Metal oksitlerin sentezi ve akrilik asit adsorpsiyonunda kullanılabilirliğinin incelenmesi
Metal oxides synthesis and investigation of its usability on adsorption of acrylic acid
Yazar: İREM İLALAN YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. İSMAİL İNCİ ; DOÇ. DR. NİLAY BAYLAN GÜLSOY
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alüminyum oksit = Aluminum oxide ; Amberlit = Amberlite ; Bizmut oksit = Bismuth oxide ; Demir oksit = Iron oxide ; Kalay oksit = Tin oxide ; Kalsiyum oksit = Calcium oxide ; Manganez oksit = Manganese oxide

Özet:
Son yıllarda nanoteknoloji alanındaki gelişmeler ve artan çalışmalar, nanometre düzeyinde çeşitli malzemelerin üretimlerine olanak sağlamaktadır. Böylece nanometre boyutlarda maddelerin sentezlenebilmesi, incelenmesi ve atomsal seviyede değiştirilip ileri fonksiyonel malzemeler elde edilebilmektedir. Malzeme boyutu küçüldükçe malzemenin fonksiyonel özellikleri gelişmektedir. Nano boyutlarda üretilen malzemelerin yüksek yüzey alanları ve reaktiviteleri sayesinde adsorban olarak kullanımları oldukça elverişlidir. Metal oksit ve metal peroksit gibi nanomalzemelerin adsorban olarak kullanımı, arzu edilen adsorpsiyon özelliklerini karşılaması nedeniyle büyük ilgi çekmektedir. Bu çalışmada, çeşitli metal oksitlerin sentezi yapılmıştır ve akrilik asitin ayrılmasında adsorban olarak kullanımları araştırılmıştır. Ayrıca çeşitli Amberlite reçineleri de adsorban olarak kullanılmış ve metal oksitlerin akrilik asit adsorpsiyonundaki başarısı reçinelerin adsorpsiyonuyla karşılaştırılmıştır. Bu amaçla, öncelikle metal oksitler ekonomik bir yöntemle sentezlenmiş olup, sentezlenen partiküllerin ve Amberlite reçinelerinin çeşitli analizlerle (SEM, FTIR, XRD ve BET) karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon sonucu metal oksitlerin (SnO2, CaO, Fe2O3, MnFe2O4, Al2O3, Bi2O3) ortalama tanecik çapları sırasıyla; 24,90 nm, 29,58 nm, 52,88 nm, 29,10 nm, 30,54 nm ve 20,01 nm olarak bulunmuştur. Metal oksitlerin ve Amberlite (IRA 67, IRA 96, IRA 400, IRA 958) reçinelerinin yüzey alanları sırasıyla 15,7255 m2/g, 9,4992 m2/g, 35,0774 m2/g, 5,8177m2/g, 217,4456 m2/g, 17,8274 m2/g, 8,6148 m2/g, 36,0362 m2/g, 7,7414 m2/g ve 17,8274 m2/g olarak bulunmuştur. Daha sonra, sentezlenen metal oksitlerin ve Amberlite reçinelerinin akrilik asitle sulu çözeltilerinden adsorpsiyon yöntemi ile ayrılmasında incelenmiştir. Başlangıç asit konsantrasyonunun, adsorban miktarının, temas süresinin ve sıcaklığın sentezlenen metal oksitler ve Amberlite reçinelerinin ayırma etkinlikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Adsorpsiyon kapasitesinin başlangıç asit konsantrasyonu ile arttığını, adsorban dozajı ve sıcaklıkla azaldığı gözlenmiştir. Ayrıca adsorpsiyon sürecinin aydınlatılması için denge, kinetik ve termodinamik çalışmaları yapılmıştır. Böylece, bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlar, sentezlenen metal oksitlerin Amberlite reçinelere kıyasla, karboksilik asitlerin sulu çözeltiden ayrılmasında etkili adsorban olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Of late years, developments and increasing studies in the field of nanotechnology allow the production of various materials at the nanometer level. Thus, advanced functional materials can be obtained by synthesizing, examining and changing nanometer sized substance at the atomic level. As the material size gets smaller, the functional features of the material improve. To the high upper areas and reactivity of materials produced in nano sizes, their use as an adsorbent is very convenient. The use of nanomaterials such as metal oxide and metal peroxide as adsorbent attracts great attention because it meets the desired adsorption properties. In this study, Various metal oxides were manufactured and their use as adsorbent in the separation of acrylic acid was investigated. In addition various Amberlite resins were used as adsorbent and its adsorption with acrylic acid was investigated. For this purpose, metal oxides were synthesized with an economical method and synthesized metal oxides and Amberlite resins characterized with various analyzes (SEM, BET, FTIR and XRD analyzes). As a result of characterization, the average particle diameter of metal oxides (SnO2, CaO, Fe2O3, MnFe2O4, Al2O3, Bi2O3) and Amberlite resins (IRA 67, IRA 96, IRA 400, IRA 958) are their surface areas were found to be 15,7255 m2/g, 9,4992 m2/g, 35,0774 m2/g, 5,8177m2/g, 217,4456 m2/g, 17,8274 m2/g, 8,6148 m2/g, 36,0362 m2/g, 7,7414 m2/g and 17,8274 m2/g, respectively. Then the separation of synthesized metal oxides and Amberlite resins from their aqueous solution with acrylic acids by adsorption method was researched. The effects of initial acid concentration, amount of adsorbents, contact time and temperature on the separation efficiency of synthesized metal oxides and Amberlite resins were investigated. It was observed that the adsorption capacity increased with the initial acid concentration and decreased with the adsorbent dosage and temperature.  In addition, equilibrium, kinetic and thermodynamic studies were carried out to explain the adsorption process. Thus, the results obtained from this thesis study show that the synthesized metal oxides can be used as an effective adsorbent in the separation of carboxylic acids from aqueous solution compared to Amberlite resins.