PHP köpüklerin su ve atıksu arıtımındaki kullanım potansiyeli
Using potential of PHP foams in water and wastewater purication prosesses
Yazar: NECLA BARLIK
Danışman: PROF. DR. BÜLENT KESKİNLER ; PROF. DR. MUHTAR KOCAKERİM
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Çalışmanın amacı yeni bir metot ile hazırlanan düşük yoğunluklu polimerik mikroporozköpükleri araştırmak ve iyon değişimi uygulamalarında kapasitelerini belirlemektir.Bu çalışmanın konusu olan köpük materyaller, surfaktanla stabilize edilerek birbirleriylekarışmayan iki fazın yüksek iç faz dağılımına sahip emülsiyonunun (HIPE) polimerleşmesiyleelde edilir. Polimerleşen sürekli faz ya da dış faz bir stiren-divinil benzen kopolimeridir veürün hacminin % 20'sinden daha az hacme sahiptir. Ürün iyon değişimi uygulamalarında dakullanılabilen düşük yoğunluklu, yüksek poroziteli ve açık hücresel yapıya sahiptir ve polyhipepolimer (PHP) olarak adlandırılır.Mikroporoz polyhipe köpüklerin üretimi, stabil bir yüksek iç faz dağılımına sahip emülsiyonunhazırlanmasına bağlıdır. Bu yüzden bu konuda mevcut literatür ışığında emülsiyon sistemleri,emülsiyon formasyon mekanizmaları, hazırlanmaları ve stabiliteleri, surfaktanların yapıları vegenel kullanım şekilleri, emülsifiye edici davranışlarının belirlenmesi için kullanılan hidrofil -lipofil dengeleri, demülsifikasyonu etkileyen faktörler ve iyon değiştirici ortam olarak polimerikmateryallerin hazırlanması ve kullanılması araştırılmıştır.Stiren esaslı PHP, sülfonasyon ve klorometilasyon-aminasyon prosesleri ile iyonik (anyonikve katyonik) gruplar taşıyan PHP materyale dönüştürülebilir. Disk katyon değiştirici ortamlarolarak kimyasal modifikasyonu yapılan PHP' in şişmeye karşı mukavemeti ve etkin difüzyonhızı arasında optimizasyon yapılmıştır. Bu amaçla homojen ve heterojen sülfonasyon prosesleriTaguchi deney tasarım tekniği kullanılarak yürütülmüştür. Anyon değiştirici disk reaktörler,PHP'nin klorometilasyon - aminasyon reaksiyonlarından üretilmiştir.Dinamik iyon adsorpsiyon testleri ile güçlü anyon değiştirici disk PHP reçinesinin suluçözeltilerden NO3-, PO4-3 ve CrO4-2, güçlü katyon değiştirici disk PHP reçinesinin suluçözeltilerden Cr+3 uzaklaştırma kapasiteleri incelenmiştir. Denge kapasiteleri meq/g reçineolarak Cr+3 için 3,655, NO3- için 2,145, PO4-3 için 1,102 ve CrO4-2 için 2,229 olarakbulunmuştur. Reçinelerin rejenerasyon potansiyelleri test edilmiştir. Dinamik adsorpsiyonprofilleri için deneysel sonuçlarla matematiksel modeller kıyaslanarak çalışma tamamlanmıştır.Anahtar Kelimeler: Polyhipe, yüzey modifikasyonu, sülfonasyon, klorometilasyon- aminasyon,katyon değiştirici, anyon değiştirici, iyon değişimi, nitrat, fosfat, kromat, krom(III)

Abstract:
The aim of research was to investigate a novel method of preparing low density microporouspolymeric foam materials and to determine their capacity to act as media in ion exchangeapplications.The foam materials studied in this project is made by the polymerization of a high internalphase emulsions (HIPE) which comprises two immiscible phases (stabilized by a suitablesurfactant) one of which, the continuous or external phase, is made up from styrene-divinylbenzene copolymer to be polymerized and generally represents less than 20 % of the finalpolymer volume. The resulting polymer which is called polyhipe polymer (PHP) is a highlyporous, low density, open cellular material which has been shown to have applications in ionexchange.Production of microporous polyhipe foams is dependent on the preparation of a stable highinternal phase emulsions. Therefore available literature was surveyed about emulsion systems,emulsion formation mechanisms and preparation, emulsion stability, the general use andstructure of surfactants, the hydrophile-lipophile balance for the classification of emulsifyingbehaviour of surfactants, factors affecting demulsification, and the preparation and use ofpolymeric materials as ion exchange media.Styrene based polyhipe can be chemically modified via a sulphonation or a chloromethylation -amination process to form a polyhipe material containing ionic (anionic or cationic) groups. Itwas optimized between mechanical strength against swelling and effective diffusion for PHP asdisc cation exchanger. Therefore homogeny and heterogenic sulphonation processes werecarried out using Taguchi experimental design technique. Anion exchanger disc reactors wereproduced via a chloromethylation-amination process of PHP.Dynamic ion adsorption tests conduct removal of NO3-, PO4-3, CrO4-2 and Cr+3 from aqueoussolution using strong anion exchanger and strong cation exchanger disc PHP resins,respectively. Equilibrium capacities were obtained 3.655 for Cr+3, 2.145 for NO3- , 1.102 forPO4-3 and for 2.229 CrO4-2 as meq/g resin. Regeneration capability of resins researched. Finallyexperimental and mathematical dynamic adsorption profiles compared and study completed.Keywords: Polyhipe, surface modification, anion exchanger resin, cation exchanger resin,sulphonation, chloromethylation-amination, ion exchange, nitrate, phosphate, chromate,chromium (III)