Çinko oksit nanopartiküllerin biyosentezi, karakterizasyonu ve kadmiyum giderim potansiyelinin incelenmesi
Biosynthesis, characterization of zinc oxide nanoparticles and investigation of cadmium removal potential
Yazar: ABDULLAH TEKÇE
Danışman: PROF. DR. OLCAY KAPLAN İNCE
Munzur Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimyasal Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Karakterizasyon = Characterization ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Polimerik yapılar = Polymeric structures ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Bu tez çalışmasında yeni bir biyopolimer boncuk üretildi ve sentezlenen biyopolimer boncuklar fonksiyonelleştirilerek çevre kirliliğinin önemli nedenlerinden biri olan kadmiyumun (Cd2+) sulu çözeltilerden uzaklaştırılması amacıyla kullanıldı. Bu amaçla ilk olarak reyhan bitki ekstraktı kullanılarak yeşil sentez yöntemi ile çinko oksit (ZnO) nanopartikülleri (ZnO-NP) elde edildi. Üretilen nanopartiküller ultraviyole görünür bölge (UV-GB) spektroskopisi, Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi, X ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu-enerji dağılım spektroskopisi (SEM-EDS) ile karakterize edildi. Daha sonra nanopartiküller sodyum aljinat ile kaplanarak yeni bir biyopolimer boncuk (ZnO-NP@ALJ) geliştirildi ve böylece ZnO nanopartiküllerin ve sodyum aljinatın performansı ve kararlılığı arttırıldı. Biyosentezlenen boncuklar ayrıca etilendiamin tetraasetik asit (EDTA) ve tannik asit ile fonksiyonelleştirildi. Bu şekilde elde edilen üç farklı boncuğun adsorpsiyon yetenekleri karşılaştırıldı. Adsorpsiyon parametrelerinin optimizasyonu için yüzey yanıt metodu (YYM) ile kombine edilmiş merkezi kompozit tasarımı (MKT) yöntemi kullanıldı. Bu yöntem ile adsorpsiyon prosesine etki eden pH, sıcaklık ve adsorban miktarı gibi bağımsız değişkenlerin optimum seviyeleri belirlendi. Varyans analizleri yapıldı ve elde edilen regresyon katsayıların yüksek olduğu tespit edildi. Fisher ve t-testleriyle, kullanılan metotların validasyonları gerçekleştirildi. ZnO katkılı polimerik kompozit malzemenin Cd2+ iyonlarının gideriminde adsorpsiyon doğasını aydınlatmak için izoterm denge çalışmalarından Langmuir, Temkin ve Freundlich modelleri kullanıldı. Kinetik verileri değerlendirmede yalancı birinci dereceden, yalancı ikinci dereceden ve parçacık içi difüzyon modelleri kullanıldı. Cd2+ iyonlarının gideriminde en uygun modelin yalancı ikinci dereceden model olduğu tespit edildi. Termodinamik çalışmaları sonucunda ise adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleştiği sonucuna varıldı. Üretilen üç kompozit malzeme için optimum şartlar pH için 5, sıcaklık için 32.5 °C ve adsorban miktarı için 5 mg olarak belirlendi. Bu optimum koşullarda (ZnO-NP@ALJ)-TA'nın 35.9 mg g-1 ile en yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip malzeme olduğu bulundu.

Abstract:
In this thesis, new biopolymer beads were produced and the synthesized biopolymeric beads were functionalized and used to remove cadmium (Cd2+) from aqueous solutions, which is one of the important causes of environmental pollution. For this purpose, firstly, zinc oxide (ZnO) nanoparticles (ZnO-NP) were obtained by the green synthesis method using basil plant extract. The produced nanoparticles were characterized by ultraviolet visible region (UV-GB) spectroscopy, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS). Then, a new biopolymer bead was developed by coating the nanoparticles with sodium alginate (ZnO-NP@ALJ), thus improving the performance and stability of ZnO nanoparticles and sodium alginate. The biosynthesized beads were further functionalized by using ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA) and tannic acid. The adsorption abilities of three different beads obtained in this way were compared. The central composite design (CCD) method combined with the surface response methodology (RSM) was used to optimize the adsorption parameters. This method determined optimum levels for independent variables such as pH, temperature, and amount of adsorbent affecting the adsorption processalyses were performed and determined that the obtained regression coefficients were high. The validation of the methods used was carried out with Fisher and t-tests. Langmuir, Temkin, and Freundlich models from isotherm equilibrium studies were used to elucidate the adsorption nature of the ZnO doped polymeric composite material in the removal of Cd2+ ions. Pseudo-first order, pseudo-second order, and intraparticle diffusion models were used to evaluate the kinetic data. It was determined that the most suitable model for the removal of Cd2+ ions was the pseudo-second order model. Because of thermodynamic studies, it was concluded that adsorption occurs spontaneously. The optimum conditions for the three composite materials produced were determined as 5 for pH, 32.5 °C for temperature and 5 mg for adsorbent amount. In these optimum conditions, (ZnO-NP@ALJ)-TA was found to be the material with the highest adsorption capacity with 35.9 mg g-1.