Aşılanmış dokumasız kumaş adsorbentlerin hazırlanması ve sulu çözeltilerden ağır metal iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanımı
Preparation of grafted nonwoven fabric adsorbents for the removal of heavy metal ions from aqueous solutions
Yazar: FULYA ÖZMEN
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 plazma ile başlatılan aşı polimerizasyonu tekniği kullanılarak 4-amino benzoik (PABA) asit ile modifiye edilmiş glisidil metakrilat (GMA) aşılanmış PE/PP dokumasız kumaşların (NWF) hazırlanması, karakterizasyonu ve sulu ortamlarda çevresel olarak kirlilik yaratan ağır metal iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanılması amacıyla adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. PABA modifiye edilmiş GMA aşılanmış NWF, eldesi ve adsorpsiyon çalışmalarında kullanımı 4 farklı basamakta gerçekleştirilmiştir. İlk olarak plazma sistemi kullanılarak NWF üzerinde radikalik türler oluşturmak üzere, kumaşlara plazmaya tabii tutulmuştur. Ön ışınlama ile radikalik türler oluşturulan NWF üzerine GMA monomeri aşılanmıştır. Üçüncü basamakta, GMA aşılanmış NWF üzerinde, GMA 'ın epoksi halkası açılarak PABA ile modifikasyonu yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları yapılan PABA modifiye edilmiş NWF yapıların farklı ağır metal iyonlarının adsorpsiyon çalışmalarında kullanılmıştır. En uygun plazma koşullarını belirlemek üzere, uygulanan güç ve plazma muamele süresi değiştirilerek ön muamele işlemi gerçekleştirilmiştir. Plazma işleminde uygulanan güç değeri, uygulanan plazma işlem süresi değiştirilmiş ve bu şartlarda aşılamalar gerçekleştirilmiştir. NWF yapılarının ön ışınlama için en uygun işlem koşulları; Ar-plazma ortamında, 0.2 mbar plazma basıncı, 70 watt plazma gücü ve 60 saniye plazma işlem süresinin olduğu belirlenmiştir. 
NWF üzerine GMA aşılama çalışmaları farklı derişim, aşılama sıcaklığı ve aşılama süresinde gerçekleştirilmiştir. Farklı derişimlerde hazırlanan monomer emülsiyon çözeltileri kullanılaerak, 40 C sıcaklıkta 4 saat süren aşı polimerizasyonu yapılmış ve monomer derişiminin artmasıyla aşılama derecesinin arttığı gözlenmiştir. NWF üzerine GMA aşılama çalışmalarında; %4 GMA derişimi kullanılarak, 40 C aşı polimerizasyon sıcaklığı ve 4 saat aşılama süresi en uygun aşılama koşulları olarak belirlenmiştir. GMA-g-NWF yapılarındaki epoksi halkası açılarak PABA ile modifikasyonu gerçekleştirilmiş ve %81 (2.15 mmol PABA /g adsorbent) dönüşüm elde edilmiştir. 
PABA ile modifiye edilmiş GMA-g-NWF yapıları kullanılarak kirlilik yaratan Cu(II), Co(II), Cr(III), Cd(II) ve Pb(II) metal iyonlarının sulu çözeltilerden adsorpsiyonu çalışmaları, pH, adsorpsiyon kinetiği ve başlangıç derişimi etkisi açısından incelenmiştir. Sulu sistemlerden Cu(II), Co(II), Cr(III), Cd(II) ve Pb(II) iyonları adsorpsiyonu için maksimum adsorpsiyon miktarının sırasıyla, 36,44 mg Cu(II)/g,  34,15 mg Co(II)/g, 29,15 mg Cr(III)/g, 40,56 mg Cd(II)/g ve 60,00 mg Pb(II)/g adsorbent olduğu tespit edilmiştir. 
NWF, GMA-g-NWF ve PABA-NWF yapıları FT-IR, SEM, EDX, XPS, elemental analiz ve TGA yöntemleri ile karakterizasyonları incelenmiştir.

Abstract:
In this study, the preparation and characterization of 4-amino benzoic (PABA) acid modified glycidyl methacrylate (GMA) grafted PE/PP nonwoven fabrics (NWF) and adsorption studies have been carried out for the removal of environmentally polluting heavy metal ions in aqueous media. The PABA-modified GMA-grafted NWF was prepared in four different steps. First, the plasma treatment was performed to form radical species onto the NWF using the plasma system. GMA monomer was grafted onto NWF by pre-irradiation technique. In the third step, the epoxy ring of GMA was modified with PABA. The PABA modified NWF has been used to adsorption studies of different heavy metal ions. Pre-treatment was performed by changing the applied power and plasma treatment time for the determination of the most favorable plasma conditions. The applied power value and treatment time in the plasma process were adjusted and grafting was carried out at these conditions. Optimum operating conditions for pre-irradiation of NWF structures; The Ar-plasma medium was determined to have a pressure of 0.2 mbar, a power of 70 watts and a plasma processing time of 60 seconds.
GMA grafting studies onto NWF were performed at different concentrations, grafting temperature and reaction time. Emulsion monomer solutions were prepared at different concentrations. Graft polymerization was carried out at 40 °C for 4 hours and the degree of grafting was found to be increase with increasing monomer concentration. In GMA grafting studies onto NWF; 4% GMA concentration, 40 ° C grafting temperature and 4 h graft reaction time were selected as optimum grafting conditions. The epoxy ring in the GMA-g-NWF was opened and modified with PABA. The conversion of 81% (2.15 mmol PABA / g adsorbent) was achieved.
PABA-NWF was used for the adsorption of Cu(II), Co(II), Cr(III), Cd(II) and Pb(II) metal ions from aqueous solution by studying the effect of pH, adsorption kinetics and the initial concentrations of ions. The optimum pH value was found to be 5.00 for Cu(II), Co(II), Cr(III), Cd(II) and Pb(II) metal ions for adsorption from aqueous solution. The adsorption equilibrium was reached within 3 hours and the amount of adsorption from a 100 ppm Cu(II), Co(II), Cr(III), Cd(II) and Pb(II) metal ion solutions were determined to be 36,44 mg Cu(II)/g, 34,15 mg Co (II)/ g, 29,15 mg Cr (III)/g, 40,56 mg Cd (II)/g and 60,01 mg Pb(II)/g of adsorbent.
NWF, GMA-g-NWF, PABA-NWF and metal adsorbed PABA-NWF were characterized by using FT-IR, SEM, EDX, XPS, elemental analysis and TGA.