Yenilikçi yöntemlerle sentezlenen nanomalzemelerin kadmiyum tayininde ve atık sulardan arıtımında kullanılması
Application of nanomaterials synthesized by innovative methods in cadmium determination and treatment of wastewater
Yazar: CANSU DEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLTEN ÇETİN ; PROF. DR. SEZGİN BAKIRDERE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Alevli atomik soğurma spektrometresi = Flame atomic absorption spectrometry

Özet:
Ağır metaller canlılar için oldukça toksik ve tehlikeli kirleticilerdir. Bu metaller insan vücuduna deri teması, solunum veya beslenme yoluyla geçip biyobirikime sebep olabilirler. Bu metallerin ekosistemdeki derişimleri doğal kaynaklar ve insan faaliyetleri nedeniyle günden güne artmaktadır. Kadmiyum (Cd), yarılanma ömrü uzun ve düşük derişimlerde dahi oldukça toksik bir metaldir. Cd maruziyeti kanser ve hatta ölümle sonuçlanabilmektedir. Dahası, sudaki çözünürlüğü yüksek Cd, doğada oldukça hızlı bir şekilde yayılarak çevre kirliliğine yol açmakta ve ekosistemdeki canlı popülasyonlarının devamlılığını riske atmaktadır. Bu olumsuz etkiler, kadmiyumun eser seviyelerde yüksek hassasiyet ve doğrulukta tayininin ve çevresel örneklerden gideriminin önemini arttırmaktadır.  
Tezdeki ilk çalışmada, rGO-ZnO nanoçiçeklerin (NÇ) sentezi için yeni, hızlı ve çevreci bir sentez stratejisi geliştirilmiştir. Sentezlenen NÇ'lerin morfolojisi ve yapısı karakterizasyon çalışmaları ile değerlendirilmiştir. NÇ'ler, alevli atomik absorpsiyon spektrometresi (AAAS) sisteminde hibiskus çayı örneklerindeki eser kadmiyum seviyelerinin belirlenmesi için dağıtıcı katı faz mikroekstraksiyonu (dKFME) yöntemi ile birleştirilmiştir. Tüm deneysel parametreler tek değişkenli optimizasyon yaklaşımı ile optimize edilmiş ve sisteminin analitik performansı bu koşullar altında incelenmiştir. Yöntemin doğruluğunu ve uygulanabilirliğini değerlendirebilmek amacıyla farklı hibiskus çayı örneklerinde geri kazanım çalışmaları gerçekleştirilmiştir. %84.2-110.9 aralığındaki yüksek geri kazanım sonuçları, geliştirilen yöntemin doğruluğunu ve uygulanabilirliğini göstermiştir.
Tezdeki ikinci çalışmada; kadmiyumun atık sulardan giderilmesinde kullanılmak üzere atık bıldırcın yumurtası kabuklarının değerlendirilmesi ile kalsiyum fosfat nanomalzemesi ((Ca3(PO4)2 NM) sentezlenmiş ve bu NM esaslı bir arıtım stratejisi geliştirilmiştir. Sentezlenen NM'ler karakterize edilmiş ve genotoksisite/sitotoksisite testleriyle canlılar ve çevre üzerindeki olası etkileri değerlendirilmiştir. Yöntemin tüm deneysel parametreleri optimize edilmiş, yüzde giderim verimleri (%GV) AAAS sisteminde kadmiyum tayini yapılarak belirlenmiştir. Yöntemin uygulanabilirliği ve etkinliğinin değerlendirilmesi amacıyla evsel atıksu örnekleri kullanılmış, adsorbanın giderim verimleri hesaplanmıştır. Dahası, Cd2+ için malzemenin adsorpsiyon kapasitesi hesaplanmış ve Langmuir adsorpsiyon izoterm modellerinden (Tip 1, Tip 2, Tip 3 ve Tip 4) yararlanılarak denge değerleri modellenmiştir. İzoterm modelleri temel alınarak hesaplanan RL değerlerinin uygunluğu NM'nin adsorban olarak kadmiyumun gideriminde kullanılabileceğini kanıtlamıştır.

Abstract:
Heavy metals are toxic and dangerous for living organisms. These metals can enter human bodies in several ways and cause bioaccumulation. The concentrations of these metals in the ecosystem are increasing day by day due to natural/anthropical sources. Cadmium (Cd) is a highly toxic metal with a long half-life. Cd exposure can result in cancer even death. Additionally, Cd disperses rapidly in the environment, causing environmental pollution. These detrimental effects increase the importance of highly sensitive and accurate determination of cadmium and its removal from environmental samples.  
In the first study in the thesis, rGO-ZnO nanoflowers were synthesized with a novel, fast and green strategy and characterization studies were performed. The NFs were combined with dispersive solid phase microextraction (dSPME) for the determination of cadmium in hibiscus tea samples by flame atomic absorption spectrometry (FAAS) system. All experimental parameters were optimized and the analytical performance of the system was examined. To evaluate the accuracy and applicability of the method, recovery studies were performed on different hibiscus teas. High recovery results (84.2-110.9%) demonstrated the accuracy and applicability of the developed method.
In the second study, a synthesized calcium phosphate nanomaterials (Ca3(PO4)2 NM) based new treatment strategy was developed for the removal of cadmium from wastewater. NMs were characterized and their possible effects on the living organisms and environment were evaluated by genotoxicity/cytotoxicity tests. The percent removal efficiencies were calculated by cadmium measurements in the FAAS system under optimized conditions. To validate the applicability/efficiency of the method, domestic wastewater samples were used and removal efficiencies were calculated. Furthermore, the adsorption capacity of the material for the Cd2+ was calculated and equilibrium values were modeled using four types of Langmuir adsorption isotherm models. The suitability of the calculated RL values proved that NM can be used as an adsorbent for cadmium removal.