Kitosan tabletlerde gaz geçirgenliginin incelenmesi
Investigation of gas permeability in chitosan tablets
Yazar: KARDELEN DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KALENDER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Difüzyon = Diffusion ; Gaz geçirgenliği = Gas permeability ; Kitosan = Chitosan ; Seçicilik = Selectivity

Özet:
Bu tez çalışmasında, gazların kitosan tabletlerdeki geçirgenlik hızları incelenmiştir. Geçirgenlik akılarının ölçümü Wicke-Kallenbach tipi tek pelet difüzyon/adsorpsiyon hücresinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda, kitosan örneği olarak ticari (TK) ve karides kabuklarından sentezlenen kitosan (KEK) kullanılırken, gazlar ise Ar, N₂, CO₂ ve CH₄ olarak seçilmiştir. Geçirgenlik testleri 0-12 kPa basınç farkı aralığı ile 25-80 °C sıcaklık aralığında yürütülmüştür. Tabletler, tablet gözeneklilikleri TK için 0,454-0,115 ve KEK için 0,415-0,079 aralığında olacak şekilde hazırlanmıştır. Bu çalışmada, deneysel çalışmalarda kullanılan kitosan örneklerinin gerçek yoğunluk, partikül boyut dağılımı, FTIR, SEM-EDX, ve elementel analizleri de yapılmıştır. FTIR analizleri sonucunda, çalışılan kitosan örneklerinde, benzer fonksiyonel grupların olduğu görülmüştür. SEM sonuçlarından, TK'ın amorf, gözenekli, mikro yapılı ve pürüzsüz bir yüzeye sahipken, KEK'ın aynı özelliklerin yanında pürüzlü bir yüzeye sahip olduğu belirlenmiştir. EDX analizlerinden, TK'ın KEK'a göre daha saf olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Elementel analiz ölçümlerinden, TK'ın KEK'dan daha yüksek yüzdelerde C, H ve N içerdiği tespit edilmiştir. TK'ın gerçek yoğunluğu ve ortalama partikül çapı sırasıyla 1,4706 g/cm³ ve 71,1119 μm olarak ölçülmüştür. KEK için gerçek yoğunluğu 1,6712 g/cm³, öğütülmemiş KEK'in ortalama partikül çapı 105,697 μm, öğütülmüş KEK'in ise 90,8307 μm sonuçları elde edilmiştir. Geçirgenlik testleri sonucu, TK için en yüksek seçicilik değerlerine TK-2 tabletinde CH₄/CO₂ gaz çiftinde ulaşılmıştır. TK örneğinde CO₂ için yüzey difüzyonunun meydana geldiği de gözlenmiştir. KEK tabletlerindeki geçirgenlik değerleri TK tabletlerine göre düşük olarak elde edilmiştir. Bununla beraber, KEK-2 tabletindeki seçicilik değerlerinden, bu tabletin de gaz zenginleştirme ajanı olarak kullanılabileceği anlaşılmıştır. Bu tez çalışmasının sonuçları ışığında, bu alanda çalışma yapacak araştırmacılara kitosan tabletlerde gaz geçirgenliği için optimizasyon çalışmaları yapmaları önerilmektedir.

Abstract:
In this thesis, permeability of gases in chitosan tablets was investigated. The permeability fluxes were measured using Wicke-Kallenbach type diffusion/adsorption cell. A commercial chitosan (CC) and synthesized chitosan (SBC) from shrimp shell samples were used in the experimental studies. Tracer gases were selected as Ar, N₂, CO₂, and CH₄. The permeability tests were performed at pressure drop from 0 kPa (isobaric) to 12 kPa and at 25-80 °C. The tablets were prepared with tablet porosities in the range of 0.115-0.454 for CC and 0.079-0.415 for SBC. In this study, true density, particle size distribution, FTIR, SEM-EDX, and elemental analysis of chitosan samples used in experimental studies were also performed. From FTIR analyses, it was observed that there are similar functional groups on the surface of studied chitosan samples. From SEM images, it was determined that CC has porous, microstructure, and smooth surface. SBC has also similar SEM properties, but it's surface was rough. EDX analyses showed that CC is purer than SBC. From elemental analysis, it was observed that both chitosan samples contain C, H, and N. The percentages of these element in the CC was greater than those of SBC. The true density and mean particle size values of CC were measured as 1,4706 g/cm³ and 71,1119 μm, respectively. True density of SBC was 1,6712 g/cm³. The mean particle size values of un-milled and milled SBC samples were 105,697 μm, and 90,8307 μm, respectively. As a result of permeability experiments, the best selectivity value was obtained in CC-2 tablet for CH₄/CO₂ gas couple. Also, the surface diffusion of CO₂ occurred in the CC-2 tablet. Permeability values of gases in the CC tablets were lower than those of SBC tablets. However, from selectivity values of SBC tablets, it has been understood that it can also be used as a gas enrichment agent. In the light of the results of this thesis, it is recommended that researchers who will work in this field should perform optimization studies for gas permeability in chitosan tablets.