Kitosan ve halloysit bazlı nanopartiküller kullanılarak kesikli karıştırmalı kaplarda adsorpsiyon yoluyla sulu ortamlardan antibiyotik giderimi
Antibiotic removal by adsorption using chitosan and halloysite based nanoparticles from aqueous medium in batch stirred reactors
Yazar: SELCAN ERDEM
Danışman: PROF. DR. YEŞİM SAĞ AÇIKEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında kitosan ve aljinat polimerleri kullanılarak halloysit bazlı kompozitler sentezlenmiş ve bu kompozitler ile tetrasiklin antibiyotiği içeren çözeltilerde kesikli karıştırmalı kaplarda adsorpsiyon çalışmaları yapılmıştır. 
Halloysit/ kitosan kompozitler ve halloysit/ aljinat hidrojel küreler sentezlendikten sonra, partiküllerin kristal yapılarının incelenmesi ve kompozitleştirme sonucu oluşan yapıların karşılaştırılması amacıyla XRD (X Işını Kırınım) analiz metodu, yüzey morfolojilerini anlamak amacıyla SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ve TEM (Geçirimli Elektron Mikroskobu), bağlanmaların gerçekleştiği grupların saptanması amacıyla FTIR ( Fourier Dönüşümlü Infrared Spektrofotometre) ve sıcaklığın yapısal etkilerini gözlemlemek için TGA (Termogravimetrik Analiz)-DTG (Diferansiyel Termogravimetrik Analiz) ve DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre) analizleri yapılmıştır.
Adsorpsiyon çalışmalarında kullanılan halloysit/ kitosan kompozitler ve halloysit/ aljinat hidrojel küreler ile gerçekleştirilen adsorpsiyon sonuçları, halloysit, kitosan nanopartiküller ve aljinat kürelerin tek başına sorbent olarak kullanıldığı adsorpsiyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. 
Halloysit nanotüplerin sorbent olarak kullanıldığı sistemde en yüksek tetrasiklin adsorpsiyon verimi %73.53 olarak pH 5.00 ortamında saptanmıştır.
Kitosan nanopartiküller ve aljinat hidrojel kürelerin sorbent olarak kullanıldığı sistemlerde ise adsorpsiyon verimleri oldukça düşüktür.
Maksimum tetrasiklin adsorpsiyon verimliliği, pH 8.50' de, halloysitin kitosana kütle oranının 3:1 olduğu kompozit ile % 88.28 olarak elde edilmiştir. Halloysit nanotüpler ile aljinatın farklı kütle oranlarda birleştirilmesiyle sentezlenen kompozit hidrojel kürelerin sorbent olarak kulanıldığı sistemlerde halloysitin aljinata en uygun kütle oranı 3:1 olarak belirlenmiş ve pH 2.80 değerinde%73.06 adsorpsiyon verimine ulaşılmıştır.
Bu tez kapsamında halloysit nanotüpler, halloysit/ kitosan nanokompozitler ve halloysit/ aljinat hidrojel kürelerin tetrasiklin adsorpsiyonunun Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon modellerine uyumu incelenmiştir. Halloysit nanotüpler ile tetrasiklin adsorpsiyonunda deneysel verilerin en iyi uyum gösterdiği modelin Langmuir Modeli olduğu belirlenmiştir. Öte yandan halloysit/ kitosan ve halloysit/aljinat  sorbentlerinin tetrasiklin adsorpsiyonunun da Freundlich Modeline daha iyi uyum gösterdiği belirlenmiştir. Halloysit/ kitosan nanokompozitlerin tetrasiklin adsorpsiyonu aynı zamanda Langmuir Modeli' ne de uyum gösterirken, halloysit/ aljinat kürelerin tetrasiklin adsorpsiyonunun Langmuir Modeli ile temsil edilemediği belirlenmiştir.
Tetrasiklinin halloysit nanotüplere, halloysit/ kitosan nanokompozitlere ve halloysit/ aljinat hidrojel kürelere adsorpsiyon kinetiğini değerlendirmek üzere yalancı birinci dereceden kinetik model ve yalancı ikinci dereceden kinetik modele uyumları incelenmiştir. Halloysit nanotüplerin ve halloysit/ kitosan nanokompozitlerin tetrasiklin adsorpsiyonunun yalancı ikinci dereceden kinetik modele, halloysit/ aljinat hidrojel kürelerin tetrasiklin adsorpsiyonunun ise yalancı birinci dereceden kinetik modele daha iyi uyum gösterdiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Halloysit nanotüp, halloysit/ kitosan nanokompozit, halloysit/ aljinat  hidrojel küre, adsorpsiyon, tetrasiklin.

Abstract:
The halloysite- based composites were produced by using chitosan and alginate in this study. These composites were used as sorbents to remove tetracycline antibiotics from aqueous solution in batch stirred reactors. 
After the synthesis of the halloysite/ chitosan nanocomposites and halloysite/ alginate hydrogel beads, to investigate the crystalline structure and to compare the structures after composite formation XRD (X-Ray Diffraction), to see the surface morphology SEM (Scanning Electron Microscopy) and TEM (Transmission Electron Microscopy), to obtain the groups which is bonded chemically FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), to observe the structural effects of temperature TGA (Thermogravimetric Analysis) and DSC (Differential Scanning Calorimeter)  analyses were performed.  
The results of adsorption studies by using the halloysite/ chitosan composites and the halloysite/ alginate hyrogel beads were compared with the adsorption results by using the halloysite nanotubes, chitosan nanoparticles and alginate beads as a sorbent only.
The maximum adsorption efficiency using halloysite nanotube as a sorbent was obtained as 73.53% at pH 5.00.
The adsorption efficiency for the systems using the chitosan nanoparticles and alginate hydrogels as sorbent is very low relatively.
In the systems using composite hydrogel spheres synthesized by combining halloysite nanotubes with alginate at different mass ratios, the optimum mass ratio of halloysite to alginate was determined as 3:1 and a adsorption efficiency of 73.06% at pH 2.80 was reached.
In this thesis, the compliance of the tetracycline adsorption on halloysite nanotubes, halloysite/ chitosan nanocomposites and halloysite/ alginate beads to the Langmuir and Freundlich models was investigated. It was determined that the experimental data of tetracycline adsorption on halloysite nanotubes show the best fit to the Langmuir Model. On the other hand, tetracycline adsorption on halloysite/ chitosan and halloysite/ alginate sorbents was detected to be better represented by the Freundlich Model.It has been determined that tetracycline adsorption of halloysite/ chitosan nanocomposites was also compatible with the Langmuir model while tetracycline adsorption of halloysite/ alginate beads can not be represented by the Langmuir model.
The fit of adsorption kinetics of tetracycline on halloysite nanotubes, halloysite/chitosan nanocomposites and halloysite/ alginate beads to pseudo first order and pseudo second order kinetic models were evaluated.  The tetracycline adsorption on halloysite nanotubes and halloysite/ chitosan nanocomposites showed better fit to the pseudo second order kinetic model. On the other hand, the tetracycline adsorption on halloysite/ alginate hydrogel beads was seen to be represented by the pseudo-first order model.

Keywords: halloysite nanotube, halloysite/ chitosan nanocomposite, halloysite/ alginate hydrogel beads, tetracycline.