Kitosan–organofilik tabakasal silikat nanokompozit hidrojellerinin sentezi ve ağır metal gideriminde kullanımı
Synthesis of chitosan-organophilic layered silicate nanocomposite hydrogels and their use in heavy metal removal
Yazar: SEDA BOZKURT
Danışman: PROF. DR. SİNAN ŞEN
Yalova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu projede, spirulina yosunu, NaMMT nanodolgusu yüzeyinde hareketsiz kılınarak
hem organofilik bir nanokil yapısı elde edilmiştir, hem de Spirulina yosununun
yüzey alanı arttırılmıştır. Elde edilen Spirulina-MMT nanodolgusu, kitosan
biyopolimeri ile etkileştirilerek, kitosan nanokompozit hidrojelleri hazırlanmıştır.
Herhangi bir organik çapraz bağlayıcı kullanılmadan, kitosan polimeri fiziksel çapraz
bağlanma ile hidrojel forma dönüştürülmüştür. Kitosan polimerinin kendi içindeki
yoğun fiziksel çapraz bağlanmasına, Spirulina yosunu fonksiyonlu grupları ile
katkıda bulunmuştur. Projede polisakkarit ve protein yapısı içeren Spirulina
mikroyosunun montmorillonit (MMT) kiline immobilizasyonu ile organofilik MMT
(Sp-MMT) eldesi ve hazırlanan kitosan (CH) nanokompozit hidrojellerinin metal
adsorpsiyonu ile şişme özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Polimer
nanokompozit hidrojellerin ısıl ve morfolojik özelliklerine nanodolgunun yükleme
derecesinin etkisi, ısıl gravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu
(SEM) yöntemleri ile araştırılmıştır. Hidrojellerin krom metal iyonunu adsorplama
kapasitesi, UV-VIS spektrofotometresi ile saptanmıştır. Saf kitosan hidrojeli ve
NaMMT dolgulu nanokompozit hidrojellere göre, Sp-MMT dolgulu hidrojellerin
daha yüksek şişme ve metal adsorplama kapasitesine sahip oldukları bulunmuştur.
Ağırlıkça % 1 oranında Sp-MMT dolgusu içeren CH nanokompozit hidrojeli (CH-
1SpM) ile suda maksimum şişme, gelişmiş ısıl özellikler ve maksimum adsorpsiyon
kapasitesi elde edilmiştir. Literatür verilerinde, Spirulina ve MMT dolgusunun tek
başlarına adsorban olarak kullanıldıklarında sırasıyla ağırlıklarının sadece % 4.8 ve
% 0.36‟sı kadar Cr(VI) iyonu adsorpladıkları rapor edilmiştir. Bu çalışmada ise
üretilen maksimum adsorpsiyon kapasitesine sahip CH-1SpM nanokompozit
hidrojelinin, içerdiği Spirulina ağırlığının yaklaşık % 3800‟ü kadar Cr(VI) iyonunu
adsorpladığı bulunmuştur. Ayrıca, CH-1SpM hidrojelinin, saf hidrojele göre,
yaklaşık % 175 daha fazla kromat anyonunu uzaklaştırdığı bulunmuştur. Su
absorpsiyonu ve metal adsorpsiyonu özelliklerinin iyileştirlmesi, chitosan matrisle
etkileşen Spirulinan‟nın açık bir ağımsı formda olması ve su ve kromat anyonları ile
olan maksimum etkileşimine dayandırılmıştır.

Abstract:
In this project, organophilic nano clay structure was obtained by immobilization of
spirulina algea onto NAMMT nano filler surface so that the surface area of spirulina
algea was increased. Chitosan nanocomposite hydrogels were prepared by the
interaction of modified MMT (Sp-MMT) and chitosan biopolymer. Chitosan
polymer was converted to hydrogel form by the physical crosslinking without using
any organic crosslinking agent. Spirulina algea contributed chitosan polymer to
intensive physically crosslinked in itself by functional groups. In this project, our
objective was to enhance metal adsorption and swelling properties of chitosan
composite hydrogels by the immobilization of Spirulina microalg into/onto the clay
to obtain an organophilic clay (Sp-MMT). The effect of increased MMT clay loading
in thermal and morphological properties were investigated by thermogravimetric
analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. Chromium
metal adsorption capacity was determined with UV-VIS spectrophotometer. All the
Sp-MMT loaded nanocomposite hydrogels exhibited higher swelling and metal
adsorption capacities compared to neat chitosan hydrogel and NaMMT loaded
hydrogels. Chitosan nanocomposite hydrogel, CH-1SpM having 1wt% Sp-MMT
clay was found to have maximum swelling, enhanced thermal stability and maximum
adsorption capacity. Literature data reports that Spirulina and MMT clay by
themselves can remove only about 4.80 % and 0.36 % Cr (VI) ion, respectively, with
respect to their weights. On the other hand, the CH-1SpM hydrogel adsorbed about
3800 % Cr (VI) ion with respect to Spirulina‟s weight in it. Moreover, the maximum
adsorption value of the same hydrogel was found to be about 175 % higher than that
of neat hydrogel. Enhancement of the water swelling and metal adsorption capacities
by Sp-MMT loaded hydrogels was ascribed to the open network structure of
Spirulina maicroalg interacting with chitosan matrix and so maximized interaction
with water molecules and chromate anions.