Arsenik ve selenyum iyonlarının adsorpsiyonunda kullanılan fonksiyonel polimerik adsorbent geliştirilmesi
Development of functional polymeric adsorbent for the adsorption of arsenic and selenium ions
Yazar: SERHAD TİLKİ
Danışman: PROF. DR. PINAR AKKAŞ KAVAKLI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, çevre suları ve endüstriyel atık sulardan arsenik ve selenyum iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanılacak, amin grubu içeren aşılanmış polietilen kaplı polipropilen (PE/PP) dokumasız kumaşlar, 60Co gama kaynağı ile başlatılan aşı polimerizasyonu yöntemi kullanılarak 4-(klorometil) stiren (CMS) aşılanması ile hazırlanmıştır. Aşı polimerizasyonunu gerçekleştirebilmek amacıyla PE/PP dokumasız kumaşlar, organik çözücü (toluen) ve emülsiyon (çözücü olarak su ve yüzey aktif madde tween20) çözeltileri kullanılarak farklı derişimlerde hazırlanmış olan CMS çözeltileri içerisinde, gama kaynağında toplam ışıma dozu 10 kGy olacak şekilde birlikte ışınlanarak hazırlanmıştır.
Aşılama çalışmaları iki şekilde gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemler, birlikte ışınlama ile aşılama ve ön ışınlama ile aşılamadır. Bu çalışmalar sonucunda en yüksek ve kararlı aşılama, birlikte ışınlama ile aşılama ve çözücü olarak toluenin kullanıldığı çalışmalardan elde edilmiştir. Birlikte ışınlama ile aşılama çalışmasında emülsiyon çözeltisi kullanılarak hazırlanan örneklerde yüksek aşılama dereceleri elde edilmiş ve kumaşlar esnekliklerini kısmen kaybetmişlerdir. Ön ışınlama ile aşılama çalışmalarında ise çözücü olarak toluen kullanılan çalışmalarda aşılama derecelerinin oldukça düşük olduğu gözlenmiştir. Aynı yöntem kullanılarak emülsiyon çözeltisi ile gerçekleştirilen çalışmada ise kumaşlarda kararlı bir aşılama elde edilemezken bazı örnek yüzeylerinde kısmen homopolimer kalıntıları gözlenmiştir. 
 Arsenik ve selenyum iyonlarına seçici adsorbent hazırlanması amacı ile, optimum şartlarda elde edilen CMS aşılanmış PE/PP dokumasız kumaş yapısında bulunan klor grupları, 3-(dimetilamino)-1-propilamin ile modifiye edilmiştir. Modifikasyon işlemi sonucu klor gruplarının ile amin gruplarına dönüşüm miktarı 2,75 mmol DMAPA /g polimer olarak hesaplanmıştır.
Amin grubu içeren modifiye edilmiş PE/PP dokumasız kumaş adsorbentin As(V) ve Se(VI)  iyonları adsorpsiyonu için pH, adsorpsiyon kinetiği ve başlangıç derişimi etkisi çalışılmıştır. Çalışmalar sonucunda, her iki element için optimum çalışma pH'ı 4,00 olarak tespit edilmiştir. As(V) iyonu adsorpsiyonunun 360 dakikada dengeye geldiğini ve 250 ppm As(V) çözeltisinden adsorplanan miktarın 110,52 mg As(V)/g polimer olduğu bulunmuştur. Arsenik iyonlarını adsorplamış PE/PP dokumasız kumaş adsorbentin desorpsiyon çalışması %3 HNO3 ile gerçekleştirilmiş ve As(V) iyonlarının yaklaşık %100'ü desorbe edilmiştir. Tekrar kullanılabilirlik çalışmaları sonucunda As(V) iyonları adsorpsiyonunun,  beş kez tekrarlanan adsorpsiyon desorpsiyon döngüsü süresince korunduğu gözlenmiştir. Se(VI) iyonu adsorpsiyonununda 360 dakikada dengeye geldiğini ve 250 ppm Se(VI) çözeltisinden adsorplanan miktarın 107,68 mg Se(VI)/g polimer olduğu bulunmuştur.
PE/PP Dokumasız kumaş, CMS aşılanmış, amin grubu modifiye edilmiş, arsenik ve selenyum iyonu adsorplamış PE/PP dokumasız kumaşların kimyasal yapıları, yüzey morfolojileri ve termal özellikleri, FTIR, XPS, SEM, EDX, elemental analiz ve TGA teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, grafted polyethylene coated polypropylene (PE/PP) nonwoven fabrics containing amine groups for the removal of arsenic and selenium ions from environmental waters and industrial waste water are prepared by graft polymerization method with grafting 4- (chloromethyl) styrene (CMS) by using the 60Co gamma-ray source. Non-woven fabrics were prepared by irradiating with 10 kGy of total irradiation dose, using CMS solutions prepared by organic solvent (toluene) and emulsion (water and surfactant tween20 ) at different concentrations to accomplish graft polymerization.
Grafting studies were carried out in two methods. These methods are grafting by simultaneous irradiation and grafting by pre-irradiation. As a result of these studies, the highest and steady grafting were obtained with grafting by simultaneous irradiation and toluene as solvent. At grafting by simultaneous irradiation in which samples prepared by emulsion, excessive grafting was observed and the fabrics partially lost their elasticity. In grafting by pre-irradiation studies, when toluene is used as solvent, the percentage of grafting is very low. When working with emulsion using the same method, steady grafting could not be obtained while some homopolymer residues were observed on some sample surfaces in fabrics.
For the preparation of a selective adsorbent for arsenic and selenium ions, the chlorine groups in the CMS grafted PE/PP nonwoven fabric structure obtained under optimum conditions were modified with amine groups with 3- (dimethylamino) -1-propylamine. The amount of the resulting amine group was calculated to be 2.75 mmol / g of grafted fabric.
The effect of pH, adsorption kinetics and initial concentration on the adsorption of As (V) and Se(VI) ions on modified PE/PP nonwoven fabric adsorbent containing amine group was studied. It has been found that the optimum pH is 4,00 for both elements. Adsorption of As (V) ion reaches the balance at 360 minutes in optimum pH 4,00 and that the adsorbed amount of 250 ppm As (V) solution is 110,52 mg As (V) / g polymer. Desorption of arsenic ions adsorbed PE/PP nonwoven fabric adsorbent was performed with 3% HNO3 and approx. 100% of As(V) ions were desorbed. As a result of reusability studies, it has been observed that the adsorption of As (V) ions is maintained throughout the five adsorption desorption cycles. Adsorption of Se(VI) ion also reaches the balance at 360 minutes in optimum pH 4,00 and that the adsorbed amount of 250 ppm Se(VI) solution is 107,68 mg Se(VI) / g polymer.

Chemical structures, surface morphology and thermal properties of PE/PP nonwoven fabric, CMS grafted, amine group modified, arsenic and selenium ions adsorbed PE/PP nonwoven fabrics were characterized using FTIR, XPS, SEM, EDX, Elemental analysis and TGA techniques.