Arsenik baskılanmış manyetik nanopartiküllerin üretimi
Production of arsenic imprinted magnetic nanoparticles
Yazar: MELİKE ÖZKAYA TÜRKMEN
Danışman: PROF. DR. ADİL DENİZLİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Arseniğin (As) (atom numarası 33), doğada 74.9 bağıl kütle birimine sahip tek bir kararlı izotopu bulunur. Arsenik -3, 0, +3 ve +5 olmak üzere 4 oksidasyon derecesine sahiptir. Genel olarak inorganik arsenik bileşikleri, organik (organoarsenik) olanlara göre daha zehirlidir. Tuzları sırasıyla arsenitler [As(III)] ve arsenetler [As(V)] olarak adlandırılır. Arseniğin en toksik formu As(III) aynı zamanda sularda en fazla bulunan formudur. Arsenik deri, solunum sistemi, kardiyovasküler, üreme, sindirim, sinir ve bağışıklık sistemi üzerinde yıkıcı etkiler yapabilmektedir. İnorganik arsenik, Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı ve Birleşik Devletler Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından tescilli kanserojen olarak kategorize edilmiştir. Avrupa Birliği'nde, içme suyunda maksimum kabul edilebilir arsenik derişimi, 10 µg/L olarak belirlenmiştir (98/83/EC). EPA ise içme sularında arsenik limitinin 5 µg/L olmasını önermektedir. Ülkemizde 2005 yılında "İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik" ile yapılan yeni düzenlemede içme sularında izin verilen arsenik derişimi 50 µg/L'den 10 µg/L'ye indirilmiştir (R.G. tarih:17.02.2005 ve sayı:25730). Türk Standartları Enstitüsü  (TSE) tarafından yayınlanan TS 266:2005 "Sular-İnsani Tüketim Amaçlı Sular" standardında da arsenik limiti 10 µg/L olarak belirlenmiştir. 
Moleküler baskılama tekniği, bir kalıp molekülü etrafında fonksiyonel monomerlerin kovalent veya non-kovalent etkileşimlerle düzenlenmesi ve sonrasında uygun bir işlem süreci ile kimyasal fonksiyona sahip katı malzemelerin oluşturulmasını amaçlamaktadır. İşlem sonrasında kalıp molekülün uzaklaştırılması ile yapıda kalıp molekülüne özgü oyuk bölgeler oluşmakta ve ayırma, kimyasal tayin ve kataliz gibi işlemler için ideal bir malzeme elde edilmektedir. Moleküler baskılanmış polimerler (MIP), dış etkilere karşı fiziksel ve kimyasal kararlılığı oldukça yüksek polimerlerdir. Moleküler baskılamada, partiküllerin boyutça büyük olması iç kısımlarda da baskılanmış bölgelerin oluşmasına sebep olmaktadır. Bu durum molekülün yapıdan uzaklaştırılması açısından zorluk yaratarak adsorpsiyon kapasitesi ve hızını düşüren bir sorun oluşturmaktadır. Nanoteknoloji moleküler baskılanmanın bu problemlerine çözümler sunmaktadır. Bu çözümlerden en kabul görenlerden biri de nanopartiküllerin yüzeyine baskılamadır. Nanopartiküller yüksek yüzey alanı/hacim oranına sahiptir ve nanopartiküllerin potansiyeli ve özellikleri farklı moleküllerle yapılan yüzey modifikasyonu ile ciddi anlamda artırılabilmektedir. 
Manyetik malzemelerin kullanımı pratikte onların manyetiklik, morfoloji, şekil, boyut, polidispersite gibi özelliklerine bağlıdır. Gerek kesikli gerekse sürekli ayırma işlemlerinde kolay kullanım açısından avantajlar sağlarlar. Manyetik ayırma teknikleri standart ayırma teknikleriyle karşılaştırıldığında birtakım avantajlara sahiptir. Ayırma işleminin tüm basamakları sadece tek bir deney tüpünde gerçekleşebilmektedir. Ayırma işlemi doğrudan askıda kalmış katı malzeme içeren ham numunelerde gerçekleştirilebilir. 
