TiO2-polimer kompozit sistemlerinin atom transfer radikal polimerizasyonu ile sentezlenmesi ve boyar madde adsorpsiyonunda kullanılması
Synthesis of TiO2-polymer composite systems by atom transfer radicalpolymerization and their use in dye adsorption
Yazar: BUĞÇE DOLMA
Danışman: DOÇ. DR. CANSEL TUNCER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
TiO2 termal kararlılığı, toksik olmaması ve olağanüstü optik özellikleri nedeniyle
dikkat çeken bir kimyasal maddedir. Bu çalışmada, TiO2 temelli nanomalzemeler
hazırlanmıştır. Hazırlanmış olan polimerler çevre duyarlılık özellikleri nedeniyle sulu
çözeltilerdeki boyar madde adsorsiyonunda kullanılmıştır. TiO2 polimer matrislerde
topaklanma eğilimi göstermektedir. TiO2'nin topaklanma eğilimini azaltmak için TiO2
yüzeylerinin modifiye edilmesi gerekir. Bu nedenle kullanılacak en iyi yöntem TiO2
yüzeylerine Yüzeyde Başlatılan Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (SI-ATRP) ile
polimer zincirleri aşılamaktır.
Bu tez çalışmasında, TiO2-polimer kompozit sistemleri hazırlanmıştır. İlk olarak
TiO2 yüzeyleri modifiye edilerek, TiO2-Br makrobaşlatıcısı sentezlenmiştir. SI-ATRP
yöntemi ile TiO2 yüzeyine polimer zincirleri aşılanmıştır (TiO2-polimer). Monomer olarak
2-(dimetilamino) etil metakrilat (DMA), N-izopropilakrilamid (NIPAM), tert-butil
metakrilat (tBuMA) ve etilen glikol dimetilakrilat (EGDMA) kullanılmıştır. Asidik bloklar
elde etmek için geri koruma kimyası ile PtBuMA blokları PMAA bloklarına
dönüştürülmüştür. Bu monomerler kullanılarak yedi farklı kompozit sistem
sentezlenmiştir. Hazırlanan TiO2-polimer kompozit sistemler, sulu çözeltide metilen
mavisi boyar maddesini adsorplama çalışmasında adsorban olarak kullanılmıştır. Ön
çalışmalar sonucunda en yüksek adsorpsiyon kapasitesi (q) ve adsorpsiyon yüzdesi (%W)
değerlerine ulaşan TiO2-PMAA, TiO2-PDMA-b-PMAA ve TiO2-PMAA-b-PEGDMA
kompozit sistemler için adsorpsiyon çalışmalarına devam edilmiştir. Adsorpsiyona boyar
madde derişiminin ve adsorban miktarı değişiminin etkisi incelenmiştir. TiO2-PMAA-bPEGDMA kompozit sistemi ile üç farklı sıcaklık değerlerinde (25 °C, 35 °C, 50 °C)
çalışılarak termodinamik hesaplamalar yapılmıştır. TiO2-PMAA-b-PEGDMA kompozit
sistemi ile boyar madde arasındaki adsorpsiyonun Freundlich izoterm modeline ve yalancı
ikinci dereceden kinetiğe uyduğu gözlemlenmiştir. Aynı zamanda ΔG, ΔH ve ΔS gibi
termodinamik parametrelerde hesaplanmıştır. Kompozit sistemler, TEM, SEM, FTIR ve
TGA analizleri ile aydınlatılmaya çalışılmıştır. Boyar madde adsorpsiyon çalışmalarında
UV-vis spektrofotometresi kullanılmıştır.

Abstract:
TiO2 is a chemical substance that attracts attention due to its thermal stability, nontoxicity and extraordinary optical properties. In this study, TiO2 based nanomaterials were
prepared. The prepared polymers were used in dye adsorption in aqueous solutions due to
their environmentally friendly properties. TiO2 tends to agglomerate in polymer matrices.
TiO2 surfaces need to be modified to reduce the tendency of TiO2 to agglomerate.
Therefore, the best method to use is to graft polymer chains onto TiO2 surfaces via Surface
Initiated Atom Transfer Radical Polymerization (SI-ATRP).
In this thesis study, TiO2-polymer composite systems were prepared. Firstly, TiO2-Br
macroinitiator was synthesized by modifying TiO2 surfaces. Polymer chains were grafted
onto the TiO2 surface using the SI-ATRP method (TiO2-polymer). 2-(dimethylamino)ethyl
methacrylate (DMA), N-isopropylacrylamide (NIPAM), tert-butyl methacrylate (tBuMA)
and ethylene glycol dimethylacrylate (EGDMA) were used as monomers. PtBuMA blocks
were converted to PMAA blocks by deprotection chemistry to obtain acidic blocks. Seven
different composite systems were synthesized using these monomers. The prepared TiO2-
polymer composite systems were used as adsorbents in the study of adsorption of
methylene blue dye in aqueous solution. As a result of preliminary studies, adsorption
studies were continued for TiO2-PMAA, TiO2-PDMA-b-PMAA and TiO2-PMAA-bPEGDMA composite systems, which reached the highest adsorption capacity (q) and
adsorption percentage (%W) values. The effect of dye concentration and adsorbent amount
change on adsorption was examined. Thermodynamic calculations were made by working
with the TiO2-PMAA-b-PEGDMA composite system at three different temperature values
(25 °C, 35 °C, 50 °C). It was observed that the adsorption between the TiO2-PMAA-bPEGDMA composite system and the dyes obeyed the Freundlich isotherm model and
pseudo second order kinetics. At the same time, thermodynamic parameters such as ΔG,
ΔH and ΔS were also calculated. Composite systems have been tried to be elucidated with
TEM, SEM, FTIR and TGA analyses. UV-vis spectrophotometer was used in dye
adsorption studies.