Keratin esaslı yüzeylerin elektroçekim yöntemiyle elde edilmesi, karakterizasyonu ve gaz sorpsiyon özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Nanoliflerden üretilen filtreler yüksek etkinlik derecesine sahiptirler. Geniş yüzeyalanı, yüzey kohezyonu ve nanolifli yapının küçük boyutlu gözenekli yapısı küçükmolekülleri yakalayarak filtrasyon, filtre ömrü ve temizleme etkinliklerini artırır. Birfiltrasyon malzemesi olarak da keratin toksik maddeleri, formaldehiti ve uçucu organikbileşikleri adsorbe edebilmektedir.Kapalı ortamlardaki hava kalitesi insan sağlığı ve konforunu etkileyen önemli birparametredir ve modern insan yaşamının yaklaşık %90'ını iç ortamlardageçirmektedir. Kapalı ortam havasında, azot oksitler, kükürt oksitler, karbon oksitlerve uçucu organik bileşikler başta olmak üzere pek çok kirletici gaz bulunmaktadır.Kirletici gazların yol açtığı baş ağrısı, boğazda iltihaplanma, kas ağrıları, cilt kuruluğugibi etkiler, yaşam kalitesini düşürdüğü gibi, çalışan verimini de olumsuzetkilemektedir.Bu tez çalışmasında, yün lifinden ekstrakte edilen keratinden elektroçekim yöntemiyleüretilmiş nanolifli yüzeylerin gaz adsorpsiyon özellikleri incelenmiştir. Bu kapsamdaöncelikle keratinin ekstraksiyonu için uygun metot ve optimum pH belirlenerek filmformunda elde edilen keratin numuneler FTIR, TGA ve UV-VİS analizleri ilekarakterize edilmiştir. Daha sonra sulu keratin çözeltileri hazırlanarak elektroçekimsistemi ile keratin esaslı nanolifli yüzeyler karışım polimeri olarak en iyi uyumugösteren polietilenoksit (PEO) kullanılarak üretilmiştir. Kütlece %5 ve %7 orandatoplam polimer konsantrasyonuna sahip çözeltiler keratin/PEO arasındaki oran 30/70,50/50, 70/30 olacak şekilde hazırlanmıştır. Ağırlıkça %7 polimer konsantrasyonunasahip keratin/PEO arasındaki oran 50/50 olan numune elektroçekilebilirlik veyüzeyden ayrılabilme özellikleri göz önünde bulundurularak optimum numune olarakbelirlenmiştir. Gaz adsorpsiyonu çalışmalarında yün kumaş, yün kumaş üzerinenanolif kaplama ve tek başına nanolif numune kirletici gaz olarak kullanılanformaldehite tabi tutulmuştur. Numuneler üzerindeki formaldehit miktarı su ileekstraksiyon metoduna yönelik TS EN ISO 14184-1 standardı kullanılılarak mgformaldehit/kg numune olarak belirlenmiştir. Tüm yüzeyler içerisinde en iyi sonucu,nanolif yüzey numunesi vermiştir. Formaldehitin adsorpsiyon kinetiği yalancı birinciderece, yalancı ikinci derece, intrapartikül difüzyonu ve elovich modelleri kullanılarakincelenmiştir. Kinetik analizler sonucunda intrapartikül difüzyon modelinin uyumluolduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar keratin esaslı nanoyüzeylerin kapalıortamlardaki kirletici gaz olarak formaldehiti adsorbe edebilen filtre malzemesi olarakkullanılabilirliğini ortaya koymuştur.

The high surface to volume ratio, the high surface cohesion and the small poredimensions of the nanofiber structures allow capturing submicron particles improvingboth the filtration and cleaning efficiencies, and filter life. As a filtration materialkeratin is a biopolymer that can adsorb and remove toxic substances such as heavymetal ions, formaldehyde and volatile organic compounds.Indoor air quality is one of the major parameters affecting human health and comfort.Modern humans spend about 90% of their lives in indoors. There are various pollutantgases, especially nitroxides, sulfur oxides, carbon oxides, and volatile organiccompounds, present in indoor air. Pollutant gases cause headaches, sore throat, musclepain, dry skin result in poor quality of life.In this thesis, the gas adsorption properties of electrospun keratin nanofiber surfaces,extracted from wool fiber, were investigated. In this context after determining theappropriate method and optimum pH, extracted keratin film samples werecharacterized by using FTIR, TGA and UV-VIS analyzes. Then keratin basednanofiber surfaces with polyethylene oxide (PEO) which showed the bestcompatibility, as the blend polymer were produced using the aqueous keratin solutions.The solutions of 30/70, 50/50, 70/30 keratin/PEO at 5 and 7 wt % concentrations ofthe polymers were prepared in water. The sample with 50/50 ratio betweenkeratin/PEO at 7 wt % polymer concentration was determined as the optimum sampleby taking into consideration the electrospinnability and detachability characteristics.Wool fabric, nanofiber coated wool fabric and nanofiber sample were treated with theformaldehyde as the pollutant gas during the gas adsorption studies. The amount offormaldehyde on the samples were determined as mg formaldehyde/kg sample byusing TS EN ISO 14184-1 standard which is based on formaldehyde extracted partlythrough hydrolysis by means of a water extraction method. The best result in allsurfaces was the nanofiber surface sample.The adsorption kinetics of formaldehydewas investigated using pseudo-first-order, pseudo-second-order, intraparticle diffusionand elovich models. As a result of kinetic analysis, intraparticle diffusion model wasfound to be compatible. The obtained results showed that keratin based nanostructuresas filter materials can improve the air quality by adsorbing formaldehyde as thepollutant gas from indoor air.