Çapraz bağlı polivinilpirolidon nanokompozitlerinin hazırlanması ve adsorpsiyon kinetiklerinin incelenmesi
Preparation of crosslinked polyvinylpyrrolidone nanocomposites and investigation of their adsorption kinetics
Yazar: GÖKÇEN EŞİYOK
Danışman: PROF. DR. NURSELİ UYANIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Differensiyel tarama kalorimetresi = Differential scanning calorimetry ; FTIR = FTIR ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Organokiller = Organoclays ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Polimer sentezi = Polymer synthesis ; Polivinilpolipirolidon = Polyviniylpolypyrrolidone ; Termal analiz = Thermal analysis

Özet:
Bu çalışmada 92,6 ve 145 meşdeğer/100 g katyon değiştirme kapasiteli (KDK), iki çeşit Na montmorillonit (MMT) kullanılmıştır: MMT (92,6) ve MMT (145). Bu killer oktadesil amonyum klorür ile organokil (OK) haline getirilmiştir: OK (92,6) ve OK (145).Bu organokiller kullanılarak çapraz bağlı polivinil pirolidon (PVPP) nanokompozitleri (NK) hazırlanmıştır. Örneklerde OK yüzdesi % 5 ve % 10 olarak alınmıştır. Örneklerin tanımlamaları OK yüzdesi ile KDK değerini ifade edecek şekilde yapılmıştır (Örneğin % 5 OK içeren 145 KDK'lı PVPPNK örneği için ?PVPP-OK/5 (145)?).Nanokompozitlerin adsorpsiyon deneylerindeki farklarını belirlemek için referans olarak aynı yöntem OK kullanılmadan uygulanarak çapraz bağlı kilsiz PVPP örneği de sentezlenmiştir.Hazırlanan örneklerin FTIR, DSC ve TGA karakterizasyonları yapılarak sentezlenen örneklerin yapısal tanımlamaları yapılmıştır.Bu örneklerin her birinden 0,05 g alınarak 40 mg/L konsantrasyondaki metilen mavisi boyar maddesi çözeltisinden adsorpsiyon deneyleri 30 0C'de yapılmıştır. Adsorpsiyon kapasitesinin (qt ) zamanla değişimi verileri qt-t grafikleri ile gösterilmiştir.Killer, organokiller, PVPP ve PVPPNK örneklerinin ne kadar metilen mavisi adsorpladığı bulunduktan sonra adsorpsiyon hızının hız denklemlerine uygulanabilirliği araştırılmış ve yalancı ikinci derece hız denklemine uyduğu belirlenmiştir.PVPP-OK/10 (92,6) örneğinden 0,01, 0,03 ve 0,05 g miktarlarda alınıp 40 mg/L konsantrasyondaki metilen mavisi çözeltisinden 30 0C'de adsorpsiyon yapılarak adsorban miktarının adsorpsiyon kapasitesine etkisi araştırılmış ve adsorban miktarı arttıkça adsorpsiyon kapasitesinin azaldığı bulunmuştur.PVPP-OK/10 (92,6) örneğinin 0,05 gramı 40 mg/L konsantrasyondaki metilen mavisi çözeltisinde kullanılarak farklı sıcaklıklarda adsorpsiyon deneyleri yapılmıştır. 30, 40 ve 50 0C sıcaklıklarda yapılan deney sonuçlarından termodinamik hesaplamalar ile aktivasyon enerjisi, adsorpsiyon denge sabiti, adsorpsiyon Gibbs serbest enerjisi, adsorpsiyon entalpisi, adsorpsiyon entropisi hesaplanmıştır. Bu hesaplamalardan adsorpsiyon tipinin fiziksel adsorpsiyon olduğu, adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleşmediği ve adsorpsiyonun endotermik olduğu bulunmuştur.0,05 g PVPP-OK/10 (92,6) örneğinin 40, 80, 120 mg/L konsantrasyondaki metilen mavisi çözeltisinden adsorpsiyonu deneyleri 30 0C'de yapılarak sonuçlar Freundlich ve Langmuir adsorpsiyon izotermlerine uygulanmış ve sonuçların beklendiği gibi heterojen yüzeylere uygulanan Freundlich izotermine daha iyi uyduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, two types of Na monmorillonite (MMT) with cation exchange capacity (CEC) values of 92.6 and 145 meq/100 g were used: MMT (92.6) and MMT (145). The mentioned clays are modified into organoclay (OC) with octadecyl ammonium chloride,The mentioned organoclays were used to prepare crosslinked polyvinyl pyrrolidon (PVPP) nanocomposites (NC). The OC percentages were taken as 5% and 10% for these samples. The samples were defined including the OC percentage and the differences of CEC value (i.e., the PVPPNC which had 145 meq/100 g CEC value with 5% OC is defined as ?PVPP-OC/5 (145)?).The sample of crosslinked PVPP without organoclay was also synthesized by using the same method to specify the differences on the adsorption experiments of nanocomposites.The synthesized samples were structurally defined by performing the FTIR, DSC and TGA characterizations.The adsorption experiments of these samples which were taken 0.05 g were carried out on methylene blue dye solution with 40 mg/L concentration at 30 0C. Changes of adsorption capacities (qt ) with time data were plotted on qt-t graphs.After determining the adsorption capacities of the clays, organoclays, PVPP, and PVPPNC on metyhlene blue dye, the applicability of adsorption data on the rate equations was investigated and it was found that pseudo second order rate equations were fitted to the data. The effects of amount of adsorbent on adsorption capacity were investigated for PVPP-OC/10 (92.6) sample with 0.01, 0.03 and 0.05 g amounts on metyhlene blue solution of 40 mg/L by performing adsorption at 30 0C. The results of this experiments showed that the adsorption capacity decreased by increasing the amount of adsorbent.The adsorption experiments at various temperatures are performed by using 0.05 g of the sample PVPP-OC/10 (92.6) on methylene blue solution with 40 mg/L concentration. The data taken from the experiments at 30, 40 and 50 0C temperatures, the activation energy, adsorption equilibrium constants, Gibbs adsorption energies, adsorption enthalpy, and adsorption entropies were calculated by thermodynamic calculations. From these calculations it was found the type of adsorption (physical adsorption), the spontaneity of adsorption (nonspontaneous), and the type of heat of adsorption (endothermic).The adsorption experiments of the sample PVPP-OC/10 (92.6) with 0.05 g amount on metyhlene blue solution at 40, 80, 120 mg/L concentrations were performed at 30 0C and the results were applied on the Freundlich and Langmuir isotherms. These data fitted to Freundlich isotherm which gave the best results on heterogeneous surface, as expected.