Poli (vinilalkol) bazlı manyetik hidrojellerin sentezi, kobalt tayini ve kadmiyum arıtım stratejilerinde kullanımı
Synthesis of poly(vinylalcohol) based magnetic hydrogels, its usage in cobalt determination and cadmium treatment strategies
Yazar: NAZİME EBRAR KARLIDAĞ
Danışman: DOÇ. DR. FATMA TURAK ; PROF. DR. SEZGİN BAKIRDERE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez kapsamında poli(vinil alkol) bazlı manyetik hidrojeller (PVA-MH) sentezlenerek eser seviyelerde kobalt ve kadmiyum iyonlarının ekstraksiyonu ve giderimi için yenilikçi analitik prosedürler geliştirilmesi amacıyla ilk kez kullanılmıştır. PVA-MH laboratuvarda kolay, hızlı ve uygun maliyetli bir şekilde sentezlenmiş ve her iki çalışmada da adsorban malzeme olarak kullanılmıştır. Sentezlenen hidrojellerin yapısı ve morfolojisi, taramalı elektron mikroskobu ve Fourier dönüşümü kızılötesi spektrometresi kullanılarak doğrulanmıştır. Tez kapsamında yapılan ilk çalışmada, kobalt iyonlarının papatya çayı ekstraktlarından zenginleştirilmesi/ayırılması için PVA-MH esaslı dağıtıcı katı faz ekstraksiyon (DKFE) yöntemi geliştirilmiş ve yöntem alevli atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAAS) sistemi ile birleştirilmiştir. Ekstraksiyon performansını etkileyen çeşitli deneysel değişkenler, tek değişkenli optimizasyon yöntemi kullanılarak doğrulanmıştır. Belirlenen optimum deney koşullarında, gözlenebilme limiti (GL) ve tayin limiti (TL) değerleri sırasıyla 4.2 µg/L ve 14.1 µg/L olarak kaydedilmiştir. Sistemin tespit gücündeki artış, geleneksel AAAS sisteminin GL değerine kıyasla 57.8 kat artış göstermiştir. Önerilen yöntemin doğruluğu ve güvenilirliği papatya çayı ekstraktları kullanılarak değerlendirilmiştir. Matris eşleştirme kalibrasyon stratejisi kullanılarak %85.7 ile %113.8 arasında kabul edilebilir geri kazanım sonuçları hesaplanmıştır. Bu, önerilen yöntemin, papatya çayı da dahil olmak üzere birçok çay numunesinin analizi için uygulanabilir ve umut verici olduğu doğrulamıştır. Tezin ikinci bölümünde sentetik evsel atıksulardan kadmiyum iyonlarının uzaklaştırılması için PVA-MH esaslı bir arıtma stratejisi geliştirilmiştir. Önerilen yöntem, kadmiyum iyonlarının tespiti ve tayini için AAAS sistemi ile birleştirilmiştir. Adsorpsiyon kapasitesini etkileyen operasyonel faktörleri (tampon çözelti hacmi ve pH, adsorban miktarı ve karıştırma süresi) değerlendirmek için tek değişkenli optimizasyon yaklaşımı kullanılmıştır. Adsorpsiyon denge süreci üç parametreli Sips modeli ile değerlendirilmiş ve sonuçların 0.9876 R2 değeri ile deneysel verilerle uyumlu olduğu belirlenmiştir. Ek olarak, sorpsiyon kinetiği, pseudo ikinci dereceden kinetik modelle uyumludur. Kadmiyumun hidrojel yüzeyine adsorpsiyonu için hem tek tabakalı adsorpsiyonun hem de çok bölgeli etkileşimlerin etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca, PVA-MH şişme özelliklerinin adsorpsiyon mekanizması üzerinde etkisinin düşük olduğu tespit edilmiştir. Bulgular, geliştirilen stratejinin atıksu örneklerinden kadmiyumun giderilmesi için başarılı ve etkili bir şekilde kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, poly(vinyl alcohol)-based magnetic hydrogel (PVA-MH) was synthesized and used for the first time to develop innovative analytical procedures for the extraction and removal of trace levels of cobalt and cadmium ions. PVA-MH was easily, quickly, and affordably synthesized in the laboratory and used as an adsorbent material in both studies. The structure and morphology of the synthesized hydrogels were verified using scanning electron microscopy and Fourier transform infrared spectrometry. In the first study conducted within the scope of the thesis, a PVA-MH based dispersive solid phase extraction (DSPE) method was developed to enrich/separate cobalt ions from chamomile tea extracts, and the method was combined with flame atomic absorption spectroscopy (FAAS) system. Various experimental variables affecting the extraction performance were confirmed using the univariate optimization method. Under the determined optimum experimental conditions, the limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) values were recorded as 4.2 µg/L and 14.1 µg/L, respectively. The enhancement of detection power was increased by a 57.8-fold increase compared to the LOD value of the conventional FAAS system. The accuracy and reliability of the proposed method were evaluated using chamomile tea extracts. The acceptable recovery results between 85.7 and 113.8% were obtained using the matrix matching calibration strategy. This confirmed that the recommended method is applicable and promising for the analysis of several tea samples including chamomile tea. In the second part of the thesis, a PVA-MH based treatment strategy was developed to remove cadmium ions from synthetic domestic wastewater. The proposed method was combined with the FAAS system for the detection and determination of cadmium ions. A univariate optimization approach was used to evaluate the operational factors affecting the adsorption capacity (buffer solution volume and pH, adsorbent amount and mixing time). The adsorption equilibrium process was evaluated with a three-parameter Sips model, and the results were determined to be compatible with the experimental data with an R2 value of 0.9876. Moreover, the sorption kinetics are consistent with the pseudo-second-order kinetic model. It was concluded that both monolayer adsorption and multisite interactions govern the adsorption of cadmium to the hydrogel surface. Additionally, PVA-MH swelling properties have a low impact on the adsorption mechanism. The findings showed that the developed strategy could be used successfully and effectively to remove cadmium from wastewater samples.