiminin önem kazandığı görülmektedir. Nükleer enerji üretiminden kaynaklanan radyoaktif atıkların yönetimi, yüksek ekonomik ve sosyal etkileri nedeniyle dünyada önemli bir konu olarak kabul edilmektedir. Bu çalışmada grafen oksit/aljinat nanobiyokompozitleri farklı sentez koşullarında sentezlenmiş ve sulu çözeltilerden Th (IV) iyonlarının gideriminde adsorban olarak kullanılmıştır. Sentezlenen nanobiyokompozitlerin karakterizasyonu için BET yüzey alanı, SEM, TEM, FT-IR ve XRD gibi karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. Adsorpsiyon çalışmalarında çözelti pH'ı, temas süresi, başlangıç Th (IV) konsantrasyonu ve sıcaklık gibi adsorpsiyon verimini etkileyen parametreler, merkezi kompozit tasarım (CCD) kullanılarak incelenmiştir. Deney tasarımı için uygulanan modelin %95 güven aralığı içerisindeki ANOVA (analysis of variance) analizi incelenmiş ve model ile deneysel bulguların uyumuna bakılmıştır. Anlamlılık F değerinin 0.05 den küçük olması (%95 güven aralığında) modelin istatistiksel olarak önemli olduğunun göstergesidir. Modelin önemlilik F değerinin P<0.05 ve model F değerinin 1. Yöntem ile hazırlanan nanobiyokompozit için 23.77 ve 2. Yöntem ile hazırlanan nanobiyokompozit için 39.45 olarak elde edilmesi, regresyonunun istatistiki olarak yüksek değer gösterdiğini belirtmektedir. Korelasyon katsayısı (R2) değerinin 1. Yöntem için %95.69 ve 2. yöntem için %97.36 olarak belirlenmesi, gözlenen değerlerle öngörülen değerler arasında yüksek bir uyumluluk olduğunu göstermektedir.  
CCD sonuçlarına göre, ana etkilerden derişimin 1. Yöntem ile elde edilen malzemelerle yapılan adsorpsiyon prosesinde arttırıcı yönde, pH, zaman ve sıcaklığın ise istatistiksel olarak anlamlı bir değişikliğe yol açmadığı görülmüştür. Aynı şekilde 2. Yöntem ile elde edilen malzemelerle yapılan adsorpsiyon prosesinde derişim, süre ve sıcaklığın arttırıcı yönde, pH'nin ise istatistiksel olarak anlamlı bir değişikliğe yol açmadığı görülmüştür. 1. yöntem için; katsayıların mutlak değerlerine bakıldığında etki sıralamasının en fazla derişim (13.45) olarak gerçekleştiği görülmektedir. 2. yöntem için ise; katsayıların mutlak değerlerine bakıldığında etki sıralamasının en fazla derişim (15.66) sonra sıcaklık (2.64) ve süre (1.86) olarak gerçekleştiği görülmektedir.
Adsorpsiyon modelinin belirlenmesi için Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich izotermleri kullanılmış ve ilgili parametreler hesaplanmıştır. Ayrıca entalpi, Gibbs serbest enerji değişimi ve entropi gibi adsorpsiyon termodinamik parametreleri hesaplanmıştır.

Abstract:
Nowadays, it is seen that the increase in industrial production and the increase in the number of power plants due to the increasing energy need also increases the waste generated and waste management becomes important. The management of radioactive wastes from nuclear energy production has been recognized as an important issue in the world due to its high economic and social effects. 
In this study, graphene oxide / alginate nanobiocomposites were synthesized under different synthesis conditions and used as adsorbents in the removal of Th (IV) ions from aqueous solutions. For the characterization of synthesized nanobio composites, BET surface area, SEM and TEM images, FT-IR spectrometer, XRD techniques were used. In the adsorption studies, the parameters affecting the adsorption efficiency were investigated such as solution pH, contact time, Th (IV) concentration and temperature using central composite design (CCD). ANOVA (analysis of variance) analysis within the 95% confidence interval of the model applied for the experimental design and the compatibility of the model with the experimental findings was examined. Relevance F value less than 0.05 (95% confidence interval) indicates that the model is statistically significant. The fact that the relevance F value of the model was P <0.05 and the model F value was 23.77 for the nanobiocomposite prepared by the 1st method and 39.45 for the nanobiocomposite prepared by the 2nd method indicates that its regression is statistically high. The coefficient of correlation (R2) as 95.69% for the 1st method and 97.36% for the second method shows that there is a high coordination between the observed values and predicted values. 
According to the CCD results, it was observed that the concentration of the main effects increased in the adsorption process made with the materials obtained by the 1st method, and the pH, time and temperature did not cause a statistically significant change. Likewise, in the adsorption process made with the materials obtained by the 2nd method, it was observed that the concentration, time and temperature had an increasing effect, and the pH did not cause a statistically significant change. For the 1st method; considering that the absolute values of the coefficients, it is seen that the order of effect is the highest concentration (13.45). For the second method; considering that the absolute values of the coefficients, it is seen that the ranking of the effect is the highest concentration (15.66), then temperature (2.64) and time (1.86).
For the determination of the adsorption model, Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich isotherms were used and corresponding parameters are calculated. And also, adsorption thermodynamic parameters were calculated such as enthalpy, Gibbs free energy change and entropy.