Poliakrilamit-kitosan-kırmızı çamur/hidroksiapatit kompozitlerinin hazırlanması, karakterizasyonu ve kurşun ve toryum için adsorban özelliklerinin araştırılması
Preparation and characterization of polyacrylamide-chitosan-red mud/hydroxyapatite composites and investigation of the adsorptive features for lead and thorium
Yazar: ZEYNEP MİNE ŞENOL
Danışman: PROF. DR. ULVİ ULUSOY
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu araştırmanın amacı, epiklorohidrin ve tripolifosfat ile bağlanarak oluşturulan Kitosan (Ch)-Hidroksiapatit (Hap)/Kırmızı Çamur (KÇ) kompozitlerini poliakrilamit (PAAm) ile birleştirerek üç bileşenli PAAm-Ch-Hap/PAAm-Ch-KÇ kompozitlerini hazırlamak, karakterize etmek ve adsorban özelliklerini Pb2+ ve Th4+ için araştırmaktır.
PAAm-Ch-Hap/PAAm-Ch-KÇ ve bileşenlerinin yapısal karakterizasyonunda XRF, FT-IR, XRD, SEM, EDX, TGA, BET-Porozite, şişme, sıfır yük noktası (SYN) ve katyon değişim kapasitesi (KDK) yöntemleri kullanılmıştır.
PAAm-Ch-Hap/PAAm-Ch-KÇ'nin Pb2+ ve Th4+ için adsorban özellikleri pH, derişim, zaman (kinetik), sıcaklık (termodinamik), iyon şiddeti etkisi, yeniden kullanılabilirlik ve seçicilik açısından incelenmiştir. İzotermlerin Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich (DR) modellerine uyumundan adsorpsiyon parametreleri türetilmiştir. Adsorpsiyonun termodinamik ve kinetik değerlendirmelerinde van t'Hoff, yalancı birinci ve ikinci derece hız ve Weber Morris parçacık içine difüzyon (intra-particle diffusion) denklemleri kullanılmıştır. 
	Pb derişimleri PAR'ın ve Th derişimleri ise Arsenazo-III'ün kompleksleştirici şelat olarak kullanıldığı spektrofotometrik yöntemle ölçülmüştür.
	Karakterizasyon ile ilgili sonuçlar, oluşturulan kompozitlerin kendi bileşenlerini içeren melez yapılarda olduğunu kanıtlamıştır.  
	Adsorpsiyonun pH ile değişimi araştırması, Pb2+ ve Th4+ adsorpsiyonunun her iki kompozit içinde artan pH ile arttığını göstermiştir. Adsorpsiyon izotermlerinin IUPAC sınıflandırmasına göre Th4+ için Tip-I ve Pb2+ için ise Tip-II ile uyumlu olduğu bulunmuştur. 
Adsorpsiyon kinetiği ile ilgili araştırma sonuçları, araştırması yapılan adsorbanlar ve iyonlar için adsorpsiyonun yalancı ikinci derece modelle açıklanabileceğini göstermiştir. İkinci derece hız denklemine uyum ve Weber-Morris modelinden iki doğrusal bileşen elde edilmesi, adsorpsiyonun derişime bağlı, kimyasal (iyon değişimi/kompleks oluşumu) olduğunu kanıtlamıştır. 
Adsorpsiyon entalpi ve entropi değişim değerleri, adsorpsiyonun ısı alan (?H>0, endotermik), entropi artışlı (?S>0) olduğunu ve serbest entalpi (?G) değerleri adsorpsiyon sürecinin beklenildiği gibi kendiliğinden yürüdüğünü göstermiştir. DR modelinden türetilen serbest enerji değerlerinin EDR<20 kJ mol-1 olması adsorpsiyonun elektrostatik etkileşimlere bağlı olarak iyon değişimi ve/veya adsorban yüzeyindeki aktif merkezlerle kompleks oluşumu üzerinden gerçekleştiğini kanıtlamıştır. 
Kompozitlerin yeniden kullanılabilirlikleri ile ilgili sonuçlar her iki iyon içinde yeniden kullanılabilirlik özelliğinin artan kullanım sayısıyla önce azaldığını ancak izleyen kullanımlar için sabit kaldığını göstermiştir.
Ortam iyonik şiddetine bağlı adsorpsiyon değişimi incelemesi, PAAm-Ch-Hap için Pb2+ adsorpsiyonunun artan iyonik şiddetle arttığını ancak Th4+ için değişmediğini,  PAAm-Ch-KÇ için ise adsorpsiyonun her iki iyon için de artan iyonik şiddetle arttığını göstermiştir 
Adsorbanların iyon seçiciliği ile ilgili araştırma, her iki adsorbanında Th4+ için seçici davrandığını kanıtlamıştır.

Abstract:
The aim of this investigation was to prepare and characterize the composites of PAAm-Ch-Hap/PAAm-Ch-KÇ in combination of polyacrylamide (PAAm)- Chitosan (Ch)- Hydroxyapatite (Hap)/ Red Mud (RM) inter linked by ephycholorhydrine and tripolyphosphate and to investigate their adsorptive features for Pb2+ and Th4+.
XRF, FT-IR, XRD, SEM, EDX, TGA, BET-Porosity, swelling, point of zero charge (PZC) and cation change capacity (CEC) analysis were used for the structural characterization of the composites.
	The adsorptive features of PAAm-Ch-Hap/PAAm-Ch-RM for Pb2+ and Th4+ were investigated in view of its dependency on pH, concentration, time (kinetics), temperature (thermodynamics), reusability, ionic strength and selectivity. The adsorption parameters were derived from the compatibility of the isotherms to Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (DR) models. Van t'Hoff, pseudo first- and second-order and Weber Morris (intra particle diffusion) models were used in the evaluation of adsorption thermodynamics and kinetics. Pb2+ and Th4+ concentrations were determined by spectrophotometric method where PAR and Arsenazo-III were used as the complex forming reagents. 
The results associated with the characterizations proved that both composites were hybrid structures of its components. 
The study for the pH dependence of adsorption showed that the adsorption increased with the increasing pH.  With reference to the IUPAC classifications, the adsorption isotherms were Type-I for Th4+ and Type-II for Pb2+. The results of investigations related to the adsorption kinetics indicated that the adsorption process could be explained by the second order kinetic model. The fitness to the second order model and the provision of lines with two components from Weber-Morris model proved the fact that the adsorption process was concentration dependent and chemical (ion exchange/complex formation). 
The values of enthalpy and entropy changes showed that the overall adsorption processes were endothermic (?H>0) and increasing entropy (?S>0), and it was spontaneous (?G<0) as expected. Free adsorption energy values derived from Dubinin-Radushkevich model were E<20 kJ mol-1 confirmed that the adsorption was via ion exchange and/or complex formation with active centers on the adsorption surface governing by the electrostatic interactions. 
The reusability features of the composites for Pb2+ and Th4+ revealed that the adsorption initially decreased with the increasing number of sequential regenerations but remained constant for further reuses. 
The investigation of adsorption dependence of the ionic strength on the adsorption indicated that the adsorption onto PAAm-Ch-Hap increased with the increasing ionic strength for Pb2+ but it was constant for Th4+ whereas the adsorption onto PAAm-Ch-KÇ the adsorption increased with the increasing ionic strength for both ions. 
The selectivity studies showed that the higher affinity was for Th4+ for both composites.