Gözenekli polimer mikro kürelerin sentezi, karakterizasyonu ve sulu çözeltilerden fenol giderimi için kullanılması
The synthesis, characterization of porous polymer microspheres and using them for phenol removal from aqueous solutions
Yazar: İNCİ ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. NALAN TEKİN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption

Özet:
Bu çalışmada, poli(etilen glikol dimetakrilat-n-vinil imidazol) [poli(EGDMA-VIM)] ve manyetik poli(etilen glikol dimetakrilat-n-vinil imidazol) Fe3O4@poli(EGDMA@VIM)  mikro küreler süspansiyon polimerizasyonu ile hazırlandı. Sentezlenen polimer ve manyetik polimer mikro kürelerin yapısı, kimyasal bileşimi, morfolojisi ve gözenekliliği çeşitli analiz teknikleri kullanılarak karakterize edildi. [poli(EGDMA-VIM)]  ve Fe3O4@poli(EGDMA@VIM)  mikro kürelerin spesifik yüzey alanları sırası ile 304,4 m2/g ve 278,6 m2/g olarak bulundu. [poli(EGDMA-VIM)]  ve Fe3O4@poli(EGDMA@VIM)  mikro küreler fenol giderimi için kullanıldı. Fenol adsorpsiyonuna sıcaklık, fenol çözeltilerinin başlangıç derişimleri, çözelti pH'sı ve adsorban miktarı gibi parametrelerin etkileri araştırıldı. Her iki adsorban için denge adsorpsiyon verilerine Freundlich, Langmuir ve Dubinin-Radushkevich izoterm ve yalancı birinci derece, yalancı ikinci derece ve parçacık içi difüzyon kinetik modelleri uygulandı. Freundlich izoterm modeli ve yalancı ikinci derece kinetik modelin [poli(EGDMA-VIM)]  ve Fe3O4@poli(EGDMA@VIM)  mikro küreler ile fenol adsorpsiyonunu iyi tanımlayabildiği bulundu. [poli(EGDMA-VIM)]  ve Fe3O4@poli(EGDMA@VIM)  mikro kürelerin maksimum adsorpsiyon kapasiteleri, doğal pH ve 298K'de ve Langmuir izoterm modeli kullanılarak sırasıyla 34,74 mg/g ve 33,83 mg/g olarak hesaplandı. Adsorpsiyon termodinamikleri sulu çözeltilerden fenol gideriminin ekzotermik ve kendiliğinden meydana gelen bir işlem olduğunu ortaya koydu. [poli(EGDMA-VIM)] ve Fe3O4@poli(EGDMA@VIM)  mikro küreler 0,01 M NaOH çözeltisi kullanılarak kolaylıkla rejenere edildi. Polimer ve manyetik polimer mikro küreler, fenolün giderimi için adsorpsiyon kapasitesinde ciddi bir kayıp olmaksızın en az beş döngü boyunca tekrar kullanıldı. [poli(EGDMA-VIM)]  ve Fe3O4@poli(EGDMA@VIM)  mikro kürelerin atık sulardan fenol giderimi için umut vaat eden adsorbanlar olduğu bulundu.

Abstract:
In the present study, the poly (ethylene glycol dimethacrylate-n-vinyl imidazole) [poly(EGDMA-VIM)]  and the magnetic poly(ethylene glycol dimethacrylate-n-vinylimidazole) Fe3O4@poly(EGDMA@VIM)  microspheres were prepared by suspension polymerization. Then the structure, chemical composition, morphology, and porosity of the synthesized polymer and magnetic polymer microspheres were characterized by several techniques. The specific surface areas of the [poly(EGDMA-VIM)] and  Fe3O4@poly(EGDMA@VIM)  microspheres were found to be 304.4 m2/g and 278.6 m2/g, respectively. The [poly(EGDMA-VIM)]   and the Fe3O4@poly(EGDMA@VIM)  microspheres were used for the removal of phenol.  The effects of the parameters such as temperature, initial concentration of phenol solutions, pH of solution, and adsorbent dosage on the adsorption of phenol were investigated. The equilibrium adsorption data were fitted using Freundlich, Langmuir, and Dubinin-Radushkevich isotherms and the pseudo first order, pseudo second order and intra-particle diffusion kinetic models for both adsorbents. It was found that the Freundlich isotherm and pseudo second order kinetic models could well define the phenol adsorption with the [poly(EGDMA-VIM)]  and Fe3O4@poly(EGDMA@VIM)  microspheres. The maximum adsorption capacities of the [poly(EGDMA-VIM)]  and Fe3O4@poly(EGDMA@VIM)  microspheres was calculated to be 34.74 mg/g and 33.83 mg/g at natural pH and 298 K from Langmuir isotherm, respectively. The adsorption thermodynamics indicated that the removal of phenol from aqueous solutions was an exothermic and spontaneous process. The [poly(EGDMA-VIM)]  and the Fe3O4@poly(EGDMA@VIM)  microspheres were easily regenerated by using a 0.01 M NaOH solution. The polymer and magnetic polymer microspheres were repeatedly used for at least 5 cycles without serious loss of the adsorption capacity for phenol removal. The [poly(EGDMA-VIM)]  and the Fe3O4@poly(EGDMA@VIM)  microspheres were found to be promising adsorbents for phenol removal from wastewater.