Akrilamid-itakonik hidrojellerin hazırlanması, karakterizasyonu ve bazı su kirleticilerinin tutulmasında kullanımı

Abstract

Bu çalışmada Akrilamid-İtakonik asit hidrojelleri y- ışınları kullanılarak hazırlanmıştır. Bu amaçla Akrilamid monomeri ile birlikte değişen kütlelerde itakonik asit içen sulu karışımlar değişik sürelerde bir60Co y- kaynağında uygun bir teknik kullanılarak denemeler için hazır hale getirilmiştir. Daha sonra hazırlanan Akrilamid-itakonik asit hidrojellerinin karakterizasyonları yapılmıştır. Bu amaçla spektroskopik, mekanik ve ısısal analizler uygulanmıştır. Ayrıca şişme denemeleri yapılarak şişme ve ağ yapı özellikleri araştırılmış, şişme özellikleri ve ağ yapıyı karakterize eden bazı parametreler bulunmuş tur. Yapılan şişme denemelerinden ve oluşturulan şişme eğrilerinden sonra ha zırlanan hidrojellerin kütlece % 860-2140 arası şişme gösterdikleri bulunmuştur. Yapılan araştırmada ışınlama dozu arttıkça şişmenin azaldığı, İtakonik asit kütlesi arttıkça şişmenin de arttığı bulunmuştur. Yine yapılan gözlemlerde şişme dene melerinden sonra, hidrojellerin homojen bir durumda oldukları ve kuru haldeki geometrilerini korudukları izlenmiştir. Daha sonra difüzyon olayını aydınlatıcı bazı çalışmalar yapılmıştır. Bu amaçla, şişme kinetiği eğrileri oluşturulmuştur. Oluşturulan soğurma ve indirgenmiş soğurma eğrilerinden yararlanarak hidrojellerin difüzyon üstelleri ve difüzyon sabitleri bulunmuştur. Örneklere ait tüm difüzyon üstellerinin incelenmesinden, hazırlanan hidrojellerin Anormal (fick tipi olmayan) türde bir difüzyon davranışı gösterdikleri görülmüştür. Difüzyonla ilgili olarak, hazırlanan hidrojellerin difüzyon ve özgül difüzyon katsayıları hesaplanmıştır. Hidrojellerde difüzyon katsayıları 3xl0`3-8xl0`3 cm2/dk, özgül difüzyon katsayıları 4xl0`3 -16x1 0`3 cm2/dk arasında değişmektedir. Difüzyon katsayıları aynı ışınlama dozunda, İtakonik asit kütlesi ile artış gös termektedir. Hazırlanan hidrojellerin yapısal karakterizasyonu için FT-IR spektrometre- sinde, foto- Akustik hücre kullanılarak, FT-IR spektrumları alınmış ve değerlendirilmiştir. Yapılan mekanik testler ile mekanik özellikler araştırılmıştır. Uygulanan germe-uzama testleri ile Akrilamid-İtakonik asit hidrojellerin in gerilim direnci, % uzama, elastik modül gibi bazı önemli parametreler bulunmuştur. Yapılan ısısal analizler ile Akrilamid-itakonik asit hidroj ellerinde Diferan siyel Taramalı Kalorimetri (DSC) Ölçümleri alınarak, camsılaşma sıcaklıkları ile ışınlama dozu ve hidroj ellerdeki itakonik asit kütleleri arasında ilişki araştırılmıştır. Yapılan incelemelerde doz artışı ile camsılaşma sıcaklığın arttığı, itakonik asit kütlesi arttıkça camsılaşma sıcaklığının düştüğü izlenmiştir. Çalışmanın son bölümünde ise, hazırlanan Akrilamid-İtakonik asit hidrojel- lerinin bazı su kirleticilerinin uzaklaştırılmasındaki kullanılabilirliği araştırılmış tır. Bu amaçla uranil tuzlarının, demir ve bakır iyonlarının ve metilen mavisi ilen metil viyole gibi iki ayrı boyarmaddenin hazırlanan hidrojeller tarafından soğurulması araştırılmıştır. Yapılan deneylerde, Uranil tuzlan olarak uranil asetat ve uranil nitrat'ın sulu çözeltileri ile çalışılmıştır. Nicel olarak yapılan çalışmalarda %20-70 arası değişen değerlerde soğurma izlenmiştir. Ağır metallerin sularda oluşturabilecekleri kirliliği gidermek amacı ile oluşturulan denemelerde Demir nitrat ve Bakır asetat tuzlan ile çalışılarak %8-26 arasında demir iyonu, % 10 dolaylarında bakır iyonu soğurulmuştur. Son olarak, sulardaki boyarmadde kirliliğini araştırabilmek amacı ile metilen mavisi ve metil viyole çözeltileri ile çalışılmıştır. Yapılan deneyler sonunda % 60-80 metilen mavisi, % 57-76 metil viyole soğurulmuştur. Sonuç olarak, bu çalışmada ışınlama dozu ve itakonik asit içeriği bilinen Akrilamid-itakonik asit hidrojelleri hazırlanmış ve çeşitli yöntemlerle, karakterizasyonları yapılmıştır. Yine yapılan bazı denemeler sonunda Akrilamid-itakonik asit hidrojellerinin sularda yer alabilecek bazı kirleticiler için iyi bir soğurucu olabileceği sonucuna varılmıştır.

