Sulardan ağır metal giderimi için nanofibriler filtrelerin hazırlanması ve karakterizasyonu
The preparation and characterization of nanofiber filters for removal heavy metal from waste water
Yazar: EDA YALÇIN
Danışman: PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ ; PROF. DR. NECDET SAĞLAM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Bakır (II) iyonu = Copper (II) ion ; Desorpsiyon = Desorption ; Kalsiyum fosfat = Calcium phosphates ; Naylon = Nylon ; İpek = Silk

Özet:
Endüstriyel atıkların en başında gelen ağır metaller, yüksek toksisiteleri nedeniyle atık sulardan arıtılması gereken en önemli unsurların başında gelmektedir. Atık sulardan ağır metallerin arıtımı için geliştirilecek yapıların sahip olması gereken en önemli özelliklerinden biri olan biyouyumluluk ve düşük maliyet, doğal malzemelerin tercih edilme sebebi olmaktadır. Bunun yanı arıtımda kullanılacak yapının veriminin yüksek olması için yüksek yüzey alan/hacim oranına ve yüksek poroziteye sahip olması gerekmektedir. Bu özellikler su arıtımında nanofibriler yapıları ayrıcalıklı hale getirmektedir.Bu çalışmada, elektrospin yöntemi ile ipek/naylon-6 polimerlerinin homojen karışımından nanofibriler membranlar elde edilmiştir. Membranların divalent ağır metaller üzerindeki afinitesinin arttırılması için kalsiyum fosfat bileşikleri ile modifiye edilerek nanofibriler filtreler geliştirilmiştir. Kalsiyum fosfat bileşikleri ile modifiye edilen ipek/naylon-6 nanofibriler membranlar; ATR-FTIR, SEM, EDXS, XPS ve mekanik test cihazları ile karakterize edilmiştir. Nanofibriler filtreler üzerindeki kalsiyum fosfat bileşiklerinin varlığı alizarin kırmızı boyama tekniği ile analiz edilmiş ve hazırlanan filtrelerin sitotoksisite testleri yapılarak canlılar için toksik etkisinin olmadığı gösterilmiştir.Adsopsiyon çalışmaları için; pilot uygulama olarak, bakır (Cu+2) ağır metali seçilmiştir. Optimizasyon çalışmalarında, başlangıç bakır konsantrasyonun, pH'ın, akış hızının ve yüzey alanının bakır adsorpsiyonu üzerine etkileri ASS (Atomik adsorpsiyon spektroskopi) ile incelenmiş ve optimum verimin pH 5.0'de, 30mg/l (ppm) başlangıç bakır konsantrasyınunda, 0.1ml/dk akış hızında ve yüzey alanının da 7 adet 1cm2'lik parçalar halinde kesilmiş filtrelerin oluşturulduğu sistemde, olduğu gösterilmiştir. Optimum koşullarda kapalı sistem ile elde edilen bakır adsorpsiyonunun %32, kesikli sistem ile elde edilen bakır adsorpsiyonunun ise %77 olduğu görülmüştür. Desorpsiyon çalışmaları için farklı çözeltiler kullanılmış ve 0.1M NaCl ve 0.1M NaOCl çözeltilerinin kalsiyum fosfat bileşiklerine zarar vermeden %11 bakır desorpsiyon verimi sağladıkları gözlenmiştir. Bu çalışma TUBİTAK tarafından desteklenmiştir. Proje numarası: 111T671Anahtar sözcükler: İpek, naylon-6, kalsiyum fosfat bileşikleri, nanofiber, bakır, adsorpsiyon, desorpsiyon

Abstract:
Heavy metal pollution regarding industrial activity has become a more serious problem as a result of its high toxicity. Structures of filters for heavy metals removing from waste water should have biocompatibility and low cost, is the main reason to prefer natural materials. Furthermore, high efficiency of the structure to be used for heavy metals removing, the high surface area / volume ratio, and should have high porosity. These features make the nanofibers privileged structures.In this study, silk/nylon-6 elektrospin nanofibriler membranes were obtained by electrospinning method. To increase the affinity of divalent heavy metals, membranes were covered with calcium phosphate compounds. Modified by calcium phosphate compounds silk/nylon-6 nanofiber membranes were characterized by mechanical testing devices, ATR-FTIR, SEM, EDXS, and XPS. The presences of calcium phosphate compounds on nanofibers were analyzed by alizarin red staining. The filters cytotoxicity was determined by MTT and it was shown no toxic effects.Copper (Cu+2) was used for adsorption studies. Initial copper concentration, pH, flow rate and adsorption efficiency of copper on the surface were determined by ASS (atomic adsorption spectroscopy). Optimum pH was found 5.0, initial copper concentration was found as 30mg / l (ppm), flow rate was found as 0.1ml/dk. Under optimum conditions, it was obtained that in the closed system, adsorption rate of copper was found as 32% and in the batch system, adsorption rate of copper was found as 77%. For desorption studies, it was used 0.1M NaOCl or 0.1M NaCl solutions. Yield of desorption was provided as 11%. This study is supported by TUBITAK. (Project number: 111T671)Keywords: silk, nylon-6, calcium phosphate compounds, Nanofiber, copper, adsorption and desorption