Akrilik asit fonksiyonel grupları içeren çapraz bağlı kopolimer kullanarak sulu çözeltilerden Sr(II) uzaklaştırılması
Removal of Sr(II) from aqueous solution by using crosslinked copolymer containing acrylic acid functional groups
Yazar: ÖZDEN DORUKÖZ BİLGİÇ
Danışman: PROF. DR. CEMAL ÖZEROĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Günümüzde radyoaktif atıkların gideriminde, dekontaminasyon işlemlerinde adsorbent sıklıkla kullanılmaktadır. İnorganik ya da polimerik adsorbentlerr kullanılarak sulu çözeltilerden ve atık çözeltilerden toksik ve radyoaktif metal iyonlarının uzaklaştırılması üzerine çalışmalar yapılmaktadır.  Sr-90'nın fiziksel yarıömrü 28.8 yıldır. Sr-90 maruziyetinde, % 70-80'i vücuda geçer, kalan %20-30 kalsiyum gibi davranır ve kemiklerde, dişlerde kolaylıkla lokalize olur. Kemik, kemik iliğinde ve çevresinde yumuşak dokularda kansere yol açar. Bu nedenle sanayi atıklarındaki ve radyoaktif atıklardaki Sr-90'nın dekontaminasyonu gereklidir. 
Bu çalışmada metil etil keton peroksit(MEKp) başlatıcı olarak, toluen içinde ağırlıkça % 1 Co içeren kobalt oktoat çözeltisi hızlandırıcı olarak kullanılmasıyla akrilik asit fonksiyonel grupları taşıyan çapraz bağlı poliester reçineleri sentezlendi. Akrilik asit fonksiyonel grupları taşıyan çapraz bağlı kopolimer, FT-IR ve SEM analizleri ile karakterize edildi. Çözeltinin başlangıç pH'ı, Sr konsantrasyonu, sıcaklık, çalkalama süresi, adsorbent dozu (v/m oranı) gibi stronsiyum adsorpsiyonuna etki parametreleri saptandı. 
Deneysel adsorpsiyon verileri Elovich, franskiyonel güç, yalancı birinci mertebeden ve yalancı ikinci mertebeden kinetik modeller kullanılarak analiz edildi. Yalancı ikinci mertebe kinetik model sulu çözeltilerden akrilik asit fonksiyonel grupları taşıyan çapraz bağlı kopolimer üzerine Sr(II) adsorpsiyonu için deneysel verilere yüksek korelasyon sağladığı gözlendi. Başlangıç Sr(II) konsantrasyonları 5 mg.L-1 ve 100 mg.L-1 olan çözeltiler için hesaplanan hız sabitleri(k) ve denge durumunda adsorplanan Sr(II) miktarları (qe) sırasıyla 7.123 x 105 g/mol.dak ve  1.31 x 10-6 mol/g ve 1.407 x 105 g/mol.dak  ve 6.66 x 10-6 mol/g'dür.
Elde edilen deneysel sonuçlar  Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich(D-R) izotermleri kullanılarak modellendi. Denge izotermleri, 0.999 korelasyon katsayısıyla Freundlich eşitliği iyi tanımlandı. 283-313 K sıcaklık aralığında Dubinin-Radushkevich izoterminden hesaplanan ortalama adsorpsiyon enerjisi 12.95 kJ/mol olarak bulundu
Sistemin termodinamik değerleri (?Ho, ?So ve ?Go) sıcaklığa bağlı elde edilen adsorpsiyon verileri kullanılarak hesaplandı. Stronsiyum konsantrasyonu 5 mg.L-1 den 100 mg.L-1 e arttığında, hesaplanan ?Ho  ve ?So değerleri sırasıyla 51.07'den  32.50 kJ/mol'e ve 20.42 x 10-2'den  12.28 x10-2 kJ/mol K'e değişti. Sabit sıcaklıkta (313 K)  başlangıç Sr(II) konsantrasyonlarının 5 mg.L-1'den 100 mg.L-1'ye artışı ile Gibbs Serbest Enerji ?Go değerleri, 12.88 kJ/mol'den  -5.95 kJ/mol'e değişti.

Abstract:
Nowadays, adsorbent is often used for removing radioactive waste, decontamination operations.  Using inorganic and organic polymers, there are many studies on removal of toxic and radioactive metal ions. Strontium-90 has a physical half-life of 28.8 years. When people take in Sr-90, about 70-80% of it passes through the body. Almost all of the remaining 20-30% that is absorbed is deposited in the bone. Accumulation of radioactive strontium around bone marrow and soft tissue leads to cancer. 
In this study, polyester resins bearing acrylic acid functional groups were synthesized by using functional groups  methyl ethyl ketone peroxide (MEKP) as initiator and cobalt octoate solution in toluene containing wt 1% Co as accelerator. Cross-linked copolymer bearing acrylic acid functional groups was characterized by FT-IR and SEM analysis. The adsorption behaviors of the adsorbent  towards Sr ions was investigated by batch technique, the parameters which act strontium adsorption such as the initial pH of the solution, Sr concentration, temperature, shaking time, adsorbent dose (V/m ratio) were determined. 
Experimental adsorption data have been analyzed using sorption kinetic models such as the Elovich, fractional power pseudo-first order and pseudo-second order kinetic models. It has been observed that pseudo-second order kinetic model provided a high degree of correlation with experimental data for the adsorption of Sr(II) ions on the cross-linked copolymer bearing acrylic acid functional groups from aqueous solutions. The calculated rate constant (k) and the amounts of the adsorbed Sr(II) (qe) at equilibrium are 7.123 x 105 g/mol.min and 1.31x 10-6 mol/g  and 1.407 x 105 g/mol.min  and 6.66 x 10-6 mol/g, for 5 mg.L-1 and 100 mg.L-1 of initial Sr(II) concentrations respectively. 
The experimental results obtained were modeled by using the Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms. Equilibrium isotherms were well described by the Freundlich equation at 303 K with correlation coefficient of 0.999. Average adsorption energy calculated from Dubinin-Radushkevich isotherm have been found as 12.95 kJ/mol at the temperature range (283-313 K).
The thermodynamic values (?Go, ?Ho, ?So) of the system were calculated by using obtained data depending on temperature. When strontium concentration increased from 5 mg.L-1 to 100 mg.L-1 , the calculated ?Ho  and ?So values were changed from 51.07 to 32.50 kJ/mol, and from 20.42 x 10-2 to 12.28 x 10-2  kJ/mol K, respectively. The Gibbs free energy values were changed from -12.88 kJ/mol to -5.95 kJ/mol with increasing initial Sr(II) concentration from 5 mg.L-1 to 100 mg.L-1  at the constant temperature (T= 313 K).