Atık sulardaki ağır metallerin kitosan (chıtosan) ile arıtılmasının moleküler dinamik metotla (DFT) hesaplanması
Calculation of the purification of heavy metals in waste water with chitosan by the molecular dynamic method (DFT)
Yazar: SEVGİ İPEK
Danışman: PROF. DR. ERGÜN KASAP
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında Moleküler Dinamik Metotla (DFT) kitosan (Chitosan) molekülünün atık ve kirli suların ağır metallerden temizlenmesi ve arındırılması amacı ile kullanımı çalışılmıştır. Deniz kabuklularından elde edilen doğal bir polimer olan kitosan molekülünün dimer yapısının A ve B tipi olmak üzere iki farklı yapısı çalışıldı. Çalışma DFT için geliştirilmiş Gaussian09 yazılımı kullanılarak yapıldı. GausView6 kullanılarak oluşturulan moleküllerin yazılım yardımı ile benzetim hesaplamaları yapıldı. Hesaplamalarda ağır metal iyonları içeren (Ni +2, Cu +2 ve Co +2 ) atık sulardaki metal iyonları ile kitosan arasındaki etkileşmelere bakıldı. Gaussian09 yazılımı ile hesaplamalarda DFT metodu altında değişim-korelasyon fonksiyoneli olarak B3LYP, kitosan molekülünün hesaplamalarında 6-31G(d,p) temel seti, ağır metal iyonları içeren (Ni +2, Cu +2 ve Co +2 ) komplekslerinin hesaplamalarında da LANL2DZ temel seti kullanıldı.  Solvent olarak su kullanıldığı için potansiyel hesaplamalarına polarize edilebilir süreklilik modeli (PCM) dahil edildi. Hesaplamalar sulu ve susuz ortamda yapılarak suyun etkisi belirlendi. Hesaplama sonuçları kitosan ile ağır metal türleri (Ni +2, Cu +2 ve Co +2 ) arasındaki kimyasal bağ oluştuğunu, kitosanın sulu ortamlarda ağır metallerin uzaklaştırılmasında bir adsorban olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Çalışma sonucunda deniz kabuklularının atıklarından elde edilebilen kolay ve ucuz bir doğal polimer olarak kitosanın, kirli sulardaki ağır metallerin giderilmesi ile çevre temizliğinde kullanılabilir bir temizleyici olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the use of the chitosan molecule in removing and purifying heavy metals from wastewater and contaminated water was studied using the Molecular Dynamics Method (DFT). The dimer structure of chitosan, a natural polymer derived from shellfish, was analyzed in two different forms, Type A and Type B. The study was conducted using the Gaussian09 software developed for DFT calculations. Simulations of the molecules created with GaussView6 were carried out with the help of the software. The interactions between chitosan and metal ions in wastewater containing heavy metal ions (Ni+2, Cu+2, and Co+2) were examined. In calculations with Gaussian09 software under the DFT method, the B3LYP exchange-correlation functional was used, along with the 6-31G(d,p) basis set for chitosan molecule calculations, and the LANL2DZ basis set for complexes containing heavy metal ions (Ni+2, Cu+2, and Co+2). Since water was used as the solvent, the polarizable continuum model (PCM) was included in potential calculations. Calculations were performed in both aqueous and non-aqueous environments to determine the effect of water. The calculation results showed that chemical bonds form between chitosan and heavy metal species (Ni+2, Cu+2, and Co+2) and that chitosan can act as an adsorbent for removing heavy metals in aqueous environments. As a result, it was determined that chitosan, an easily accessible and inexpensive natural polymer derived from shellfish waste, can be used as a purifier for environmental cleaning by removing heavy metals from contaminated water.