Çevresel kirlilik gideriminde nanokil takviyeli polimerik kompozit kullanımı
The use of nanoclay reinforced polymeric composite for environmental pollution removal
Yazar: BURAK NAİL TAŞKIN
Danışman: PROF. DR. MUHARREM İNCE
Munzur Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimyasal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif kil = Activated clay ; Atomik spektroskopik yöntemler = Atomic spectroscopic methods ; Azo boyar maddeler = Azo dyestuffs ; Ağır metal giderimi = Heavy metal removal ; Endüstriyel kirlilik = Industrial pollution ; Fonksiyonel polimerler = Functional polymers ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Metal kirlilik = Metal pollution ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; İstatistiksel modelleme = Statistical modelling

Özet:
Bu tez çalışmasında, nanokil takviyeli kompozit malzeme doğal aljinat polimeri kullanılarak sentezlendi. Nanokil takviyeli polimerik kompozit malzemenin karakterizasyonu FT-IR, XRD ve SEM-EDS kullanılarak gerçekleştirildi. Sentezlenen aljinat-nanokil takviyeli nanokompozit malzemesi batch çalışmasıyla çevresel kirlilikler olan Cu2+, Cd2+ iyonlarının yanı sıra eriokrom siyahı T (EST) ve metilen mavisinin (MM) adsorpsiyonu ve desorpsiyonu yanıt yüzey metodolojisi (YYM) ile kombine edilmiş bir merkezi kompozit tasarım (MKT) yaklaşımı kullanılarak kontrollü desorpsiyonu incelendi. Cu2+, Cd2+ iyonlarının yanı sıra EST ve MM'nin nanokil takviyeli polimerik kompozit malzeme üzerine adsorpsiyonu için adsorpsiyon prosesine etki eden pH, sıcaklık ve adsorban miktarı gibi değişkenlerin optimum koşulları çalışılan her bir kirlilik için tespit edildi. Varyans analizi sonuçları sentezlenen kompozit malzemenin çalışılan çevresel kirliliklerin giderimi için kullanılmasındaki belirleme katsayılarının yüksek olduğunu tespit edildi. Ayrıca kullanılan metotların validasyonları Fisher testi, t-testi gibi çeşitli testlerle gerçekleştirildi. Adsorpsiyon işleminin denge davranışı, Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modelleri uygulanarak test edildi. Langmuir izoterm modelinin Cu2+ ve Cd2+ iyonları için deneysel verilere en yakın uyumu sağlarken, EST için Temkin modelinin, MM için ise Freundlich Langmuir izoterm modelinin deneysel verilere en yakın uyumu sağladığı gözlendi. En iyi uyumun sağlandığı modele göre, Cu2+ ve Cd2+ iyonlarının yanı sıra EST ve MM boyar maddelerinin sırasıyla maksimum adsorpsiyon kapasiteleri 19.2 mg g-1,14.1 mg g-1, 7.8 mg g-1 ve 3.38 mg g-1 olarak hesaplandı. Ayrıca, kinetik verileri değerlendirmek için yalancı birinci dereceden, yalancı ikinci dereceden ve ayrıca parçacık içi difüzyon denklemi dahil olmak üzere farklı kinetik modeller uygulandı. Bu kirliliklerin gideriminde kinetik veriler ile yalancı ikinci-mertebeden denklem arasında önemli bir uyum olduğu tespir edildi. Termodinamik çalışmalar, adsorpsiyon işleminin doğasının kendiliğinden ve endotermik olduğunu gösterdi. Desorpsiyon çalışmaları ve sentezlenen kompozit malzemenin tekrar kullanılabilirliği 0.5 M HCl kullanılarak gerçekleştirildi. Sentezlenen kompozit malzeme, sentetik çözeltilerden çevresel kirliliklerin giderimine başarıyla uygulandı.

Abstract:
In this thesis, nanoclay reinforced composite material was synthesized using natural alginate polymer. Characterization of nanoclay reinforced composite material was performed using FT-IR, XRD and SEM-EDS. The synthesized nanoclay-reinforced nanocomposite material was used in batch study using a central composite design approach (CCD) combined with response surface methodology (RSM) for adsorption and desorption of Cu2+, Cd2+ ions, Eriochrome Black T (EBT) and Methylene Blue (MB) as environmental impurities. For the adsorption of Cu2+, Cd2+ ions as well as EBT and MB on nanoclay reinforced composite material, optimum conditions of variables such as pH, temperature and amount of adsorbent affecting the adsorption process were determined for studied each pollutant. The results of the analysis of variance were found to have high determination coefficients in the use of the synthesized composite material for the removal of the studied environmental pollutants. In addition, the validation of the methods was carried out with various tests such as Fisher's test and t-test. The equilibrium behavior of the adsorption process was tested by applying Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models. It was observed that the Langmuir isotherm model provided the closest fit to the experimental data for Cu2+ and Cd2+ ions, while the Temkin model for EBT and the Freundlich Langmuir isotherm model for MB provided the closest fit to the experimental data. According to the model with the best fit, the maximum adsorption capacities of Cu2+ and Cd2+ ions as well as EST and MM dyestuffs were calculated as 19.2 mg g-1,14.1 mg g-1, 7.8 mg g-1 and 3.38 mg g-1, respectively. Also, different kinetic models were applied to evaluate the kinetic data, including pseudo-first-order equation, pseudo-second-order equation as well as intraparticle diffusion equation. It was observed that there is a significant agreement between the kinetic data and the pseudo-second-order equation in the removal of these impurities. Thermodynamic studies showed that the nature of the adsorption process is spontaneous and endothermic. Desorption studies and reusability of the synthesized composite material were performed using 0.5 M HCl. The synthesized composite material has been successfully applied to the removal of environmental pollutants from synthetic solutions.