Bu çalışmada, arseniğin sulu çözeltiden ve yüzey sularından etkili bir şekilde ayrılması için manyetik eşboyutlu nanopartiküllerin hazırlanması amaçlanmıştır. Hazırlanan iyon baskılanmış manyetik nanopartiküller, zeta boyut analizi, taramalı elektron mikroskobu, FTIR, NMR, Raman ve Elementel analiz yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Arsenik iyonları baskılanmış manyetik nanopartiküller, sulu ortamdan arsenik iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanılmıştır. Adsorpsiyona etki eden faktörler (iyon derişimlerinde, pH, sıcaklıklarda, yarışmacı iyon vb) incelenerek, arsenik uzaklaştırılması için gerekli olan şartların optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. As(III) ve As(V) iyon derişimleri, etkileşik çiftlenmiş plazmalı kütle spektroskopisi (ICP-MS) yöntemi ile belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında hazırlanan As(III) ve As(V) iyonlarının doğal su örneklerinden uzaklaştırılması gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Arsenic (As) (atomic number 33) has a single stable isotope with 74.9 relative mass units in the environment. Arsenic has 4 oxidation states with -3, 0, +3 and +5. In general, inorganic arsenic compounds are more toxic than organoarsenic ones. Their salts are called arsenites [As (III)] and arsenates [As (V)], respectively. As (III), the most toxic form of the Arsenic, is also the most common form in the water. Arsenic can cause destructive effects on the skin, respiratory system, cardiovascular, reproductive, digestive, nervous and immune system. Inorganic arsenic has been categorized as a registered carcinogen by the International Agency for Research on Cancer and the United States Environmental Protection Agency (EPA). In the European Union, the maximum acceptable arsenic concentration in drinking water was determined to be 10 μg/L (98/83 / EC). EPA recommends an arsenic limit of 5 μg/L in drinking water. In 2005, the Arsenic Concentration permitted in drinking water was reduced to 50 μg/L (10 μg/L) (R.G. date: 17.02.2005 and number: 25730) in the new regulation with the "Regulation on Waters for Human Consumption" in 2005. The arsenic limit was determined as 10 μg/L in TS 266: 2005 "Drinks of water for Human Consumption" published by the Turkish Standards Institute (TSE).
Molecular imprinting technique aims to regulate functional monomers around a mold molecule with covalent or non-covalent interactions and then to form solid materials with a chemical function with an appropriate processing process. By removing the mold molecule after the process, hollow regions specific to the mold molecule are formed and an ideal material is obtained for the processes such as separation, chemical determination, and catalysis. Molecularly imprinted polymers (MIP) are polymers that are highly physically and chemically stable to external influences. In molecular repression, the large size of the particles leads to the formation of depressed regions in the interior. This creates difficulties in removing the molecule from the structure and poses a problem that reduces the adsorption capacity and speed. Nanotechnology offers solutions to these problems of molecular suppression. One of the most accepted of these solutions is the surface of the nanoparticles. Nanoparticles have a high surface area/volume ratio and can be significantly enhanced by surface modification of nanoparticles with potentially different molecules.
In practice, the use of magnetic materials depends on their properties such as magnetism, morphology, shape, size, polydispersity. They provide advantages in terms of ease of use, whether intermittent or continuous separation. Magnetic separation techniques have a number of advantages when compared to standard separation techniques. All steps of separation can only be performed in one test tube. The separation can be carried out directly on raw samples containing suspended solid material.
In this work, it is aimed to prepare magnetic nanoparticles with magnetic grain size to effectively separate the arsenic from aqueous solution and surface waters. The prepared ion-suppressed magnetic nanoparticles were characterized by zeta size analysis, scanning electron microscopy, FTIR, NMR, Raman and Elemental analysis methods. Arsenic-imprinted magnetic nanoparticles have been used to remove arsenic ions from aqueous media. Factors affecting adsorption (ion concentrations, pH, temperature, competitor ion, etc.) were examined to optimize the conditions required for arsenic removal. The As(III) and As(V) ion concentrations were determined by an interactive coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) method. The removal of As(III) and As(V) ions from natural water samples was carried out at the end of the study.