Sıcaklığa duyarlı kopolimerik hidrojeller ile sulardan boyar madde ve ağır metal uzaklaştırılması
Removal of dyes and heavy metal ions from aqueous solutions by thermosensitive copolymeric hydrogel
Yazar: BENGİ ÖZKAHRAMAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. IŞIL ACAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Ağır metal iyonları = Heavy metal ions ; Hidrojeller = Hydrogels ; N-izopropilakrilamid = N-isopropylacrylamide ; İtakonik asit = Itaconic acid

Özet:
Günümüzde; kimya, maden ve metalurji gibi endüstrilerden kaynaklanan, metal ve boyar madde kirliliği içeren atıksular; çevre kirliliğini arttırmanın yanı sıra, ekolojik dengenin de bozulmasına sebep olurlar. Şimdiye dek kullanılan geleneksel yöntemlerin yanı sıra, çapraz bağlı polimer şebekesine sahip olan, suda çözünmeyen ve su ile şişebilen hidrofilik polimerler olan hidrojeller de, çevre için zararlı olan boyalar ve ağır metallerin uzaklaştırılması amacıyla kullanılabilmektedir. Ağır metal uzaklaştırılması için, sıcaklığa duyarlı hidrojellerin kullanımı, jelin proses sonrası asit ile rejenerasyonunu takiben sıcaklığın LCST üzerine çıkarılmasıyla jelde absorblanmış suyun çok hızlı ve ekonomik açıdan etkili bir şekilde desorplanması ve kuru jelin defalarca kullanılması açısından önemlidir. Bu nedenle önerilen çalışmada, atık sularda bulunan çeşitli boyar maddelerin ve ağır metal içeriğinin azaltılması için, kaynak araştırmasında uygulamasına rastlanmayan, sıcaklığa duyarlı hidrojellerin kullanımı, metal seçimliliklerinin belirlenmesi ve etkinliklerinin araştırılması amaçlanmıştır.Bu çalışmada, farklı başlangıç oranlarına sahip, sıcaklığa duyarlı poli(N-izopropilakrilamid) ve itakonik esaslı p(NIPAm-co-IA) kopolimerik hidrojeller sentezlenmiştir. Takiben, sentezlenen tüm hidrojellerin; şişme denge değerleri, LCST değerleri, farklı sıcaklıklardaki ve farklı pH değerlerindeki şişme değerleri, şişme kinetikleri ve büzülme kinetikleri belirlenmiştir. Tekstil atık sularında bulunabilecek çeşitli katyonik boyar maddeler kullanılarak; sentezlenen tüm örneklerin, zamana bağlı boyar madde tutma kapasiteleri, farklı başlangıç konsantrasyonlarında boyar madde tutma kapasiteleri, adsorpsiyon izotermleri ve adsorpsiyon kinetikleri incelenmiştir. Ayrıca bu örneklerin iyon tutma özelliklerini incelemek amacıyla, sulu çözeltilerde Cu2+ ve Pb2+ gibi metal iyonlarını uzaklaştırmadaki etkinlikleri de; zamana ve farklı başlangıç konsantrasyonlarına göre belirlenmiş ve tüm örneklerin metal tutma seçimlilikleri de incelenmiştir.

Abstract:
Wastewater containing heavy metal and basic dye molecules that are by products of chemical and metallurgical industries processes are very harmful for environment and ecological balance. In recent years, various methods have been used for the removal of heavy metals and synthetic dyes from wastewaters. The conventional methods for the removal of ions and dyes from wastewater include coagulation and flocculation, oxidation or ozonation, membrane separation, and adsorption. Some materials have also been directly used as sorbents, such as chitosan, zeolites, clay, fly ash, coal, natural oxides, for ion and dye adsorption. There are also many articles about removal of basic dyes and ions with different types of hydrogel. Hydrogels are water-swollen network (crosslinked structure) of hydrophilic homopolymer or copolymers. Temperature sensitive hydrogels swell when cooled below LCST (lower critical solution temperatute), and they collapse when heated above the LCST. Therefore, using of temperature sensitive hydrogels for removal of heavy metals and dyes, will be important by reason of desorption of water rapidly and economically from hydrogel above the LCST following regeneration with acid. A literature survey has not yielded any research on the using of temperature sensitive hyrogels for the removal of various basic dye molecules and heavy metals from wastewaters. In this study, temperature sensitive p(NIPAm-co-IA) copolymeric hydrogels were synthesized with different initial ratios of itaconic acid and poly(N-isopropyl acrylamide). Swelling behaviors, shrinking behaviors, pH sensitivities and temperature sensitivities of the hydrogels were determined. Dye adsorption experiments were carried out using different type cationic dyes. Then, adsorption capacities and adsorption isotherms of the hydrogels were determined. In addition, metal removal selectivity?s and metal removal efficiencies? of hydrogels for Cu2+ and Pb2+ ions were also be investigated.