Nişasta esaslı nanokompozit hidrojellerin hazırlanması ve uygulamaları
Preparation of the starch based nanocomposite hydrogels and their applications
Yazar: EBRU AL
Danışman: DOÇ. DR. GAMZE GÜÇLÜ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Hidrojeller = Hydrogels ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nişasta = Starch

Özet:
Nişasta, bol bulunan, pahalı olmayan ve tümüyle biyolojik olarak bozunabilen bir hammaddedir. Nişastanın vinil monomerleri ile graft edilmek suretiyle modifikasyonu, nişastaya istenilen özelliklerin kazandırılması için en etkili yöntemlerden birisidir.Çevre kirliliği, her geçen gün endüstriyelleşme ve kentleşmede meydana gelen artışa bağlı olarak artmaktadır ve bunun sonucu olarak artan endüstriyel kirliliğin azaltılmasına gerek duyulmaktadır. Ağır metal iyonları ve boyalar toksik özellikleri dolayısıyla daha fazla önem kazanmışlardır. Endüstriyel atıkların açığa çıkardıkları boya su tüketicileri için çok zararlıdır. Böylece atık sulardan boya uzaklaştırılması ana çevresel problemleri oluşturur.Son yıllarda, nişasta ve selüloz gibi doğal polisakkaritlerin graft kopolimerleri bu amaçla kullanılmaktadır.Bu çalışmada, nişasta üzerine akrilik asidin (AA) graft kopolimerizasyonu, nişasta/akrilik asit (ağırlıkça) =1,5 oranında, seryum amonyum nitrat (CAN) başlatıcılığında ve N-N'-metilen bisakrilamid çapraz bağlayıcı varlığında azot atmosferi altında gerçekleştirilmiştir. Montmorillonit (MMT) kullanılmıştır. Nişasta-g- akrilik asid/MMT (N-g-AA/ MMT) nanokompozit hidrojelleri X ışınları kırınımı (X-Ray) ve Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR) ile karakterize edilmiştir. MMT miktarının nanokompozit hidrojellerin şişme davranışı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. MMT'in %1'e kadar artan oranları hidrojellerin su absorbsiyon kapasiteleri üzerinde artışa neden olurken, MMT miktarının %1'in üzerine çıkması hidrojellerin su absorbsiyon kapasiteleri üzerinde azalmaya neden olmuştur.Buna ilave olarak çalışmamızda, N-g-AA/MMT hidrojelleri kullanarak, sulu çözeltilerden Safranin-T'nin uzaklaştırılması da incelenmiş, bu amaçla, uygulama zamanı, başlangıç boya konsantrasyonu, MMT miktarı gibi parametrelerin hidrojellerin boya adsorpsiyon kapasitesileri üzerine etkisi araştırılmıştır. Hidrojellerin boya uzaklaştırma kapasiteleri, UV-vis Spektrofotometresi kullanılarak tayin edilmiştir.Sulu çözeltiden, Pb2+, Cu2+ iyonlarının uzaklaştırılması üzerine, MMT miktarının etkisi pH=4.0'da incelenerek, bu hidrojellerin metal iyonlarını uzaklaştırma kapasiteleri, Atomik Absorbsiyon Spektrofotometresi (AAS) ile tayin edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, N-g-AA/MMT hidrojellerinin bu iyonları uzaklaştırma sırasının Cu2+ > Pb2+ şeklinde olduğunu göstermektedir.Hem sulu ortamdan Safranin-T, hem de Pb2+ ve Cu2+ iyonlarının adsorplanması Freundlich izotermine uygun olarak gerçekleşmiştir.Ayrıca, N-g-AA/MMT nanokompozit hidrojellerin mekanik özellikleri de incelenmiştir. Sonuçlardan, mekanik özelliklerin artan kil miktarı ile artış gösterdiği görülmektedir.

Abstract:
Starch is an abundant, inexpensive and fully biodegradable natural raw material.Chemical modification of starch via grafting of vinyl monomers is one of the most effective methods to provide desirable properties into starch.Since the environmental pollution is increasing day-by-day due to the increase in industrialization and urbanization, hence, the need to reduce the pollution particularly in industries is important. Among the enviromental pollutions, heavy metal ions and dyes have gained relatively more significance due to their toxicity. Moreover, the colour of industrial wastes is very desirable harmful for water consumers. Therefore, colour removal from wastewater is a major enviromental problem.In recent years, graft copolymers of natural polysaccaharides such as cellulose and starch have been used for this aim.In this study, the graft copolymerization of acrylic acid (AA) onto starch was carried out with monomer/starch weight ratio=1,5, with cerium ammonium nitrate (CAN) as an initiator and N-N?-methylenebisacrylamide (NMBA) as a crosslinking agent, under nitrogen atmosphere. Sodium montmorillonite (MMT) was used as nanoparticles. Starch-graft-acrylic acid/MMT (N-g-AA/MMT) nanacomposite hydrogels were characterized by X-ray diffraction (XRD) and FTIR analysis. The effect of MMT content in nanocomposite hydrogels on the swelling behavior was investigated. Increasing the MMT/ monomer ratio up to 1% causes an increment in water absorbency, which indicates that MMT can improve the ability of water absorbency but further increase of MMT causes a decrease in water absorbency. The removal of safranine T from aqueous solutions using N-g-AA/MMT nanocomposite hydrogels was described.Effects of various parameters such as treatment time, initial dye concentration, and amount of the MMT were investigated. Dye removal capacities of these hydrogels were determined by UV-vis- Spectrophotometer.The effect of MMT content of S-g-AA/MMT superabsorbent hydrogels on the removal of Pb2+ and Cu2+ ions from aqueous solutions was investigated at pH=4.0 and metal ion removal capacities of these hydrogels were determined by Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). The results showed the order of the removal of metal ions was Cu2+ >Pb2+ . The Freundlich equations were fit equilibrium isotherms for both dye adsorption and ion adsorption.Also, mechanical properties were tested. The results showed that mechanical properties of N-g-AA/MMT superabsorbent nanocomposite hydrogels increased with the increase in content of MMT.