Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Anabilim Dalı

Preparation of Chitosan-Zeolite composites for adsorption of textile dyes and analyses of adsorption kinetics

Tekstil bopyalarının adsorpsiyonu için Çitosan-Zeolit kompozitlerinin hazırlanması ve adsorpsiyon kinetiğinin inmcelenmesi

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 363501 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

There are many studies in literature using modified or pure chitosan that aims for adsorption of dye molecules, detoxification of water and wastewater, and color removal. Some natural polymers are used for adsorption experiments and one of them is chitosan. Chitosan is a natural polymer, which is obtained from marine animals and fungies. Zeolite is a kind of clay, which is also used for adsorption, cheap and eases to form composite films. The objection of this study was adsorption of textile dyes by chitosan derivatives. The derivations of chitosan were performed by mixing chitosan and zeolite solutions with magnetic stirrer, pouring the viscous solution onto Petri dishes to obtain 0.1 mm thick films when they are dried. Urea and formaldehyde were used to obtain crosslinked structure in different fractions to improve the characteristics of the composite. Highly crosslinked structure were used as gel for adsorption experiments. Dye solutions are prepared in distilled water. The chitosan-zeolite composite films and gel were added to each dye solution (Reactive Blue 221, Reactive Red 195, Reactive Yellow 145 and Reactive Black 5). The experiments were repeated in different pH values and temperatures and different input ratios. UV analysis was performed for the observation of color change in solutions and adsorption capacities are determined. The validations of the syntheses were obtained by FT-IR analyses. The structure of the composites were examined by SEM analyses. According to UV analysis results we could find adsorption capacities and adsorption kinetics of each composite for each dye in different conditions and had information about the behavior of the composites. FT-IR and SEM gave information about the structure of the composites prepared. In this study, adsorption of textile dyes bu using chitosan-zeolite composites were examined and the effect of urea-formaldehyde crosslinking were observed. Adsorption at low temperatures were better than the others which shows that adsorption of textile dyes with chitosan-zeolite composites is exothermic. Adsorption was faster at pH 4 in short time which would be good for industrial cases while adsorption was more effective at pH 6 at the end of the experiments. Urea-formaldehyde improved physical and chemical characteristics of the composite.

Summary:

