Manganez oksit nanomalzemelerinin sentezi ve KBRN kirletici ajanı olan arseniğin gideriminde kullanılması
Synthesis of manganese oxide nanomaterials and their use in the removal of arsenic, a CBRN polluting agent
Yazar: YASEMİN ÇİĞDEM
Danışman: PROF. DR. SERDAR KARAKURT ; DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA ÖZHAVA
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kimyasal, Biyolojik, Radyolojik ve Nükleer Savunma Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: KBRN = CBRN

Özet:
KBRN olayları, kasten veya kaza yoluyla ortaya çıkan kimyasal, biyolojik, radyolojik ve nükleer ajanların sebep olduğu ve toplumu ciddi sağlık sorunlarıyla etkileyebilecek felaketlerdir. Bu ajanlar tarih boyunca savaşlarda, terör saldırılarında bilinçli kullanımı yanı sıra endüstri alanlarında kazalara da neden olabilmektedir. Gelişen teknolojinin kötüye kullanılması ile bu ajanlar her geçen gün daha da tehlikeli hale gelmektedir. Kimyasal maddelerin kullanıldığı, düşük dozlarda bile büyük etki gösteren savaşlara kimyasal savaş denir. KBRN ajanlarına ulaşılabilirliğin kolaylığı göz önüne alındığında ve tüm bu risklere karşı savunma yetenekleri geliştirilmelidir. Arsenik kimyasal savaş ajanları içerisinde yer alan, rengi, kokusu ve tadı olmayan ağır metallerden biridir. Organik ve inorganik formları bulunan arseniğin inorganik formları çok daha zararlıdır. İnorganik arsenikler doğa olaylarıyla yüzey sularına karışabileceği gibi kasten kullanılabilir potansiyel bir kimyasal savaş ajanıdır. Su ise hayatımızın vazgeçilmez kaynaklarından biridir ve arseniğin, içme sularına karışması durumunda suların tekrar kullanılabilir hale getirilmesi önemli araştırma konularından biridir. Bu tezde çalışılan adsorpsiyon yöntemi; kolay, hızlı, maliyeti az olan, çevre dostu bir arsenik giderim yöntemidir. 
Bu tez çalışması, manganez oksit nanomateryallerin (MnO2) sentezlenmesini ve adsorpsiyon yöntemi ile arseniği adsorplama yeteneklerini araştırmayı amaçlamıştır. Bu bağlamda manganez oksit (MnO2) nanomateryaller; α-MnO2 nanotel, δ-MnO2 nanotabaka ve ε-MnO2 nanoçiçek morfolojisinde sentezlenmiştir. Nanomateryallerin karakterizasyonu SEM, BET ve XRD analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Nanomateryallerin adsorpsiyon kapasitelerinin belirlenebilmesi için belirli dakikalarda ve değişen pH değerlerinde numuneler alınmıştır. Numunelerin analizleri Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izotermleri ile yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucu %97'nin üzerinde arsenik giderimi elde edilmiştir. Yüksek verimde arsenik giderimi sağlanan çalışmalarda adsorpsiyonun her iki izoterm için uygun olduğu tespit edilmiştir. Yapılan hücre kültürü çalışması ile arsenik çözeltisi, α-MnO2 nanotel, δ-MnO2 nanotabaka ve ε-MnO2 nanoçiçek ile muamele edilerek insan keratinosit hücresi olan HaCaT üzerinde sitotoksik etkileri belirlenmiştir. Çalışma sonucu nanomateryallerle hücre canlılığının daha uzun süre korunduğu ve toksisitede azalmaya neden olduğu bulunmuştur. Antibakteriyel aktivite çalışmalarında α-MnO2 nanotellerin, gram-negatif Escherichia coli ve gram-pozitif Staphyllococcus aureus bakterileri üzerindeki etkilerine bakılmıştır. α-MnO2 nanoteller Staphyllococcus aureus bakterisinde 1.5 cm inhibisyon zon çapı oluştururken, Escherichia coli bakterisinde inhibisyon zon çapı oluşturmamıştır.

Tüm veriler genel olarak değerlendirildiğinde içme sularındaki arsenik gideriminde manganez oksit (MnO2) nanomateryallerin yüksek verimle arseniği uzaklaştırması, üretim ve uygulama kolaylığı ile elverişli ve etkin bir adsorban olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak; manganez oksit (MnO2) nanomateryaller bir KBRN ajanı olarak değerlendirilen arseniğe karşı kullanılabilecek aday malzeme olarak değerlendirilebilir.
Anahtar Sözcükler: Adsorpsiyon; Arsenik; Hücre Kültürü; KBRN; Kimyasal Ajan; Nanomateryal

Abstract:
CBRN events are disasters caused by chemical, biological, radiological and nuclear agents that occur intentionally or accidentally and can affect society with serious health problems. These agents have been used consciously in wars and terrorist attacks throughout history, as well as causing accidents in industrial areas. With the misuse of developing technology, these agents are becoming more dangerous day by day. Warfare in which chemical substances are used, which have great effects even at low doses, is called chemical warfare. Considering the ease of accessibility to CBRN agents, defense capabilities against all these risks should be improved. Arsenic is one of the heavy metals included in chemical warfare agents that has no color, odor or taste. Arsenic, which exists in organic and inorganic forms, is much more harmful. Inorganic arsenic can mix with surface waters through natural events and is a potential chemical warfare agent that can be used deliberately. Water is one of the indispensable resources of our lives, and making water reusable in case arsenic mixes with drinking water is one of the important research topics. The adsorption method studied in this thesis; it is an easy, fast, low-cost, and environmentally friendly arsenic removal method.
This thesis study aimed to synthesize manganese oxide nanomaterials (MnO2) and investigate their ability to adsorb arsenic by adsorption method. In this context, manganese oxide (MnO2) nanomaterials; It was synthesized in α-MnO2 nanowire, δ-MnO2 nanosheet and ε-MnO2 nanoflower morphology. Characterization of nanomaterials was carried out by SEM, BET and XRD analyses. In order to determine the adsorption capacities of nanomaterials, samples were taken at certain minutes and at varying pH values. Analyzes of the samples were made using Langmuir and Freundlich adsorption isotherms. As a result of the studies, over 97% arsenic removal was achieved. In studies that provided high efficiency arsenic removal, it was determined that adsorption was suitable for both isotherms. With the cell culture study, arsenic solution was treated with α-MnO2 nanowire, δ-MnO2 nanosheet and ε-MnO2 nanoflower and its cytotoxic effects on human keratinocyte cell HaCaT, were determined. As a result of the study, it was found that cell viability was preserved longer with nanomaterials and caused a decrease in toxicity. In antibacterial activity studies, the effects of α-MnO2 nanowires on gram-negative Escherichia coli and gram-positive Staphyllococcus aureus bacteria were examined. While α-MnO2 nanowires created an inhibition zone diameter of 1.5 cm in Staphyllococcus aureus bacteria, they did not create an inhibition zone diameter in Escherichia coli bacteria.
When all the data are evaluated in general, it has been determined that manganese oxide (MnO2) nanomaterials are a convenient and effective adsorbent in removing arsenic from drinking water with high efficiency and ease of production and application. In conclusion; Manganese oxide (MnO2) nanomaterials can be considered as candidate materials that can be used against arsenic, which is considered a CBRN agent.
Key Words: Adsorption; Arsenic; Cell Culture; CBRN; Chemical Agent; Nanomaterial.