Demir oksit nanopartiküller ile metal iyonlarının sulardan uzaklaştırılması, önderiştirilmesi ve tayini
Removal, preconcentration and determination of metal ions from water samples using iron oxide nanoparticles
Yazar: MELİS GÜNDOĞDU
Danışman: PROF. DR. NURAY ŞATIROĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Demir oksit manyetik nanopartiküller (Fe3O4), Fe(II) ve Fe(III) klorürlerinin sulu çözeltilerinin bazik koşullarda çöktürülmesi ile hazırlanmış ve nanopartikül yüzeyi iki farklı molekül ile fonksiyonlandırılmıştır. Yüzey modifikasyonu, tetraetoksisilan (TEOS), 4,4-bis(dimetilamino)tiyobenzofenon (TMK) ve 4-amino-3-hidrazino-5-merkapto-1,2,4-triazol (Purpald) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Fonksiyonlanmış manyetik nanopartiküller TMK-Si-MNP ve P-SiMNP olarak adlandırılmıştır.      TMK-Si-MNP ve P-SiMNP, Cu(II) ve Hg(II) iyonlarının sulu çözeltilerden uzaklaştırılmasında kullanılmıştır. Hazırlanan manyetik nanopartiküller, taramalı electron mikroskopisi (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), elementel analiz ve infrared spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Hedef metal iyonlarının adsorpsiyonunu etkileyen pH, adsorpsiyon zamanı, metal iyonlarının başlangıç derişimi, yabancı iyonların ve eluent derişimi etkisi gibi faktörler incelenmiştir.
TMK-Si-MNP'in deneysel adsorpsiyon kapasitesinin 24 mg Cu(II)/g ve 39 mg Hg(II)/g olduğu bulunmuştur. Diğer taraftan P-SiMNP için deneysel adsorpsiyon kapasitesinin ise 203 mg Cu(II)/g ve 70 mg Hg(II)/g olduğu bulunmuştur. TMK-Si-MNP ve P-SiMNP'in adsorpsiyon performansı, sentetik atık su, atık su ve çeşme suyunda incelenmiştir. Optimum çalışma koşullarında metal iyonlarının geri kazanımları %90-99 arasındadır. Ayrıca manyetik nanopartiküller, Cu(II) ve Hg(II)'nın sertifikalı referans su örneklerinde önderiştirilmesi için kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar ve sertifika değerleri arasında önemli bir fark olmadığı tespit edilmiştir. Metal iyonlarının derişimleri atomik absorpsiyon spektrometresi (AAS) ve indüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometresi (ICP-MS) ile ölçülmüştür.
TMK-Si-MNP ve P-SiMNP'in adsorpsiyon işleminin özellikleri Langmuir, Freundlich ve Dubinin–Radushkevich (D–R) adsorpsiyon izotermleri kullanılarak değerlendirilmiştir.

Abstract:
Iron oxide magnetic nanoparticles (Fe3O4) have been prepared by precipitation in an aqueous solution of Fe(II) and Fe(III) chlorides under basic condition and nanoparticle surface have been functionalized with two different molecules. Surface modifications have been carried out by using tetraethoxysilane (TEOS), 4,4-bis(dimetilamino)tiyobenzofenon (TMK) and 4-amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazole (Purpald). Functionalized magnetic nanoparticles were denoted as TMK-Si-MNP and P-SiMNP. TMK-Si-MNP and P-SiMNP were used for the removal of Cu(II) and Hg(II) ions from aqueous solutions. The prepared magnetic nanoparticles were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, elemental analysis and infrared (IR) spectroscopy. The factors affecting the adsorption of the target metal ions such as pH, adsorption time, initial concentration of metal ions, interfering ions and eluent concentration had been investigated. The experimental adsorption capacities of TMK-Si-MNP were found to be 24 mg Cu(II)/g and 39 mg Hg(II)/g. On the other hand the experimental adsorption capacities for P-SiMNP were found to be 203 mg Cu(II)/g and 70 mg Hg(II)/g. The adsorption performance of TMK-Si-MNP and P-SiMNP were investigated in synthetic wastewater, wastewater and tap water samples. The recoveries for the metal ions under the optimum working conditions were in the range of 90-99%. Moreover the magnetic nanoparticles were used for enrichment of Cu(II) and Hg(II) in certified reference water samples. It was found that there is no significant difference between achieved results and certified values. Metal ion concentrations were measured by atomic absorption spectrometry (AAS) and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS).
The characteristics of the adsorption process of TMK-Si-MNP and P-SiMNP were evaluated by using the Langmuir, Freundlich and Dubinin–Radushkevich (D–R) adsorption isotherm models.