İmidazol fonksiyonel grubu içeren kriyojellerin hazırlanması ve ağır metal uzaklaştırılması amacıyla kullanımı
Preparation of imidazole functional group containing cryogels and their uses for heavy metal removal
Yazar: KUBİLAY TEKİN
Danışman: PROF. DR. SEMA BEKTAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, Pb(II), Cd(II), Zn(II), Cu(II) iyonlarının sulu ortamlardan uzaklaştırılması için imidazol fonksiyonel grubu içeren kriyojeller iki farklı yaklaşımla hazırlanmıştır. İlk yaklaşımda, n-vinil imidazol monomeri kullanılarak poli(2-hidroksietil metakrilat-n-vinil imidazol) [poli(HEMA-VIM)] kriyojel membranları hazırlanmıştır. İkinci yaklaşımda ise, önce poli(HEMA-VIM) partikülleri süspansiyon polimerizasyonu ile hazırlanmış daha sonra elde edilen partiküller poli(2-hidroksietil metakrilat) [poli(HEMA)] kriyojel membranların yapısına gömülerek poli(HEMA-VIM)/poli(HEMA) kompozit kriyojel membranlar elde edilmiştir. Kriyojeller şişme testleri, yüzey alanı ölçümleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier Transform Infrared Spektroskopisi yöntemi (FTIR) ve elemental analiz ile karakterize edilmiştir. Poli(HEMA-VIM) kriyojel membranların yüzey alanı 39.7 m2/g iken poli(HEMA-VIM)/poli(HEMA) kompozit kriyojel membranların yüzey alanı 78.6 m2/g olarak bulunmuştur. Kompozit oluşumu kriyojel membranların adsorpsiyon kapasitelerini arttırmıştır. Ağır metal iyonlarının kompozit kriyojel membranlara adsorpsiyonuna, pH, ağır metal iyonu derişimi, adsorpsiyon süresinin etkisi incelenmiştir. Kompozit kriyojel membranların maksimum adsorpsiyon kapasiteleri Cu(II) için 2540 µg/g, Pb(II) için 7620 µg/g, Zn(II) için 4340 µg/g ve Cd(II) için 5800 µg/g olarak bulunmuştur. Ağır metal iyonlarının adsorpsiyon davranışları Langmuir ve Freundlich izotermleri kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar Langmuir izotermiyle uyum göstermiştir. Adsorpsiyon işlemini kontrol eden mekanizmaların açıklanabilmesi için kinetik modeller kullanılmıştır. Sonuçlar membranlara ağır metal iyonlarının adsorpsiyonunun sözde-ikinci derece kinetik modeline daha uygun olduğunu ve adsorpsiyonun kimyasal kontrollü gerçekleştiğini göstermektedir. Yarışmalı adsorpsiyon çalışmaları, dört ağır metal iyonunun bulunduğu çözeltilerle gerçekleştirilmiştir. On kez ardı ardına tekrarlanan adsorpsiyon-desorpsiyon işlemi sonucunda kompozit membranların, adsorpsiyon kapasitelerinde önemli bir kayıp olmadan tekrar kullanım için uygun olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
In this study, cryogels which comprise imidazole functional group are prepared according to two different approaches in order to remove Pb(II), Cd(II), Zn(II), Cu(II) ions from aqueous solutions. In the first approach, poly(2-hydroxyethyl methacrylate-n-vinyl imidazole) [poly(HEMA-VIM)] cryogel membranes are prepared using n-vinyl imidazole monomer. In the second approach, poly(HEMA-VIM) particles are prepared with suspension polymerization. Then poly(HEMA-VIM)/poly(HEMA) composite cryogel membranes are prepared embedding the particles into poly(2-hydroxyethyl methacrylate) [poly(HEMA)] cryogel membrane structure. The cryogels were characterized by swelling tests, specific surface area measurements, scanning electron microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and elemental analysis methods. The surface area of poly(HEMA-VIM) cryogel membranes was 39.7 m2/g while the surface area of poly(HEMA-VIM)/poly(HEMA) composite cryogel membranes was 78.6 m2/g. Composite formation increased the adsorption capacities of the cryogel membranes. The effect of pH, heavy metal ion concentration and contact time on the adsorption of heavy metal ions onto the composite cryogel membranes were investigated. The maximum adsorption capacities of the composite cryogel membranes were 2540 µg/g for Cu(II), 7620 µg/g for Pb(II), 4340 µg/g for Zn(II) and 5800 µg/g for Cd(II), respectively. Chelation behavior of heavy metal ions could be modelled using both the Langmuir and Freundlich isotherms. The results were well fitted to the Langmuir isotherms. In order to examine the controlling mechanism of adsorption process, kinetic models were used to test experimental data. The results suggested that the pseudo-second order adsorption mechanism is predominant and that the overall rate of the adsorption process appeared to be controlled by chemical process. Competitive adsorption studies were done with the solutions that contain all four heavy metal ions. It was observed that composite cryogel membranes could be repeatedly used without significant loss in the adsorption capacity after ten repetitive adsorption-desorption processes.