Çevre dostu manyetik pektin nanobiyokompozitlerin hazırlanması ve toryum iyonlarının giderimi için sorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Preparation of environmentally friendly magnetic pectin nanobiocomposites and investigation of sorption properties for removal of thorium ions
Yazar: ÇAĞKAN ÖZÇİVİT
Danışman: PROF. DR. SABRİYE YUŞAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Toryum = Thorium

Özet:
Toryum, aktinitler arasında uranyumdan daha fazla miktarda bulunan önemli bir doğal radyoaktif elementtir. Nükleer yakıtın yeniden işlenmesi ve toryumla bağlantılı cevherlerin kullanılması, nükleer silahlar ve laboratuvar faaliyetleri gibi bazı insan faaliyetleri de bu radyonüklidin atık olarak yoğunlaşmasına neden olabilir. Toryumun toksik yapısı eser düzeyde dahi olsa akut toksikolojik etkilere ve zararlı hastalıklara neden olarak bir halk sağlığı sorunu haline gelmektedir. Bu nedenle toryumun sulu çözeltilerden uzaklaştırılması önemlidir. Bu tez çalışmasında, toryumun sucul ortamlardan giderilmesinde kullanılabilecek etkili, güvenli, çevre dostu, ve toksik özelliği olmayan nanobiyokompozit malzemeler sentezlenmiştir. Sentezlenen malzemelerin karakterizasyonu yapılmış ve toryum iyonları için adsorpsiyon özellikleri incelenmiştir. Pektin biyopolimeri kullanılarak manyetik (Fe3O4) nanobiyokompoziti birlikte çöktürme yöntemiyle sentezlenmiş ve sentezde rol oynayan bazı deneysel parametrelerin (pektin konsantrasyonu ve çöktürücü baz çeşidi gibi) etkileri incelenerek sentez ürünlerinin farklılıkları ortaya konulmuştur. Sentezlenen sorbent malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri çeşitli yöntemlerle (XRD, SEM/EDS, TEM, FTIR, VSM, XPS, BET, TGA/DTA ve zeta potansiyeli) incelenerek ve malzemeler arasındaki farklılıklar avantaj ve dezavantajları ile ortaya konulmuştur. Partikül boyutu ve yüzey alanı gibi adsorpsiyonu etkileyen parametreler dikkate alınarak en uygun pektin bazlı manyetik nanobiyokompozit seçilmiştir.
Toryumun sulu çözeltilerden uzaklaştırılması için, elde edilen optimum özelliklere sahip manyetik nanobiyokompozit adsorban ile toryuma karşı adsorpsiyon davranışları ortam pH'ı, toryum derişimi, sıcaklık ve temas süresi gibi temel deneysel parametrelerin etkisi kesikli yöntem ile incelenmiştir. Adsorpsiyon modelinin belirlenmesi için Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich izotermleri kullanılmış ve ilgili parametreler hesaplanmıştır. Ayrıca entalpi, Gibbs serbest enerji değişimi ve entropi gibi adsorpsiyon termodinamik parametreleri hesaplanmıştır.

Abstract:
Thorium is an important natural radioactive element, which is found in greater abundance among the actinides than uranium. Some human activities, such as nuclear fuel reprocessing and use of thorium-related ores, nuclear weapons, and laboratory activities can also cause concentrations of this radionuclide. The toxic nature of thorium becomes a public health problem by causing acute toxicological effects and harmful diseases, even at trace levels. Therefore, it is important to remove thorium from aqueous solutions. In this thesis, effective, safe, environmentally friendly and non-toxic nanobiocomposite materials were synthesized that can be used to remove thorium from aquatic environments. The synthesized materials were characterized and the adsorption properties for thorium ions were investigated. Magnetic (Fe3O4) nanobiocomposite was synthesized by co-precipitation method using pectin biopolymer, and the effects of some experimental parameters (such as pectin concentration and precipitating base type) playing a role in the synthesis were examined, and the differences of the synthesis products were revealed. The physical and chemical properties of the synthesized sorbent materials were examined by various methods (XRD, SEM/EDS, TEM, FTIR, VSM, XPS, BET, TGA/DTA and zeta potential) and the differences between the materials were revealed with their advantages and disadvantages. Considering the parameters affecting the adsorption such as particle size and surface area, the most suitable pectin-based magnetic nanobiocomposite was selected.
In order to remove thorium from aqueous solutions, the effects of basic experimental parameters such as ambient pH, thorium concentration, temperature and contact time on the adsorption behavior of magnetic nanobiocomposite adsorbent against thorium were investigated by batch method. Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich isotherms were used to determine the adsorption model and related parameters were calculated. In addition, adsorption thermodynamic parameters such as enthalpy, Gibbs free energy change and entropy were calculated.