Poli(anilin-ko-tiyofen) kopolimerinin adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi ve yüzey karakterizasyonu
Investigation of adsorption properties and surface characterization of poly(aniline-co-thiophene) copolymer
Yazar: SABRİ CAN KARADENİZ
Danışman: PROF. DR. FATİH ÇAKAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Karakterizasyon = Characterization ; Kopolimerler = Copolymers ; Polianilin = Polyanilines ; Ters gaz kromatografisi = Inverse gas chromatography ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Adsorban olarak iletken polimerlerin kullanımı, yüksek adsorpsiyon kapasitesi, ayarlanabilir yüzey özellikleri, düşük toksisitesi ve düşük maliyeti nedeniyle çevresel sorunlar için umut verici bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada öncelikle Poli(anilin-ko-tiyofen) kopolimeri sentezlendi. Ters Gaz Kromatografisi metoduyla yüzey özellikleri incelendi ve yüzeyinin asidik karakterde olduğu görüldü. Alizarin Red S ve Naftalin-2-Sülfonik Asit gibi asidik kirleticilerin sulu ortamdan adsorpsiyonu için çalışılabileceği düşünüldü. Farklı sıcaklıklar (25-45 °C), pH (2-12), temas süresi, konsantrasyon (100-300 ppm) ve adsorban miktarlarında (10-150 mg) çalışmalar yapılarak optimum koşullar belirlendi. Elde edilen veriler Langmuir, Freundlich, D-R, Temkin ve Scatchard izotermlerine uygulandı. En uygun modelin Langmuir modeli olduğu belirlendi. Maksimum adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 4629,6 ve 3021,2 mg/g olarak hesaplandı. İzotermlerin uygulanabilirliği ve tekrarlanabilirliği hata analizleriyle test edildi. Ayrıca adsorpsiyon mekanizmasını açıklamak için yalancı-birinci derece, yalancı-ikinci derece, parçacık içi difüzyon, Boyd ve Avrami modelleri uygulandı. Her iki kirleticinin de yalancı-ikinci tepkime kinetiğine uyduğu bulundu. Parçacık içi difüzyon ve Avrami modelinden birden fazla adsorpsiyon mekanizması izlediği tespit edildi. Termodinamik hesaplamalara göre sırasıyla -7,22 ve -26,92 kJ/mol olan entalpi adsorpsiyonun ekzotermik olduğunu gösterdi. Negatif Gibbs serbest enerjileri de adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleştiğini gösterdi. Gaz kromatografisiyle gaz fazı adsorpsiyon deneyleri n-hekzan ve toluen için çalışıldı. Elde edilen veriler Langmuir ve Freundlich izotermlerine uygulandı. Hata analizleri uygulanarak doğrusal olmayan izotermler çizildi. Bu sonuçlara göre L1 tipi izoterm grafiği elde edildi ve Langmuir izotermine daha iyi uyduğu görüldü. Langmuir izoterminden hesaplanan maksimum adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 12,21 ve 93,33 mg/g olarak bulundu. Tüm sonuçlar kopolimerin farklı türlerdeki kirleticilerin sulu ortamdan ve havadan uzaklaştırmak için umut verici bir adsorban olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
The use of conductive polymers as adsorbent has emerged as a promising solution for environmental problems due to its high adsorption capacity, adjustable surface properties, low toxicity and low cost. In this study, Poly(aniline-co-thiophene) copolymer as an adsorbent was synthesized for the first time. The surface properties were examined by Inverse Gas Chromatography and the surface was found to be acidic. The surface properties were examined by Reverse Gas Chromatography and the surface was found to be acidic. Optimum conditions were determined by conducting studies at different temperatures (25-45 °C), pH (2-12), contact time, concentration (100-300 ppm) and adsorbent amounts (10-150 mg). The obtained data were applied to Langmuir, Freundlich, D-R, Temkin and Scatchard isotherms. It was determined that the most suitable model was the Langmuir model. The maximum adsorption capacities were calculated as 4629.6 and 3021.2 mg/g, respectively. The feasibility and reproducibility of the isotherms were tested by error analysis. In addition, pseudo-first order, pseudo-second order, intraparticle diffusion, Boyd and Avrami models were applied to explain the adsorption mechanism. Both pollutants were found to obey the pseudo-second reaction kinetics. In addition, it was determined that it followed more than one adsorption mechanism from the intraparticle diffusion and Avrami model. According to thermodynamic calculations, the enthalpy of -7.22 and -26.92 kJ/mol, respectively, showed that the adsorption was exothermic. Negative Gibbs free energies also showed that adsorption occurred spontaneously. Gas phase adsorption experiments by gas chromatography were performed for n-hexane and toluene. Obtained data were applied to Langmuir and Freundlich isotherms. Nonlinear isotherms were drawn by applying error analysis. According to these results, the L1 type isotherm plot was obtained and it was observed that it better suited the Langmuir isotherm. The maximum adsorption capacities calculated from the Langmuir isotherm were found to be 12.21 and 93.33 mg/g, respectively. All results showed that the copolymer can be used as a promising adsorbent to remove different kinds of pollutants from aqueous media and air.