Kitosan bazlı polimerik jel partiküllerin üretimi ve sorpsiyon-desorpsiyon etkinliklerinin araştırılması
Production of chitosan-based polymeric gel particles and investigation on its sorption-desorption efficiency
Yazar: HÜLYA DEMİRTAŞ
Danışman: PROF. DR. AHMET ÖZER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada kitosanın pozitif yüklü (zayıf bazik gruplardan dolayı) hidrofilik bir polimer olma özelliğinden hareketle, kitosan esaslı jel partikül üretimi ve sorbent olarak değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Kitosandan iki farklı metotla (çöktürme-toplama metodu ve emülsiyon çapraz bağlama metodu) polimerik partikül üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen partiküller uygun enstrümantal ve analitik metotlarla karakterize edilmiştir. Son olarak partiküllerin bazik boyar madde (bazik mavi 41, BB41), su ve yağ asidi (oleik asit) sorpsiyon etkinlikleri araştırılmıştır.
BB41 boyar maddesinin sorpsiyon verimi üzerine sorpsiyon parametrelerinin (sıcaklık, başlangıç pH değeri, kitosan miktarı, başlangıç boyar madde konsantrasyonu, temas süresi vb.) etkisinin belirlendiği adımda çöktürme toplama metodu ile üretilen kitosan partiküller kullanılarak optimum sorpsiyon şartları belirlenmiştir. Deney sonuçları Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich (D-R) izoterm modelleri uygulanarak değerlendirilmiştir. Bu aşamada elde edilen verilerin Langmuir izotermi modeline oldukça iyi derecede uyduğu belirlenmiştir. Çalışmada kinetik parametreleri hesaplamak ve adsorpsiyon sürecinin ideal mekanizmasını belirlemek için yalancı birinci derece, yalancı ikinci derece model eşitlikleri kullanılmıştır. Yalancı ikinci dereceden modelin deneysel verileri açıklamak için daha uygun olduğu gözlenmiştir.
BB41 boyar maddesinin sorpsiyon verimi üzerine kitosan partikül üretim şartlarının irdelendiği ikinci adımda, partikül üretim şartları (çapraz bağlayıcı türü, oranı, çapraz bağlanma süresi, kitosanın deasetilasyon derecesi, kitosanın molekül ağırlığı vb.) optimize edilen sorpsiyon şartlarında araştırıldı. Bu adımda emülsiyon ile çapraz bağlanmış partiküller kullanılmıştır. Sentez şartlarının BB41 boyar maddesinin sorpsiyonu üzerine etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. 
Sunulan çalışmada iki farklı metotla üretilen partiküllerin karakterizasyonu ve sorpsiyon etkinliği karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Çapraz bağ yoğunluğunun, çapraz bağlanma mekanizmasının sorpsiyon verimi üzerine etkisi tartışılmıştır. Ayrıca bu çalışmada kitosan bazlı partiküllerin karakteristik özellikleri ve sorpsiyon etkinliği üzerine deasetilasyon derecesinin ve molekül ağırlığının etkisi yorumlanmıştır.

Abstract:
In this study, chitosane-based gel particles were manufactured and evaluated as a sorbent due to chitosan's positive charge (because of weak primary group) hydrophilic polymer. Polymer particles were produced by two different methods from chitosane in the study (Method of precipitation-collection/Method of emulsion crosslinking method). Finally, sorption activities of the particle were tested for basic dye solution (basic blue 41, BB41), water and fatty acid (oleic acid).
In the step where the effect of sorption parameters (temperature, initial pH value, chitosan concentration, initial dye concentration, contact time, etc.) on sorption yield of BB41 dye was determined, chitosan particles produced by precipitation collection method were used. The sorption experimental data were evaluated using applying the Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherm models. It was determined that the Langmuir was more suitable for isotherm the process. Pseudo first order, pseudo second order kinetic models were used to calculate the kinetic parameters. It was concluded that the pseudo second-order kinetic model was described the adsorption data very well.
In the second step which the effect of chitosan particle production conditions on the BB41 dye molecules sorption yield was examined, the particle production conditions were investigated (cross-linker type, ratio, cross-linking time, acetylation degree of chitosan, molar mass of chitosan, etc.) under optimized sorption conditions. Emulsion of cross-linked particles was used in these step. The effect of synthesis conditions on sorption of BB41 dye was tried to be determined.
In the present study, the characterization and sorption efficiency of the particles produced by two different methods were examined comparatively. The effect of crosslinking density on sorption yield of crosslinking mechanism was discussed. In addition, the effect of the degree of acetylation and molecular weight on the characteristics and sorption efficiency of chitosan-based particles were also evaluated in this study.