Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

Akrilik Monomer Esaslı Nanokompozit Hidrojellerin Elde Edilmesi ve Uygulamaları

Süperabsorban hidrojeller gevşek olarak çapraz bağlanmış büyük miktarlarda su veya diğer biyolojik sıvıları absorplayabilen, şişebilen ve geri bırakabilen hidrofilik polimerlerdir. Bu üstün özelliklerinden dolayı hijyenik, tarımsal, medikal ve farmasötik uygulamalara sahiptirler ve bu uygulamalarda su emiciliği ve su bırakması özellikleri önemlidir. Son yıllarda, nanokompozitler adı verilen, organik-inorganik süperabsorban kompozitlerin eldesi, nispeten düşük üretim maliyetleri, yüksek su emiciliği ve tarımda ve bahçecilikteki önemli ölçüdeki uygulamalarından dolayı büyük ilgi çekmektedir ve bu sistemler gittikçe artan öneme sahiptirler. Polimer nanokompozitlerin üretiminde attapulgit, sepiyolit, montmorillonit gibi smektit grubu killer hidrofilik yapılarından, doğal olarak bol miktarda bulunmalarından ve düşük maliyetlerinden dolayı inorganik bileşik olarak sıklıkla kullanılarlar. Polimer-kil nanokompozitler saf süperabsorbanlar veya bilinen superabsorban kompozitlerin özellikleri ile karşılaştırıldıklarında, çoğunlukla üstün fiziksel, mekaniksel ve diğer özellikler gösterirler. Bunun başlıca sebebi polimer matris içerisinde kilin nano ölçekte dağılımı, kil tabakalarının yüksek dağılım oranı ve polimerler ve kil arasında arayüzey etkileşimidir. Bilhassa son birkaç yılda araştırmacılar, akrilik esaslı nanokompozit süperabsorbanların sentezi ve karakterizasyonu üzerindeki çalışmalara odaklanmışlardır.

Modern endüstriyel toplumlarda boyar maddeler tekstil, kağıt, plastik ve kozmetik endüstrileri gibi bir çok yerlerde kullanılmaktadırlar. Bu nedenle atık sulardan boyar madde moleküllerinin uzaklaştırılması su kirliliği alanında en önem verilmesi gereken bir husustur. Plastik, boyar madde, kağıt ve tekstil atık sularından boyar maddelerin uzaklaştırılması için koagülasyon- flokülasyon işlemi, biyolojik bozunma prosesleri, oksidasyon yöntemleri, membran filtrasyonu ve adsorpsiyon gibi birkaç fiziksel, kimyasal ve biyolojik su arıtma işlemleri önerilmektedir. Bu işlemlerin arasında adsorpsiyon tekniği yüksek etkinliği, kolay uygulanabilirliği ve farklı adsorplayıcıların (örneğin katı veya hidrojel) uygunluğu dolayısıyla en etkin ve faydalı bir işlem olarak genellikle tercih edilmektedir.

Bu tezle sunulan çalışmanın amacı, akrilik monomer esaslı amfoter yapıda nanokompozit hidrojelleri hazırlamak ve sulu çözeltilerden asidik boyar madde indigo carmine giderilmesindeki etkinliğini incelemektir.

İki grup çalışma gerçekleştirilmiştir. Birinci gruptakiler; akrilik monomer esaslı amfoter yapıda nanokompozit hidrojellerin eldesi ve karakterizasyonudur. Öncelikle aynı miktarlarda anyonik bir monomer akrilik asit (AA), katyonik bir monomer 2-(dietilamino)etil metakrilat (2-DEAEMA), çapraz bağlayıcı bileşik N,N-metilenbisakrilamid (NMBA), başlatıcı bileşiği potasyum persülfat (K2S2O8)- potasyum bisülfit (KHSO3) ve farklı miktarlarda (toplam monomer ağırlığının %1, 3, 5, 7 ve 10’u) montmorillonit (MMT) kullanılarak, sulu ortamda, eş-anlı polimerizasyon tekniği ve serbest radikal katılma polimerizasyonu mekanizmasına göre nanokompozit hidrojeller (NH) elde edilmiştir. Saflandırılan ürünler Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR) ve X Işını Kırınım Difraktometresi (XRD) teknikleri kullanılarak karakterize edilmişlerdir. NH’lerin oluşum mekanizması ve yapısı aydınlatılmaya çalışılmıştır. Ürünlerin destile suda ve farklı pH’lardaki çözeltilerde şişme davranışları, şişme kinetiği ve mekanik özellikleri (elastik modül) incelenmiştir. NH’lerdeki MMT miktarının artmasıyla şişme denge değerinin azaldığı, mekanik dayanımın arttığı, şişme özelliklerinin çözeltinin pH değerine duyarlı olduğu saptanmıştır.

İkinci gruptaki çalışmalar sulu çözeltilerden indigo carmine giderilmesi uygulamalarıdır. Bu denemelerde ürünlerin süreye bağlı olarak boyar madde adsorpsiyonu, adsorpsiyon kinetiği ve izotermleri incelenmiştir. Adsorpsiyon uygulamaları verilerinden, MMT miktarının artması ile adsorpsiyon hızının arttığı, adsorpsiyonun tüm ürünler için pseudo birinci dereceden kinetik modele uyduğu ve seçilen ürün NH5 için ise tüm izoterm modellerine (Langmuir, Freundlich ve BET) uygun olduğu saptanmıştır.