Organo kil içeren krotonik asit esaslı hidrojellerin sentezi ve uygulamaları
Synthesis and applications of crotonic acid based hydrogels containing organo clay
Yazar: AYBÜKE KOÇ
Danışman: DOÇ. DR. IŞIL ACAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Çevre kirliliği, gelişen teknoloji ve endüstrileşme ile gün geçtikçe artmaktadır. Tekstil ve boyar madde endüstrilerinden açığa çıkan renkli atık sular, estetik olarak istenmeyen bir görüntü oluşturmanın yanı sıra, aynı zamanda sudaki yaşamı sağlayan pek çok kimyasal reaksiyon için gerekli güneş ışığının su içine nüfuz etmesini de engellerler. Son yıllarda, çevresel kaygılar sebebiyle, araştırmacılar, atık sularda bulunan temel boyar maddelerin miktarının azaltılmasına odaklanmıştır. Boyar maddelerin atık sulardan giderilmesi için, koagülasyon/flokülasyon, oksidasyon/ozonizasyon, membran ayırma ve adsorpsiyon gibi pek çok geleneksel metot bulunmaktadır. Adsorpsiyon prosesi, popüler boyar madde giderme yöntemlerinden biridir ve boyar madde adsorpsiyonunda çeşitli doğal ve sentetik adsorbanlar kullanılmaktadır. Günümüzde, çeşitli polimer tipleri ve nanokompozit hidrojel yapılar, boyar maddelerin gideriminde alternatif adsorbanlar olarak kullanılabilmektedir.xvi
Bu tez çalışmasının amacı, "N-vinilpirolidon (NVP), krotonik asit (CA), akrilik asit (AA) ve organokil (OC)" esaslı kopolimerik ve terpolimerik nanokompozit hidrojellerin, sentezi, karakterizasyonu ve katyonik boyar madde uzaklaştırılmasında kullanımının araştırılmasıdır. Bu amaçla, öncelikle, NVP-CA-AA/OC terpolimerik yapıda nanokompozit hidrojeller ve NVP-AA/OC kopolimerik yapıda nanokompozit hidrojeller serbest radikal katılma polimerizasyonu ile sentezlenmiştir. Farklı çapraz bağlayıcı oranına sahip iki seri terpolimerik nanokompozit hidrojeller farklı organo kil içeriklerinde sentezlenmiştir. Farklı miktarda organokil içeren kopolimerik nanokompozit hidrojeller ise, karşılaştırma amaçlı olarak sentezlenmiştir.
Bu nanokompozit hidrojeller X-Işığı Kırınım tekniği (XRD), Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Takiben, hidrojellerin su içerikleri, adsorpsiyon özellikleri ve mekanik dayanımları incelenmiştir. Adsorpsiyon çalışmalarında, Safranine T (ST) ve Brilliant Cresyl Blue (BCB) sentetik katyonik boyar maddelerinin sulu çözeltileri kullanılmıştır. Adsorpsiyon kapasiteleri, adsorpsiyon kinetikleri ve adsorpsiyon izotemleri belirlenmiştir. Hidrojellerin mekanik özellikleri, üniversal çekme test cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, kopolimerik ve terpolimerik nanokompozit hidrojellerin atık sulardan katyonik boyar madde uzaklaştırılmasında etkin olarak kullanılabileceği gözlenmiştir.

Abstract:
Environmental pollution is increasing with the developing technology and industrialization, day by day. Colored wastewaters generated from textile and dye manufacturing industries is not only esthetically undesirable but also blocks sunlight which is essential for many chemical reactions which are necessary for aquatic life. In recent years, because of environmental concerns, investigators have focused on reducing the amount of basic dyes in waste water. The conventional methods for the removal of dyes from wastewater include coagulation/flocculation, oxidation/ozonation, membrane separation, and adsorption. The adsorption process is one of the more popular methods for the removal of dyes, and different natural or synthetic types of adsorbents have been used for basic dye adsorption. Today,different type of polymers or nanocomposite hydrogel structures can be used as an alternative adsorbent for removal of basic dyes.
The aim of this work is to synthesis, characterization and cationicbasic dye removal applications of "N-vinyl pyrrolidone (NVP), crotonic acid (CA), acrylic acid (AA) and organo clay (OC)" based copolymeric and terpolymeric nanocomposite hydrogels. For this purpose, firstly, NVP-CA-AA/OC terpolymeric nanocomposite hydrogels and NVP-AA/OC copolymeric nanocomposite hydrogels were synthesized by free radical polymerization. Two series of terpolymeric nanocomposite hydrogels which have different amounts of cross-linker were obtained with different amounts of organoclay. Copolymeric nanocomposite hydrogels having different amounts of organoclay were also obtained for purposes of comparison.
These nanocomposite hydrogels have been characterized by X-Ray Diffraction technique (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Scanning Electron Microscope (SEM). Then, water contents, adsorption properties and mechanical strengths of nanocomposite hydrogels were investigated. Adsorption studies were carried out using synthetic aqueous cationic basic dye solutions i.e. Safranine T (ST) and Brilliant Cresyl Blue (BCB). Then adsorption capacities, adsorption kinetics and adsorption isotherms were determined. The mechanical properties of nanocomposite hydrogels were also determined with universal tensile testing instrument. In conclusion, it is observed that, copolymeric and terpolymeric nanocomoposite hydrogels can be effectively used as an adsorbentsfor removal of cationic dyes from wastewater.