Son dönemlerde çitosanın tekstil atık sularında adsorban olarak kullanımını inceleyen birçok makale yayınlanmıştır.Çitosan karides gibi bazı deniz canlıları ve mantarlardan elde edilir. Gıda endüstrisinin bir atığı olan karides kabuklarının bu iş için kullanılabilir duruma getirilmesi çevreci bir girişimdir. Bu tür çalışmalarda çitosanın tercih edilmesinin diğer bir nedeni ise çokça bulunduğu için ucuz olması ve adsorpsiyon için kullanılan petrokimya ürünü diğer adsorbanlara göre daha doğa dostu bir malzeme olmasıdır. Bir çok kil üzerinde adsorpsiyon çalışmaları yürütülmektedir. Bunlardan biri de zeolittir. Zeolitler, üç boyutlu kristal yapılara sahip alkali ve toprak alkali metalleri içeren hidratlı alüminosilikatlardır. Zeolit gibi bazı killerin de adsorpsiyonda etkin olduklarını gösteren bazı makaleler yayınlanmıştır. Zeolit türevleri çitosana oranla çok daha ucuz bir malzemedir ancak adsorpsiyon kapasitesi de çitosana nazaran bir hayli düşüktür. Zeolit aynı zamanda da çitosanın film oluşturmasına da yardımcı olmaktadır. Tekstil boyalarının doğaya zararlı olduğu herkes tarafından bilinir. Renklendirme amacıyla kullanılan birçok madde canlı yaşamını olumsuz etkilemektedir. Tekstilde kullanılan doğaya zarar verici kimyasallar bularla da sınırlı değildir. Boyaların atık sulardan adsorplanması ancak bunun bir kısmını oluşturur ve iyi bir arıtma olmaksızın salınan bu boyaların birçoğunun yarılanma ömrü onyıllar alır. Tekstil endüstrisinde kirletilen suyun büyük kısmını içilebilir su oluşturur ve birçok ülke de bu açıdan yoksundur. Bu nedenle de suyun geri kazanılarak tekrar kullanılması beklenir. Tekstil atık suyu arıtma metodları genel olarak biyolojik, kimyasal ve fiziksel metodların bir kombinasyonu ile oluşturulur. Tekstil şirketleri suyun dışındaki değer kimyasalları da tekrar kullanmak isteyebilirler ve bunun için kendilerine en uygun proses kombinasyonunu suyun arıtılması işleminde oluşturabilirler. Bu sayede üretim ekonomisi düzenlenmiş olur. Yaptığımız çalışmanın ürünleri de bu kombinasyonlara entegre edilerek optimizasyonu sağlanabilir ve malzemenin seçici özellikleri göz önüne alınarak istenilen sonuçlar elde edilebilir. Adsorpsiyon sulu çözeltiler için etkili bir saflaştırma metodudur. Birçok malzemenin boya adsorpsiyonundaki etkinlikleri incelenmiştir ve ekonomik şartlar da göz önünde bulundurularak sanayide kullanıma elverişli hale getirilmeye çalışılmıştır. Bunlardan biri de çitinin bir modifiye türevi olan ve biyolojik olarak doğada yok olabilen, doğaya uyum sağlayan, toksik olmayan, azot içeren lineer homopolimer bir polisakkarit olan çitosandır. Bu çalışmayla tekstil boyalarının çitosan türevleri tarafından adsorpsiyonunun incelenmesi amaçlandı. Bunu yaparken de kompozit bileşiminde zeolit kullanımına karar verildi. Öncelikle çitosan ve zeolitin asitli suda ayrı ayrı çözeltileri oluşturuldu ve çözeltiler kompozit karışımını oluşturabilmek için, magnetik karıştırıcı yardımı ile uygun sıcaklıkta karıştırıldı. Elde edilen kompozit karışım Petri kaplarına dökülerek oda sıcaklığında kurumaya bırakıldı. Sonuç olarak ortalama 10-20 µm kalınlığında kompozit filmler elde edildi. Aynı işlemler karışımdaki zeolit miktarını değiştirerek ve farklı üre-formaldehit oranlarıyla 75 °C sıcaklıkta çarpraz bağlanma yapılarak yeniden gerçekleştirildi ve aynı koşullarda kurutma yapılarak aynı kalınlıkta filmler elde edildi ancak yüksek oranda çarpraz bağlanmanın olduğu sentez jel olarak adsorpsiyon deneylerinde kullanıldı. Üre ve formaldehit kullanılarak çapraz bağlanmış yapılar oluşturuldu ve böylece malzemenin adsorpsiyon özelliklerindeki değişimler gözlemlendi. Bunun yanısıra malzemenin fiziksel özelliklerinde de değişimler gerçekleşti. Farklı fraksiyonlarda kullanılan üre-formaldehit miktarları farklı özellikler gösterdiler. Yüksek oranda üre-formaldehit çağrazbağlı yapı içeren kompozit film yapılmaksızın jel olarak adsorpsiyon deneylerinde kullanıldı. Çalışmada kullanılmak istenen boya çözeltileri (Reaktif Mavi 221, Reaktif Kırmızı 195, Reaktif Sarı 145 ve Reaktif Siyah 5) saf suda hazırlandı ve içlerine adsorpsiyon çalışmaları için hazırlanmış kompozitlerden çitosan miktarınca aynı oranlarda eklendi. Farklı sıcaklıklarda ve pHlarda adsorpsiyon yapılıp numuneler alınarak UV spektrofotometre yardımıyla adsorplanan boya miktarları hesaplanarak kompozitlerin etkinliği görüldü ve uygun sıcaklık ve pH değerlerine ulaşıldı. En iyi adsorpsiyon sonucu veren kompozitler için 1 günlük deney yapılarak endüstriye daha uygun olması beklenen konsantrasyon-adsorban miktarı hakkında bilgi sahibi olmaya çalışıldı. UV sonuçlarından elde edilen veriler sayesinde adsorpsiyon kapasitelerine ve adsorpsiyon hız sabitlerine ulaşıldı. Böylelikle karşılaştırmalar daha kolayca yapılabildi ve çalışmada ilerlenebildi. Boya konsantrasyonlarındaki değişim nitel olarak da gözlemlenebildi. Çalışmalar yürütülürken malzemelerin farklı pH değerlerinde ve sıcaklıklarda farklı davranışlar gösterdiği görüldü. Bu özellikler farklı boyalar için benzer şekilde değiştiler. Çalışmalarda kullanılan girdiler ve elde edilen kompozitler FTIR spektroskopisi ile incelenerek yapısal değişimler hakkında bilgi edinildi ve elde edilen analiz sonuçları neticesinde amaçlanan yapının elde edildiği sonucuna ulaşıldı. SEM (Taramalı elektron mikroskobu) ile de kompozitlerin morfolojileri incelendi. Böylelikle por boyutu, yüzey alanı, film kalınlığı gibi sentez ürünümüzü tanımamızı sağlayacak bilgiler elde edilerek malzemelerin bazı kimyasal ve fiziksel karakterizasyonlar yapılmış oldu. Farklı boyalar kullanılmış olsa da adsorpsiyon sırasında benzer özellikler gözlendi. Adsorpsiyonun pH 4'te, oda sıcaklığında, düşük kil oranı ve yüksek çarprazbağlanma ile kısa sürede en iyi sonuçları verdiği gözlemlendi. Ancak uzun süreli adsorpsiyonda en iyi sonuçların pH 6 değerinde alındığı görüldü. Bu da Asitlik-bazlık değerlerinin adsorpsiyon kapasitesini ve hızını çok etkilendiğini göstermiş oldu. 35°C ve 50°C sıcaklıklarında yapılan çalışmalarda alınan sonuçlar, sıcaklık arttıkça adsorpsiyonun kötüleştiğini gösterdi. Hazırlanan kompozitler ve boyalar arasındaki adsorplanmanın ekzotermik olduğunu göstermektedir. Çarpraz bağlanmanın kompozitin sulu ortamlardaki fiziksel özelliklerini iyileştirdiği nitel olarak gözlemlendi. Asitli çözeltilerde çözünen çitosanın asitli ortamlardaki kullanımları için daha uygun hale getirilmiş oldu ve olası bozunmalar engellenmiş oldu. Sonuç olarak hazırlanan filmler ve yüksek oranda çarpraz bağlanmış çitosan/zeolit kompozit jelin iyi adsorpsiyon özelliklerinin olduğu gözlemlendi ancak en iyi kompozitin hangisi olduğuna, uygulama alanları ve ekonomileri ile ilgili optimizasyonları yapılarak karar verilebileceğine kanaatine varıldı. Bu durumun göz ardı edildiğinde yüksek oranda çarpraz bağlanmış kompozit jelin, yüzey alanı ve difüzyon avantajları göz önüne alındığında hızlı bir adsorpsiyon için en uygun sentez olduğu söylenebilir.