Akrilamid-maleik hidrojelllerin hazırlanması, karakterizasyonu ve bazı su kirleticilerinin tutulmasında kullanımı

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, değişik özellik gösteren akrilamid/maleik asit hidrojellerinin hazırlanması, karakterizasyonu ve su kirleticilerinin tutulmasında kullanılabilirliği araştırılmıştır. Akrilamid/maleik asit (AAm/MA) hidrojelleri, 1 g akrilamid (AAm) ve 20-60 mg arasında değişen miktarlardaki maleikasitin (MA) 1 ml_ damıtık suda çözüle rek hazırlanan sulu çözeltilerinin Gama-Cell tipi bir 60Co y kaynağında 2.00- 5.71 kGy ışınlanması ile hazırlanmıştır. Hazırlanan hidrojeller, spektroskopik, ısı- sal ve mekanik özellikleri, şişme davranışları ve ağ yapısı özellikleriyle karakteri- ze edilmiştir. Hidrojellerin FTIR spektrofotometresinin fotoakustik hücresi yardımıyla alı nan spektrumlarından, akrilamid ve maleik asitin çift bağları üzerinden polimer- leştiği anlaşılmıştır. Diferansiyel taramalı kalorimetre yardımıyla alınan termog- ramlarda, maleikasitin, poli(akrilamid)'in camsılaşma sıcaklığını düşürerek plas- tikleştirici etki yaptığı görülmüştür. Bununla birlikte, MA içeriğinin ve ışınlama do zunun artmasıyla hidrojellerin camsılaşma sıcaklığının arttığı bulunmuştur. Çek me deneyleri sonucunda, kopmadaki % uzamanın MA içeriği ve ışınlama dozu ile arttığı görülmüştür. Yapılan şişme denemelerinde, poli(akrilamid) hidrojelleri % 650-700 şişer ken, AAm/MA hidrojellerinde % 1000-2800 arasında bir şişme görülmüştür. Şiş me kinetiği sonuçları, hidrojellere su difüzyonunun anormal tipte (Fick tipinde olma yan) olduğunu göstermiştir. Hacimce şişme değerlendirmeleri sonucunda hidrojel- de MA içeriğinin artmasıyla difüzyon katsayısı ve özgül difüzyon katsayısının art tığı görülmüştür. Ağ yapısı değerlendirmeleri çapraz bağlar arası sayıca ortalama mol kütle sinin MA içeriğinin artması ile arttığını, ışınlama dozunun artması ile azaldığını, çapraz bağ yoğunluğunun ise MA içeriğinin artması ile azaldığını, ışınlama dozu nun artması ile arttığını göstermiştir. Hazırlanan AAm/MA hidrojellerinin, su kirleticilerin tutulmasında kullanılabi lirliğinin araştırılması amacıyla, uranil asetat, uranil nitrat ve sezyum klorür gibi radyoetkin maddeler, bakır, demir, kobalt, nikel ve krom tuzları gibi ağır metaller, metilen mavisi, metil viyole, indigo mavisi, alizarin sarısı ve kongo kırmızısı gibi boyarmaddeler, dalapon ve mepiquat klorür gibi tarım ilaçları ile ticari ve kimya sal arılıktaki deterjanlar gibi yüzey etkin maddelerin sulu çözeltileri ile bu hidro jeller etkileştirilmiştir. Poli(akrilamid) hidrojeli bu maddelerle hiçbir etkileşimde bulunmadığı halde, AAm/MA hidrojellerinin uranil asetat, uranil nitrat, demir 3 nit rat, bakır asetat, metilen mavisi (MM) ve metil viyoleyi (MV) sulu çözeltilerinden soğurduğu gözlenmiştir.AAm/MA hidrojellerin 1 g'ına, uranil asetat çözeltilerinden 14-86 mg U02+2, uranil nitrat çözeltilerinden 14-90 mg U02+2, bakır asetat çözeltilerinden 28-81 mg Cu+2, demir 3 nitrat çözeltilerinden 16-39 mg Fe+3, metilen mavisi çözeltile rinden 0.3-2.2 mg MM ve metil viyole çözeltilerinden 0.3-3.4 mg MV soğurul muştur. Sonuç olarak AAm/MA hidrojellerinin bazı organik ve inogranik kirleticileri tutuklayabilire özellikleri nedeniyle çevre kimyasının en önemli problerimlerinden biri olan atık suların temizlenmesinde kullanılabileceği anlaşılmıştır. n

