Çift katmanlı polimer kaplı manyetik nanopartiküllerin hazırlanması, karakterizasyonu ve uygulaması
Preparation characterization and application of double layer polymer coated magnetic nanoparticles
Yazar: FEYZA NUR YÖRÜKOĞLU
Danışman: PROF. DR. GÜLAY BAYRAMOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, öncelikle Fe3O4 nanopartikülleri sentezlenmiş ve sonrasında ise manyetik nanopartiküllerin yüzeyi karboksimetilselüloz (CMC) ve polietilenimin (PEI) polimerlerleri ile kaplanarak manyetik Fe3O4@CMC-PEI partikülleri hazırlanmıştır. FTIR, VSM, SEM, BET analizi ve zeta potansiyeli ölçümü ile karakterizasyon çalışmaları tamamlanan Fe3O4@CMC-PEI partiküller ile Congo Red (CR) ve Reactive Orange 14 (RO14) boyalarının adsorpsiyon yöntemi ile çözeltiden giderimi araştırılmıştır. Kullanılan boyaların adsorpsiyon verimliliği üzerine farklı parametrelerin etkisi değerlendirilmiştir. Fe3O4@CMC-PEI partikülleri kullanılarak CR ve RO14 boyalarının sulu ortamdan giderim yüzdesi sırasıyla pH 6'da %69,9 ve pH 5'de %93,2 oranında gerçekleşmiştir. Sıcaklığın 15℃'den 45℃'ye artması ile Fe3O4@CMC-PEI üzerine adsorplanan CR için boya giderim yüzdesinin %60,5'den %73,2'e ve RO14 boyası için %91,9'den %98,3'e artış gösterdiği bulunmuştur. CR boyası için boya giderim yüzdesi sıcaklıkla birlikte oldukça yükselmesine rağmen manyetik partiküllerin RO14 boyası için daha etkin boya giderimi gerçekleştirmiştir. Çözeltide Na+ ve Cl- iyonları varlığı, adsorbent yüzeyindeki adsorpsiyon bölgeleri ile boya molekülleri arasındaki etkileşimde önemli bir faktör olduğunu göstermiştir. Her iki boya için de denel verilerin Langmuir izoterm modeli ve ikinci dereceden kinetik ile uyumlu olduğu bulunmuştur. Manyetik nanopartiküllerin iki katmanlı polimer kaplanması ile hazırlanan adsorbent kullanılarak CR ve RO14 boyası gideriminde entalpi değerleri sırası ile 25°C'de 34,4 ve 79,9 kJ/mol olarak bulunmuştur. Boya giderimi işleminde iyon değişimi ve elektrostatik etkileşim gibi etkileşimler ara yüzey olayında sorumlu olduğu düşünülmüştür.

Abstract:
In this study, firstly, Fe3O4 nanoparticles were synthesized, and then magnetic Fe3O4@CMC-PEI particles were prepared by coating the surface of magnetic nanoparticles with carboxymethylcellulose (CMC) and polyethyleneimine (PEI) polymers. Characterization studies were completed with FTIR, VSM, SEM, BET analysis, and zeta potential measurement. The removal of Congo Red (CR) and Reactive Orange 14 (RO14) dyes using Fe3O4@CMC-PEI particles from the solution and by the adsorption method was investigated. The effect of different parameters on the adsorption efficiency of the dyes used was evaluated. Using Fe3O4@CMC-PEI particles, the removal percentage of CR and RO14 dyes from aqueous media was 69.9% at pH 6 and 93.2% at pH 5, respectively. With the increase in temperature from 15℃ to 45℃, the dye removal percentage increased from 60.5% to 73.2% for CR adsorbed on Fe3O4@CMC-PEI and from 91.9% to 98.3% for RO14 dye. It was found that, e.g., although the dye removal percentage for CR dye increased significantly with temperature, magnetic particles achieved more effective dye removal for RO14 dye. The presence of Na+ and Cl- ions in the solution has shown to be an important factor in the interaction between the adsorption sites on the adsorbent surface and the dye molecules. It was found that the experimental data for both dyes were compatible with the Langmuir isotherm model and second-order kinetic. The enthalpy values for CR and RO14 dye removal using the adsorbent prepared by a two-layer polymer coating of magnetic nanoparticles were found to be 34.4 and 79.9 kJ/mol at 25°C, respectively. Interactions such as ion exchange and electrostatic interaction are thought to be responsible for the interface phenomenon in the dye removal process.