Aminometil piridin fonksiyonel gruplarını içeren polimerik partiküllerin hazırlanması ve arsenik(V) iyonlarının adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Preparation of aminomethyl pyridine functional groups containing polimericparticles and investigation of their arsenic(V) adsorption properties
Yazar: KEMAL MULLAOĞLU
Danışman: PROF. DR. CENGİZ KAVAKLI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, sulu çözeltilerden As(V) iyonlarını uzaklaştırmak için klorometil polistiren partikülleri (CM-PS) 4-aminometil piridin (4-AMP) ile modifiye edilerek 4-AMP-PS adsorbent partikülleri hazırlanmıştır. En uygun modifikasyon koşullarını belirlemek için reaksiyon sıcaklığı ve 4-aminometil piridin fonksiyonel grubun polistiren yüzeyindeki klor atomlarına mol oranın (4-AMP/Cl) modifikasyon verimine etkisi incelenmiştir. Geliştirilen 4-AMP-PS partiküllerinin kimyasal yapısı element analizi, FTIR, TGA, SEM ve XPS ile karakterize edilmiştir. 4-AMP-PS partiküllerinin As(V) iyonlarını adsorplama kapasitesine pH etkisi, temas süresi, başlangıç derişiminin etkisi, girişim yapan anyonların etkisi ve iyonik şiddetin etkisi kesikli sistemde incelenmiştir. pH 4-7 arasında 4-AMP-PS partiküllerinin As(V) adsorpsiyonun sabit kaldığı gözlenmiştir. Kinetik çalışmalar As(V) iyonlarının 4-AMP-PS partiküllerinin yüzeyine yalancı ikinci derece kinetik model üzerinden adsorpladığını göstermiştir. As(V) iyonlarının 4-AMP-PS partiküllerinin yüzeyine adsorplanmasının 16 saatte dengeye geldiği tespit edilmiştir. As(V) iyonlarının 4-AMP-PS partiküllerinin yüzeyine tutunma mekanizmasının açıklamak için deneysel adsorpsiyon verileri Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izoterm model denklemlerine uygulanmıştır. As(V) iyonlarının 4-AMP-PS partiküllerinin yüzeyine tutunma mekanizmasının tek katman Langmuir modeline uygun olarak adsorplandığını tespit edilmiştir. Langmuir modeline göre 4-AMP-PS partiküllerinin maksimum teorik As(V) adsorplama kapasitesinin 16.78 mg As(V)/g olduğu tespit edilmiştir. As(V) iyonlarının 4-AMP-PS partiküllerine adsorpsiyonuna girişim yapan anyonların etkinlik sırasını Cl-  ˃ PO43- ˃ NO3- ˃ SO42- şeklinde bulunmuştur. İyonik şiddetin 0.001 M NaCl' den 0.1M NaCl' e artması ile 4-AMP-PS partiküllerinin As(V) adsorpsiyonunda azalma olduğu gözlenmiştir. 4-AMP-PS partiküllerin As(V) iyonları için tekrar kullanılabilir oldukları % 3 HNO3 ile 5 adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü sonunda tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, 4-AMP-PS adsorbent particles were prepared by modifying chloromethyl polystyrene particles (CM-PS) with 4-aminomethyl pyridine (4-AMP) to remove As(V) ions from aqueous solutions. To obtain optimum modification conditions, effect of reaction temperature and the molar ratio between 4-aminomethyl pyridine functional groups and chlorine atoms on the surface of polystyrene (4-AMP/Cl) on the modification reaction efficiency was examined. Novel 4-AMP-PS particles were characterized by elemental analysis, FTIR, TGA, and XPS. Effect of solution pH, contact time, initial concentration, interfering anions and ionic strength on As (V) ions adsorption capacity by 4-AMP-PS particles were studied in batch system. It is observed that As(V) adsorption capacities by 4-AMP-PS particles in the range of pH 4-7 was constant. Kinetic studies showed that the As(V) ions adsorbtion onto the 4-AMP-PS particles surface follows  a the pseudo-second-order kinetic model. It was found that As (V) ions adsorption onto the surface of 4-AMP-PS particles was reached in equilibrium state at 16 hours. To explain the As(V) adsorption mechanism onto the 4-AMP-PS particles, experimental adsorption values were applied to Langmuir and Freundlich adsorption isotherm model equations. It is found that As(V) adsorption mechanism onto the 4-AMP-PS particles surface obey the single layer Langmuir adsorption model. According to the Langmuir model, maximum theoretical adsorption capacity of 4-AMP-PS particles is 16.78 mg As(V)/g. The order of potential interfering effect of anions on As(V) adsorption by the 4-AMP-PS particles is: Cl-˃ PO43-˃ NO3- ˃ SO42-. With increase in ionic strength from 0.001 M NaCl to    0.1 M NaCl, a decreased in As(V) adsorption onto the 4-AMP-PS particles was observed. 4-AMP-PS particles have reusability for As(V) ion adsorption with 3% HNO3  which is found 5 successive adsorption-desorption cycles.