m SUMMARY In this study, Acrylamide - Itakonic acid (AAm/IA) hydrogels were prepa red by using y-rays. At first, Acrylamide solved in distilled water. Then, 0.02- 0.06 g itakonic acid was added to these solutions. Prepared acrylamide-itakonic acid solutions were irradiated at 60Co y-rays source, by using a special tecnique to produce AAm/IA hydrogels. In the second part of this study, characterization of prepared AAm/IA hydrogels was applied by using spectroscopic, mechanical and thermal tecniquies. In addition swelling properties and diffusional behavior of prepared AAm/IA hy drogels was examined by using swelling studies. AAm/IA hydrogels had % 840- 2140 swelling degree following swelling studies. Sweeling degree increased with the raising of itakonic acid content and decreased with the raising of y-rays dose. At the end of svelling studies, swelled AAm/IA hydrogels in distilled water kept it's geometrycal shape. Two parameters concerning about their diffusion were investigated to exa mine their diffussional behavior. These parameters are diffusion exponent and diffusion coefficient. They were calculated in accordance with absorption and re duced absorption curves. After the calculations of diffusion exponent of all AAm/IA hydrogels. It was seen that they had anormal (non-fickian) diffusion type. Diffusion coefficients and reduced diffusion coefficients were found using the results of swelling studies. Diffusion coefficients changed between 3 xlO`3 - 8xl0~3 cm2/ min. and reduced diffusion coefficients changed between 4 x 10`3 - 16xl0`3 cm2 /min. For network characterization, crosslinking densities and average number molar mass between crosslinks were investigated. These properties were exami ned by using the results of swelling studies. Following the swelling studies and network characterization, FT-IR test was made. Some important informations were obtained from FT-IR spectroscopy. For Mechanical characterization, stress - strain tests were applied. Displacement, % strain, Load, Stress, Young's module, etc. were calculated from the experimen tal results.lt was seen that displacement is increasing with itakonic acid content For thermal characterization, Differantial Scanning Calorimetiry, (DSC) termog- rams of AAm/IA hydrogels was examined. For this, Glassy transition point or temperature of AAm/IA hydrogels were investigated. At the end of DSC studies, It was seen that Glassy transition points had increased with crosslinking densities ory- rays dose. At the last part of this study, it was investigated that some pollutants in wa ter were removed by using AAm/IA hydrogels. For this purpose, Uranyl salts, he avy metal salts and some dye-stuff substances were used as water pollutants.IV At the end of these experiments, % 20- 70 uranyl ions, % 8-26 Iron ions, % 10 copper ions had been sorbed by AAm/Ia hydrogels. % 57 - 76 methyl violet and % 60 - 80 methylen blue had been sorbed by AAm/IA hydrogels too. As a result, it was decided that AAm/IA hydrogels are good adsorbent for waste water containing some pollutants. AAm/IA hydrogels had high water retai ner capability. So AAm/IA hydrogels can be used as a super water retainer and as an adsorbent and a carrier of some harmful and unwanted agents in environ mental water.