Hibrit biyonanokompozit malzemelerin sentezlenmesi ve sulu çözeltilerden neodimyum gideriminde kullanımının modellenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında aljinat ve kitosan kaplı manyetik demir oksit (Fe3O4) nanopartiküllerin (aljinat-Fe3O4, kitosan-Fe3O4), biyosentez tekniği ile sentezlendi. Sentezlenen aljinat- Fe3O4 ve kitosan-Fe3O4 hibrit biyonanokompozitlere sabit bir kolon içerisinde Nd3+'nın adsorpsiyonu ve desorpsiyonu yanıt yüzey metodolojisi (YYM) ile kombine edilmiş bir merkezi kompozit tasarım yaklaşımı (MKT) kullanılarak ve kontrollü desorpsiyonu incelendi. Aljinat-Fe3O4 ve kitosan-Fe3O4 nanokompozitlerin karakterizasyonu UV-GB, FT-IR, TGA-DTA, XRD ve SEM-EDS kullanılarak gerçekleştirildi. Sentezlenen ve karakterize edilen söz konusu biyokompozite malzemelere, Nd3+ iyonlarının adsorpsiyonu, çözelti pH'ı, çözeltinin kolondan akış hızı ve başlangıç Nd3+ iyonları konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak incelendi. Nd3+'nın hem aljinat-Fe3O4 hem de kitosan-Fe3O4 hibrit biyo-nanokompozit üzerine adsorpsiyonu sabit yataklı bir kolon sistemi kullanılarak optimum koşullar pH 5.4, çözeltinin kolondan akış hızı 4.0 mL dk-1 ve Nd3+ iyonları başlangıç konsantrasyonunun 120 mg L-1 olarak belirlendi. Aljinat-Fe3O4 ve kitosan-Fe3O4 biyo-nanokompozitlerin maksimum adsorpsiyon kapasitesi ve verimliliği sırasıyla 125.01 mg g-1, %99.8; 99.99 mg g-1, % 99.8 olarak hesaplandı. Deneysel parametrelerin optimizasyonu MKT yaklaşımı ile gerçekleştirildi ve önerilen kuadratik modelden hem aljinat-Fe3O4 hem de kitosan-Fe3O4 Nd3+ iyonlarının adsorpsiyonu için birer matematiksel model elde edilerek sunuldu. Varyans analizi sonuçları sentezlenen her iki kompozit malzemenin Nd3+ iyonlarının gideriminde kullanılmasındaki belirleme katsayılarının yüksek olduğunu gösterdi.

In this thesis study, alginate and chitosan coated magnetic iron oxide (Fe3O4) nanoparticles (alginate-Fe3O4, chitosan-Fe3O4) were synthesized by biosynthesis technique. Adsorption and desorption of Nd3+ into synthesized alginate-Fe3O4 and chitosan-Fe3O4 hybrid bio-nanocomposites in a fixed column was investigated using a central composite design approach (CCD) combined with response surface methodology (RSM) and its controlled desorption. The characterization of alginate-Fe3O4 and chitosan-Fe3O4 nanocomposites was performed using UV-Vis, FT-IR, TGA-DTA, XRD and SEM-EDS. The adsorption of Nd3+ ions to the synthesized and characterized biocomposite materials was investigated as a function of solution pH, solution flow rate from the column and initial Nd3+ ions concentration. Adsorption of Nd3+ on both alginate-Fe3O4 and chitosan-Fe3O4 hybrid bio-nanocomposite was determined using a fixed bed column system at optimum conditions pH 5.4, the flow rate of the solution through the column was 4.0 mL min-1, and the initial concentration of Nd3+ ions was 120 mg L-1. The maximum adsorption capacity and efficiency of alginate-Fe3O4 and chitosan-Fe3O4 bio-nanocomposites were 125.01 mg g-1, 99.8%; 99.99 mg g-1 was calculated as 99.8%. The optimization of the experimental parameters was carried out with the CCD approach, and a mathematical model for the adsorption of both alginate-Fe3O4 and chitosan-Fe3O4 Nd3+ ions was obtained from the proposed quadratic model and presented. The analysis of variance results showed that the determination coefficients of both synthesized composite materials were high when used in the removal of Nd3+ ions.