Polimer içerikli membranlarda kompleksometrik yöntem kullanılarak Cr(VI) metal katyonunun taşınım kinetiğinin incelenmesi
Investigation of transport kinetic of Cr(VI) metal cation with using complexometric method in polymer inclusion membrane
Yazar: AHMET KAYA
Danışman: PROF. DR. HAMZA KORKMAZ ALPOĞUZ
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada toksik bir metal olan Cr(VI)'nın sulu ortamdan uzaklaştırılması amaçlanmış olup polimer içerikli membranlar aracılığıyla kaliks[4]aren taşıyıcıları kullanılarak transportu gerçekleştirilmiştir. Taşıyıcı olarak iki farklı kaliks[4]aren türevinin kullanıldığı polimer içerikli membranlarda, asidik donör fazdan pH 5 tampon çözeltisinin bulunduğu akseptör faza Cr(VI)'nın taşınımı etkili ve verimli bir şekilde sağlanmıştır. Polimer içerikli membranlar (PIM) yoluyla Cr(VI) metal katyonunun taşınımında destek maddesi olarak selüloz triasetat (CTA) ve plastikleştirici olarak 2-NPOE kullanılmıştır. Hazırlanan membranlar temas açısı ölçümlerinin yanı sıra Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), FT-IR spektroskopisi, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve SEM-EDX ile karakterize edilmiştir.    
Gerçekleştirilen polimer içerikli membran çalışmalarında, Cr(VI)'nın transport verimine membran kompozit bileşimi, taşıyıcı derişimi, plastikleştirici türü, akseptör fazın pH'sı, donör faz asit türü ve derişimi, karıştırma hızı, donör faz dikromat derişimi ve membran kararlılığı ve kalınlığının etkileri incelenmiştir. Transport deneylerinin sonunda hız sabiti (k), geçirgenlik katsayısı (P), akı (J) ve difüzyon katsayısı(D) gibi kinetik parametreler hesaplanmıştır. Optimum şartlarda gerçekleştirilen deneylerde 6 saat sonunda Cr(VI)'nın transport verimi Ligand 1 için %99,38 ve Ligand 2 için ise %97,69 olarak bulunmuştur. Ayrıca farklı sıcaklıklarda yapılan deney sonuçları kullanılarak elde edilen aktivasyon enerjileri (Ea) her iki taşıyıcı için transport prosesinin difüzyon kontrollü olduğunu ortaya koymuştur. Hazırlanan polimer içerikli membran yapısının hidrofobik yapıya yakın olması membranın uzun ömürlü olduğunu göstermekte olup, gerçekleştirilen kararlılık deneylerinde tekrar tekrar kullanılabilirliği gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, Cr(VI) which is a toxic metal is intended to be removed from aqueous phase and transport of it is carried out by using calix[4]arene carriers through the polymer inclusion membranes. Two different calix[4]arene carriers in polymer inclusion membrane system is used in transport of Cr(VI) and they provided effective and efficient transportation from an acidic aqueous donor phase solution to an acceptor phase buffer solution at pH 5. The PIM comprised of cellulose triacetate (CTA) as a support and 2-NPOE as a plasticizer are used in the transport of Cr(VI) metal cation. Prepared PIM is characterized with Atomic Force Microscopy (AFM), Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and SEM-EDX techniques as well as with contact angle measurements. 
The efficiency of Cr(VI) transport through the PIM was investigated by studying the effects of membrane composition, carrier concentration, the type of plasticizer, the pH in the acceptor phase, the type of acid and concentration of the donor phase, stirring rate, dichromate concentration of donor phase and the membrane's stability and thickness. The kinetic parameters such as rate constant (k), permeability coefficient (P), flux (J) and diffusion coefficient (D) are calculated. The transport efficiency of Cr(VI) is found to be 99,38% for Ligand 1 and 97,69% for Ligand 2 after 6 hours under optimized conditions. Activation energy (Ea) obtained by experiment results which are done in different temperatures revealed out that the transport process is  diffusionally controlled for two ligands. The prepared membrane structure is proximity to hidrofobic nature and this makes the membrane durable. The results suggest that the transport efficiency of the PIM was reproducible and that a PIM is effective for long-term separation processes.