SUMMARY In this study, preparation, characterization and usability on the sorption of water pollutants of acrylamide/maleic acid hydrogels with different properties ha ve been investigated. Acrylamide/maleic acid (AAm/MA) hydrogels have been prepared by irradi ating the aqueous solutions of 1 g acrylamide and varying quantities of maleic acid between 20-60 mg in 1 mL of distilled water, in a Gamma Cell type 60Co y source with 2.00-5.71 kGy y- rays. Prepared hydrogels have been characterized by their spectroscopic, thermal and mechanical properties, swelling behaviours and network properties. It was understood from the FT-IR spectra of AAm/MA hydrogels obtained by using a photoacustic cell that the polymerization reactions of acrylamide and maleic acid were carried out on the double bonds of them. Differential scanning calorimeter thermograms were showed that the glass transition temperatures of poly(acrylamide) hydrogels were decreased by the plasticizier effect of maleic acid. However, it was found that the glass transition temperatures of hydrogels increased by increasing quantities of maleic acid and irradiation dosages. As a result of the elongation experiments, it was seen that percent elongations in bre ak increased by increasing quantities of maleic acid and irradiation dosages. In the swelling experiments, it was seen that AAm/MA hydrogels swelled between 1000-2800 %, while poly(acrylamide) hydrogels swelled between 650- 700 %. The results of swelling kinetics showed that water diffusion to AAm/MA hydrogels was anormally (non-Fickian) type diffusion. Evoluations of volume swelling studies showed that the diffusion coefficent and intrinsic diffusion coef ficient increased by the increasing quantities of MA. Evoluations of the network of hydrogels showed that the number-average mole mass between crosslinks increased by the increasing quantities of MA and decreased by the increasing irradiation dosages while crosslink densities decre ased by the increasing quantities of MA and increased by the increasing irradiati on dosages. To look for the usability of the prepared AAm/MA hydrogels as a sorbent for the water pollutants, these hydrogels were interacted with the aqueous solu tions of radioactive agents such as uranyl acetate, uranyl nitrat and cesium chlo ride, the heavy metals such as the salts of iron, copper, nickel, cobalt and chrome, the dyes such as methylene blue, methyl viyolet, indigo blue, alizarin yellow and congo red, the agricultural drugs such as dalapon and mepiquat chloride, and the surface active agents such as the commercial and analytical detergents. While poly( acrylamide) hydrogels did not interacted with any of these agents, it was observed that the uranyl acetate, uranyl nitrate, iron 3 nitrate, cop- mper acetate, methylene blue (MB) and methyl viyolet (MV) reagent sorbed to AAm/MA hydrogels from the aqueous solutions of them. 1 g of AAm/MA hydrogels sorbed 14-86 mg U02+2 from the solutions of uranyl acetate, 14-90 mg U02+2 from the solutions of uranyl nitrate, 28-81 mg Cu+2 from the'solutions of copper acetate, 16-39 mg Fe+3 from the solutions of iron 3 nitrate, 0.3-2.2 mg MB from the solutions of methylene blue and 0.3-3.4 mg MV from the solutions of methyl viyolet. As a results, it was shown that the AAm/MA hydrogels could be used as a sorbent for the water pollutants such as radioactive agents, heavy metals and dyes and so immobilization of some of the organic and inorganic contaminants in the hydrogels give rise to cleaning of waste water which is one of the most im portant problems of enviro mental chemistry. IV