Kitosan–organofilik tabakasal silikat nanokompozit hidrojellerinin sentezi ve ağır metal gideriminde kullanımı

Abstract

Bu projede, spirulina yosunu, NaMMT nanodolgusu yüzeyinde hareketsiz kılınarakhem organofilik bir nanokil yapısı elde edilmiştir, hem de Spirulina yosunununyüzey alanı arttırılmıştır. Elde edilen Spirulina-MMT nanodolgusu, kitosanbiyopolimeri ile etkileştirilerek, kitosan nanokompozit hidrojelleri hazırlanmıştır.Herhangi bir organik çapraz bağlayıcı kullanılmadan, kitosan polimeri fiziksel çaprazbağlanma ile hidrojel forma dönüştürülmüştür. Kitosan polimerinin kendi içindekiyoğun fiziksel çapraz bağlanmasına, Spirulina yosunu fonksiyonlu grupları ilekatkıda bulunmuştur. Projede polisakkarit ve protein yapısı içeren Spirulinamikroyosunun montmorillonit (MMT) kiline immobilizasyonu ile organofilik MMT(Sp-MMT) eldesi ve hazırlanan kitosan (CH) nanokompozit hidrojellerinin metaladsorpsiyonu ile şişme özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Polimernanokompozit hidrojellerin ısıl ve morfolojik özelliklerine nanodolgunun yüklemederecesinin etkisi, ısıl gravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu(SEM) yöntemleri ile araştırılmıştır. Hidrojellerin krom metal iyonunu adsorplamakapasitesi, UV-VIS spektrofotometresi ile saptanmıştır. Saf kitosan hidrojeli veNaMMT dolgulu nanokompozit hidrojellere göre, Sp-MMT dolgulu hidrojellerindaha yüksek şişme ve metal adsorplama kapasitesine sahip oldukları bulunmuştur.Ağırlıkça % 1 oranında Sp-MMT dolgusu içeren CH nanokompozit hidrojeli (CH-1SpM) ile suda maksimum şişme, gelişmiş ısıl özellikler ve maksimum adsorpsiyonkapasitesi elde edilmiştir. Literatür verilerinde, Spirulina ve MMT dolgusunun tekbaşlarına adsorban olarak kullanıldıklarında sırasıyla ağırlıklarının sadece % 4.8 ve% 0.36‟sı kadar Cr(VI) iyonu adsorpladıkları rapor edilmiştir. Bu çalışmada iseüretilen maksimum adsorpsiyon kapasitesine sahip CH-1SpM nanokompozithidrojelinin, içerdiği Spirulina ağırlığının yaklaşık % 3800‟ü kadar Cr(VI) iyonunuadsorpladığı bulunmuştur. Ayrıca, CH-1SpM hidrojelinin, saf hidrojele göre,yaklaşık % 175 daha fazla kromat anyonunu uzaklaştırdığı bulunmuştur. Suabsorpsiyonu ve metal adsorpsiyonu özelliklerinin iyileştirlmesi, chitosan matrisleetkileşen Spirulinan‟nın açık bir ağımsı formda olması ve su ve kromat anyonları ileolan maksimum etkileşimine dayandırılmıştır.

In this project, organophilic nano clay structure was obtained by immobilization ofspirulina algea onto NAMMT nano filler surface so that the surface area of spirulinaalgea was increased. Chitosan nanocomposite hydrogels were prepared by theinteraction of modified MMT (Sp-MMT) and chitosan biopolymer. Chitosanpolymer was converted to hydrogel form by the physical crosslinking without usingany organic crosslinking agent. Spirulina algea contributed chitosan polymer tointensive physically crosslinked in itself by functional groups. In this project, ourobjective was to enhance metal adsorption and swelling properties of chitosancomposite hydrogels by the immobilization of Spirulina microalg into/onto the clayto obtain an organophilic clay (Sp-MMT). The effect of increased MMT clay loadingin thermal and morphological properties were investigated by thermogravimetricanalysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. Chromiummetal adsorption capacity was determined with UV-VIS spectrophotometer. All theSp-MMT loaded nanocomposite hydrogels exhibited higher swelling and metaladsorption capacities compared to neat chitosan hydrogel and NaMMT loadedhydrogels. Chitosan nanocomposite hydrogel, CH-1SpM having 1wt% Sp-MMTclay was found to have maximum swelling, enhanced thermal stability and maximumadsorption capacity. Literature data reports that Spirulina and MMT clay bythemselves can remove only about 4.80 % and 0.36 % Cr (VI) ion, respectively, withrespect to their weights. On the other hand, the CH-1SpM hydrogel adsorbed about3800 % Cr (VI) ion with respect to Spirulina‟s weight in it. Moreover, the maximumadsorption value of the same hydrogel was found to be about 175 % higher than thatof neat hydrogel. Enhancement of the water swelling and metal adsorption capacitiesby Sp-MMT loaded hydrogels was ascribed to the open network structure ofSpirulina maicroalg interacting with chitosan matrix and so maximized interactionwith water molecules and chromate anions.