Disülfit-bağlı kovalent organik polimerler kullanılarak sulu solusyondan toksik katyonik tekstil boyalarının seçici olarak uzaklaştırılması
Selective removal of toxic cationic textile dyes from aqueous solution using disulfide-linked covalent organic polymers
Yazar: MEHMET ŞAHİN ATAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HASAN AKYILDIZ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, COP-65 ve COP-66 olarak adlandırılan iki ayrı disülfit-bağlı kovalent organik polimer (COP) oksidatif birleştirme yöntemi ile üretilmiştir. Sentezlenen polimerlerin sulu çözeltilerden toksik tekstil boyalarını giderme performansları incelenmiştir. Polimerler, Taramalı Elektron mikroskobu (SEM), Branuer-Emmett-Teller (BET), Fourier Dönüşüm Kızılötesi (FT-IR), elementel analiz yöntemleri kullanılarak yapısal, morfolojik ve barındırdıkları elementler arasındaki kimyasal bağlar açısından karakterize edilmiştir.  FT-IR sonuçları, monomerlerin reaksiyona girerek oluşan disülfit-bağları aracılığı ile ağ yapılı bir malzeme üretildiği gösterilmiştir. Buna ek olarak polimerleşme reaksiyonu elementel analiz sonuçları ile desteklenmiştir. Polimerlerin gözenek boyutları yüzey alanı ölçümleri ile ortaya çıkarılmış, sonuçlar COP-65'in COP-66'ya göre daha yüksek yüzey alanı ve ortalama gözenek boyutlarında oluştuğunu göstermiştir.  COP-65 ve COP-66'nın boya adsorplama performansları iki ayrı sınıf boya Ultra Viyole – Görünür Bölge Spektrofotometre (UV-Vis) cihazı kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla anyonik (Alizarin sarısı (AY), metil turuncusu (MO) ve turuncu G (OG)) ve katyonik (metilen mavisi (MB), rodamin B (RB) ve kristal mor (CV)) boyalar kullanılmıştır. Çalışmada boya giderimi, çözeltide bulunan başlangıç boya konsantrasyonu, çözeltinin pH değeri, ortam sıcaklığı ve çözelti-polimer temas süresi parametreleri göz önüne alınarak incelenmiştir. Yapılan çalışma, COP-65 ve COP-66 polimerlerinin özellikle katyonik boyalara karşı seçici bir aktivite gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu durum sentezlenen malzeme ve kullanılan boyanın elektriksel yükleri esas alınarak açıklanmıştır. Adsorplama deneyleri başlangıç boya konsantrasyonu, sıcaklık, pH ve temas süresinin belirli bir noktaya kadar artması ile boya tutum miktarının da arttığını göstermiştir. Polimerlerce en fazla adsorplanan boya CV boyası olarak bulunmuştur. Bu şartlar altında COP-65 polimeri COP-66'ya göre daha fazla miktarda boya tutabilmiş ve 100 mg COP-65'in 500 mg/L konsantasyonda CV çözeltisinden pH=8,0'da 70 °C'de ve 300 dk.'da 13,4 mg/g miktarında boya adsorplayabildiği ortaya koyulmuştur. Polimerlerin tekrarlı kullanım deneyleri, döngü sayısı arttıkça hem tutulabilen hem de geri bırakılabilen boya miktarında kademeli bir düşüş olduğunu göstermektedir. Son olarak adsorpsiyon davranışının Langmuir izoterm modeline daha uygun olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
A study was carried out to examine the performance of disulfide-linked covalent organic polymers on the removal of toxic cationic dyes from aqueous solutions. For this purpose, two covalent organic polymers were synthesized via oxidative coupling method, namely COP-65 and COP-66. Fourier transform infrared spectroscopy measurements revealed the formation of disulfide bonds which indicates the polimerization reaction for the formation of a network structure. This was further proved via theoretical calculations and experimental  elemental analysis. Specific surface area measurements showed that COP-65 and COP-66 were both have mezo-porous structure. Further, COP-65 polymer was exhibited a higher specific surface area and larger porosities when compared to COP-66. The dye adsorption characteristics of the synthesized  polymers were examined by ultraviolet-visible spectrophotometry for two different types of dye. For this purpose, anionic alizarin yellow, methylene orange and orange G, and cationic methylene blue, rhodamine B and crystal violet dyes were used. The dye removal capacity of the polymers were optimized in terms of temperature, pH, initial dye concentration and polymer-solution contact time. The study demonstrated that both COP-65 and COP-66 polymers exhibited selective activity for the cationic dyes and this was explained in the context of surface charges, i.e. the electrostatic interaction of the polymer and the dye molecules in the solution. The amount of adsorption was highest for crystal violet among the cationic dyes used. 100 mg of COP-65 polymer was absorbed 13.4 mg/g crystal violet dye under optimized conditions i.e., 70 °C, pH=8.0, initial dye concentration of 500 mg/L and for a contact time of 300 min. Adsorption-desorption experiments showed that both the dye adsorption and desorption capacity was decreased with cycling. Finally, experimental results showed that the adsorption behavior of the polymers were fit to Langmuir isotherm model.