Simetrik imidazol türevleri içeren polimer içerikli membran(PIM) tekniği ile Cr(VI) iyonunun seçici ekstraksiyonu
The selective extraction of Cr(VI) ion with polymer inclusion membrane(PIM) technique containing symmetrical imidazole derivatives
Yazar: HALİLİBRAHİM TURGUT
Danışman: DOÇ. DR. RECEP ALİ KUMBASAR ; DOÇ. DR. VOLKAN EYÜPOĞLU
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, bütil, heksil, oktil ve desil düz alkil zincirlerinin substitüe olduğu simetrik imidazolyum bromür (SİM)  tuzlarını içeren polimer içerikli iyonik membranlar (PİİM) ile asidik çözelti ortamından Cr(VI) iyonlarının seçici ekstraksiyonu araştırılmıştır. Sentezlenen bu tuzların moleküler yapıları 1H ve 13C NMR teknikleri ile aydınlatılmıştır. Aynı zamanda SİM tuzları yoğunluk, iletkenlik, kırılma indisi ve viskozite açılarından da fizikokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Gerçekleştirilen solvent ekstraksiyon deneyleri ile SİM tuzlarının Cr(VI) ekstraksiyonu ve sıyrılması için gerekli sulu çözelti özellikleri belirlenmiştir. Cr(VI)'nın optimum taşınımının sağlanacağı PİM bileşimini belirlemek için polimer türü, plastikleştirici türü ve miktarı, ekstraktant konsantrasyonu ve membran kalınlığı parametreleri optimize edilmiştir. Optimum PİİM bileşenleri; PVC bazlı PİİM'ler için membran kalınlığı; 52,90 µm, plastikleştirici türü; 2-NPOE, plastikleştirici miktarı; %24,97 (w/w) ve ekstraktant miktarı %27,00 (w/w) ve PVDF-HFP bazlı PİİM'ler için membran kalınlığı; 92,38 µm, plastikleştirici türü; 2-NPOE, plastikleştirici miktarı; %11,35 (w/w)  ve ekstraktant miktarı  %21,86 (w/w) olarak belirlenmiştir. Optimum şartlarda farklı başlangıç konsantrasyonlarında Cr(VI) içeren asidik çözeltilere karşı Cr(VI) taşınım parametrelerinin değişimi incelenmiştir. SİM tuzlarının PİİM içerisindeki etkinliklerinin alkil zincir uzunluklarına bağlı olarak İM4>İM3>İM2>İM1 sırasına göre değiştiği tespit edilmiştir. Hazırlanan PİİM'lerin Cr(VI) seçicilikleri Cd(II), Co(II), Cu(II), Zn(II), Fe(III) ve Ni(II) iyonlarını içeren asidik çözelti ortamında incelenmiş ve optimum bileşimde hazırlanan PVC ve PVDF-HFP bazlı PİİM'lerin Cr(VI) iyonlarına karşı oldukça seçici olduğu belirlenmiştir. Taşınım deneylerinden önce ve sonra SEM, AFM ve temas açısı ölçümleri yapılarak optimum PİİM'lerin metal taşınımı ile yüzey özelliklerinin değişimleri incelenmiştir. Sonuç olarak, İM4 içeren PVDF-HFP bazlı optimum PİİM ile 25 mg/L Cr(VI) içeren asidik çözeltilerden %77,64 oranında, çoklu metal iyonları içeren asidik sulu çözeltilerden ise %71,92 oranında geri kazanım sağlanmıştır.

Abstract:
In this study, the selective extraction of Cr(VI) ions from acidic solution were investigated by polymer inclusion ionic membranes (PIIMs) containing butyl, hexyl, octyl and decyl straight alkyl chains substituted symmetrical imidazolium bromide (SIM) salts. The molecular structures of these salts were illuminated by 1H and 13C NMR techniques. The SIM salts were characterized as physicochemical regarding density, conductivity, refractive index and viscosity at the same time. Aqueous solution properties of SIM salts required for extraction and stripping of Cr(VI) were determined by solvent extraction experiments performed. PIM compositions were committed to ensure optimal transport of Cr(VI). Therefore, the polymer type, the plasticizer type and amount, the extractant concentration and the membrane thickness parameters were optimized. Optimum composition of PIIM was determined as membrane thickness; 52.90 µm, plasticizer type; 2-NPOE, the rate of the plasticizer; 24.97% (w/w) and the rate of the extractant 27.00% (w/w) for PVC-based PIIMs. Also, membrane thickness; 92.38 µm, plasticizer type; 2-NPOE, the rate of the plasticizer; 11.35% (w/w) and the rate of the extractant 21.86% (w/w) for PVDF-HFP-based PIIMs. The change of Cr(VI), transport parameters versus acidic solutions containing different initial concentrations of Cr(VI) in the optimum conditions, was investigated. The extraction capabilities of the SIM salts in the PIIM depending on the alkyl chain lengths were found to vary in the order of IM4>IM3>IM2>IM1. Cr(VI) selectivities of the PIIMs prepared were investigated in the acidic solution containing Cd(II), Co(II), Cu(II), Zn(II), Fe(III) and Ni(II) ions. PVC and PVDF-HFP based PIIMs prepared at the optimum composition was determined as highly selective to Cr (VI) ions. Surface properties changing of optimum PIIMs before and after metal transport were investigated by SEM, AFM and contact angle measurements. Finally, the recovery of Cr(VI) was found as  77.64% and 71.92% from the acidic solutions including 25 mg/L Cr(VI) and acidic aqueous solutions containing multimetal ions with IM4 containing PVDF-HFP based PIIMs in optimum conditions.