Ligand katkılı mezogözenekli silika kullanarak Cu(II) iyonlarının kolorimetrik tayini ve adsorpsiyonu
Colorimetric detection and adsorption of Cu(II) ions using ligand doped mesoporous silica
Yazar: AYŞE ERİM
Danışman: PROF. DR. NURAY ŞATIROĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmanın amacı, konjüge materyal olarak ligand katkılı mezo gözenekli silikanın su örneklerinden Cu(II) iyonlarının uzaklaştırılması ve tayini için etkinliğini değerlendirmektir. Bu çalışmada mezogözenekli monolitik silika tetraetilortosilikat (TEOS) ve iyonik olmayan yüzey aktif madde Brij 56 kullanılarak asidik ortamda sentezlenmiştir. Suda çözünebilen indikatör Pyrokatekol violet N-Setil pridinyum klorür ile bir iyon çifti yapısında (PV-CP) lipofilize edilmiş ve ardından mezo gözenekli silikaya immobilize edilmiştir (Si-PV-CP). Elde edilen malzeme FT-IR, SEM, BET, elementel analiz ve X-ışını mikrotomografi ile karakterize edilmiştir. Hazırlanan Si-PV-CP partiküller, Cu(II) iyonlarının varlığında sarıdan koyu maviye doğru belirgin bir renk değişikliği göstermiştir.
Cu(II) adsorpsiyon deneylerinde çözelti pH'ı, etkileşim zamanı, Cu(II) iyonlarının başlangıç derişimi, yabancı iyonlar ve tekrar kullanım gibi bazı etkiler incelenmiştir. Deneysel verilerden, pH 6,0'da Si-PV-CP partiküllerinin maksimum adsorpsiyon kapasitesi 41.6 mg/g Cu (II) olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon dengesine kısa bir etkileşim süresinde (30 dakika) ulaşılmıştır. Sonuçlar, Cu (II) iyonu yüklenmiş konjüge malzemenin, 0.05 mol/L HCl ve 0.05 mol/L EDTA karışımı kullanılarak etkili bir şekilde geri kazanıldığını göstermiştir. Yabancı iyonların varlığında Cu(II) adsorpsiyon verimi etkilememiştir.
Bu çalışmanın üçüncü bölümünde Cu(II) iyonlarının görsel tayini için optik test şeridi hazırlanmıştır. Test şeridinin hazırlanmasında, spektrofotometrik reaktif PV-CP sol-jele immobilize edilmiştir ve ardından filtre kağıtları daldırma kaplama yöntemi kullanılarak sol-jel ince film ile kaplanmıştır. Test şeridinin rengi Cu(II) iyonlarının eklenmesiyle gözle ayırt edilebilir şekilde hızla değişmiştir. Test şeridinin seçiciliği UV-GB reflektans spekturumu ile belirlenmiştir. Optimum koşullar altında, Cu(II) iyonları eser seviyede belirlenmiş ve gözlenebilme sınırı 3,2 μg/L olarak hesaplanmıştır. 10-750 μg/L Cu(II) derişim aralığında doğrusal bir kalibrasyon grafiği elde edilmiştir. Yabancı iyonların varlığı, Cu(II) iyonlarının tayinini etkilememektedir. Ayrıca test şeridi Cu(II) iyonlarının belirlenmesi için sertifikalı referans su numunelerine uygulanmış ve tatmin edici sonuçlar elde edilmiştir. Geliştirilen yöntem deriştirme ve ekstraksiyon gibi bir ön işlem gerektirmemektedir.

Abstract:
The aim of this work is to evaluate the effectiveness of the ligand dopped mesoporous silica as conjugate materials for Cu(II) ions detection and removal from water samples. In this work, mesoporous monolithic silica was synthesized in acidic medium by using tetraethylorthosilicate (TEOS) and nonionic surfactant Brij 56. The water-soluble indicator Pyrocatechol Violet was lipophilized with N-cetyl pyridinium chloride in the form of an ion-pair (PC-CP) and subsequently immobilized into mesoporous silica (Si-PV-CP). The resulting material was characterized by FT-IR, SEM, BET, elemental analysis and X-ray microtomography. The prepared Si-PV-CP particles was exhibited an obvious color change from yellowish to dark blue in the presence of Cu(II) ions. 
In Cu(II) adsorption experiments,  several affecting factors, including the solution pH, contact time, initial Cu(II) ions concentration, foreign ions and reuses were investigated. From the experimental data, the maximum adsorption capacity of Si-PV-CP particles was found to be 41.6 mg/g Cu(II) at pH of 6.0. The adsorption equilibrium was achieved within a short contact time (30 min). The results demonstrated that Cu(II) ion loaded conjugate materials was effectively regenerated using 0.05 M HCl and 0.05 M EDTA solution. The Cu(II) adsorption efficiency was not affected in the presence of foreign ions.
In the third  part of this study, an optical test strip was prapared for visual detection of Cu(II) ions. In the preparation of the test strip, the spectrophotometric reagent PV-CP was immobilized in the sol-gel, and then the filter papers were coated with sol-gel thin film using the dip coating method. The test strip color was changed quickly to the addition of Cu(II) ions, which was visualized through naked-eye. The selectivity of the test strip was determined by Uv–Vis reflectance spectra. Under optimum conditions, trace level of Cu(II) ions recognized, and the limit of detection was calculated to be 3,2 µg/L. A linear calibration graph was obtained in the range of 10–750  µg/L of Cu(II). The presence of foreign ions did not interfere detection of Cu(II) ions. Furthermore, the test strip was applied to certified reference water samples for the detection of Cu (II) ions and satisfactory results were obtained. The method developed requires no prior treatment such as concentrating and extraction process.