Güçlü katyon değiştirici reçinelerin hazırlanması ve karakterizasyonu: sucul ortamlardan organik kirletici giderimi uygulamasında kullanılması
Preparation and characterisation of strong exchange resin: aplication for removal of organic pollutants from aqueous solutions
Yazar: GÜL KUNDUZCU
Danışman: PROF. DR. GÜLAY BAYRAMOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, sülfon grupları ile fonksiyonlandırılmış poli(hidroksipropilmetakrilat-etilenglikol dimetakrilat-glisidilmetakrilat), p(HPMA-EGDMA-GMA)-SO3H, mikroküreleri katyon değiştirici reçine olarak hazırlanmış ve sulu çözeltisinden model organik kirletici olarak Direct Red R (DR-R) ve Disperse Violet 28 (DV-28) boyalarının sulu ortamdan gideriminde kullanılma potansiyeli araştırılmıştır. Bu amaçla, hidroksipropil metakrilat (HPMA) ve etilenglikoldimetakrilat (EGDMA) ve glisidil metakrilat (GMA) monomerleri ile reaktif epoksi grubu taşıyan p(HPMA-EGDMA-GMA) reçineleri hazırlanmıştır. p(HPMA-EGDMA-GMA) mikroküreleri sülfonlanarak model boyaların etkin bir yol ile giderimini sağlamak için güçlü katyon değiştirici reçineler (p(HPMA-EGDMA-GMA)-SO3H) elde edilmiştir. Reçinelerin kimyasal yapısı ve morfolojisi, FTIR, SEM ve BET yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Katyonik reçineler ile anyonik DR-R ve DV-28 boyalarının sulu çözeltilerden adsorpsiyon yolu ile giderimi işleminde farklı deney koşullarının etkisi araştırılmıştır. poli(HPMA-EGDMA-GMA)-SO3H reçineleri kullanılarak sulu ortamdan DR-R ve DV-28 için erişilen maksimum adsorpsiyon kapasiteleri sırası ile, 86,1 ve 179,6 mg/g'dır. Ayrıca, adsorpsiyon/desorpsiyon çalışmaları, p(HPMA-EGDMA-GMA)-SO3H reçinelerinin tekrar kullanılabilirliğini değerlendirmek için gerçekleştirilmiş ve adsorbe edilen DR-R ve DV-28 boyalarının sırasıyla %89,4 ve % 91,7 oranında reçinelerden desorbe edilebildiği belirlenmiştir. Adsorpsiyon sistemini tanımlayan kinetik ve izoterm modelleri farklı teorik modeller kullanılarak araştırılmış ve deneysel sonuçların ikinci dereceden kinetik denklem ve Langmuir ve Temkin izoterm modelleri ile uyumlu olduğu bulunmuştur. Sonuç olarak, düşük miktarda katyonik reçine kullanımı ile kısa işlem süresinde, yüksek organik kirletici giderim potansiyeline erişilmesi, endüstriyel atıkların arıtımında kullanılabilecek etkili ve sürdürülebilir bir sorbent olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this study, poly (hydroxypropylmethacrylate-ethyleneglycol dimethacrylate-glycidylmetharylate) microspheres functionalized with sulfone groups, p(HPMA-EGDMA-GMA)-SO3H,  were prepared cation exchange resin. They were used for removal of two different model organic contaminants  (i.e., Direct Red R (DR-R) and Disperse Violet 28 (DV-28) dyes) from aqueous solution. For this purpose, hydroxypropyl methacrylate (HPMA) and ethyleneglycoldimethacrylate (EGDMA) and glycidyl methacrylate (GMA,  bearing a reactive epoxy group) monomers were used for preparation of p(HPMA-EGDMA-GMA) microspheres via suspension polymerization. The epoxy groups of the prepared microspheres (i.e., p(HPMA-EGDMA-GMA)) were modified  into sulphonate groups (i.e., p (HPMA-EGDMA-GMA)-SO3H) by reacting with NaS03 to provide efficient removal of the dyes. The chemical structure and morphology of microspheres were characterized by FTIR, SEM and BET methods. The effect of different experimental conditions on the removal of the tested DR-R and DV-28 dyes using cationic resins by adsorption from aqueous solutions was investigated. The maximum adsorption capacity of resin for the DR-R and DV-28 were found to be 86,1 and 179,6 mg / g, respectively. In addition, adsorption / desorption studies were performed to evaluate the re-usability of p(HPMA-EGDMA-GMA)-SO3H resins and adsorbed DR-R and DV-28 dyes were desorbed from resins about 89,4% and 91,7%, respectively. The kinetic and isotherm models were investigated using different theoretical models. These results show that the experimental results are compatible with the second order kinetic equations and Langmuir and Temkin isotherm models. Finally, a small amount of cationic resin was able to remove large quantity organic pollutant in a short processing time. Thus, it was shown that the resin has high potential as effective and sustainable adsorbent that can be used in the treatment of industrial wastewaters.