2. MATERYAL VE METOD
2.5 pH’ın Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi
2.4 Sentezlenen Kopolimerin Karakterizasyonu
Sentezlenen kopolimerin, FTIR spektrumu KBr pellet hazırlama tekniği ile Perkin Elmer Spectrum 100 FT-IR Spektrometresi cihazı ile alındı.
2.5 pH’ ın Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi
Seçilen kopolimerin boya giderimi üzerine pH etkisinin incelenmesi amacıyla 2-10 aralığında değişen pH’ larda ( pH 2 glisin tamponu, pH 3-5 sodyum asetat tamponu, pH 6-8
10
fosfat tamponu, pH 9-10 Glisin/NaOH tamponu) tampon çözeltiler hazırlandı. Tampon çözeltilerin konsantrasyonları 10 mM olarak seçildi. 10 mM konsantrasyondaki farklı pH’ daki tamponlar ile boya konsantrasyonu 1 mg/ml olacak şekilde boya çözeltileri hazırlandı. 50 mg kopolimer üzerine 2 ml farklı pH’ lardaki boya çözeltileri eklenerek 2 saat oda sıcaklığında inkübasyon gerçekleştirildi. İnkübasyon süresi sonunda örnekler 3000 rpm’de 10 dakika santrifüjlenerek polimerin çökmesi sağlandı. Üst fazda kalan boya miktarı spektrofotometrik olarak tayin edilip boya giderim verimi hesaplandı. Deneme sonucunda en iyi boya gideriminin görüldüğü pH optimum olarak seçildi ve ilerleyen çalışmalara optimum pH’daki boya çözeltisi ile devam edildi.
2.6 Boya Konsantrasyonun Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi
Boya konsantrasyonunun boya giderim verimine etkisini belirlemek amacıyla pH 3,0 10 mM asetat tamponunda 0,2 – 0,01 mg/mL arasında değişen konsantrasyonlarda boya çözeltileri hazırlandı. Kopolimer üzerine değişen konsantrasyonlardaki boya çözeltileri eklenerek oda sıcaklığında inkübasyona bırakıldı. Süre sonunda 3000 rpm’de santrifüjlenerek polimer çöktürüldü ve üst fazda boya giderim verimi hesaplandı. En yüksek boya giderim verimi gösteren boya konsantrasyonu optimum olarak belirlendi. İlerleyen çalışmalara belirlenen boya konsantrasyonu ile devam edildi.
11
2.7 Kopolimer Miktarının Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi
Boya giderim verimi üzerine değişen kopolimer miktarının etkisinin incelenmesi amacıyla 5 – 400 mg kopolimer üzerine optimum koşullarda hazırlanmış boya çözeltisi eklenerek 2 saat oda sıcaklığında inkübasyona bırakıldı. Süre sonunda optimum kopolimer miktarı seçildi.
2.8 Zamana Bağlı Olarak Direct Brown 2’ nin Giderimi
Optimum boya çözeltisi ve kopolimer oranı kullanılarak batch sistem kuruldu ve zamana bağlı olarak Direct Brown 2 boyasının giderimi incelendi. Bu amaçla, 200 mg kopolimer pH 3,0 asetat tamponunda 0,01 mg/mL konsantrasyondaki 50 mL boya çözeltisi ile muamele edildi. Belirlenen sürelerde (5 - 120 dakika) üst fazda boya miktarı tayini yapılarak optimum boya giderim süresi belirlendi.
2.9 Direct Brown 2’nin Kopolimerden Desorpsiyonunun Ġncelenmesi
Optimum boya çözeltisi ve kopolimer kullanılarak batch sistem kuruldu ve 45 dakika boyunca kopolimerin boyayı adsorplaması sağlandı. Süre sonunda ortam pH’ ı asidik
12
bölgeden alkali bölgeye (pH 3-10) yavaş yavaş çekilerek desorpsiyonun değişen pH’daki davranışı incelendi.
3. SONUÇLAR VE TARTIġMA
3.1 Direct Brown 2’nin Tayin Edilmesi
Direct Brown 2 boyasının sulu çözeltisinin spektrum taraması sonucunda maksimum absorbans verdiği dalga boyu 409 nm olarak belirlendi.
ġekil 8. Direct Brown 2 dalga boyu taraması
Boyanın maksimum absorbans verdiği dalga boyunda değişen konsantrasyonlardaki boya çözeltisine karşılık absorbans grafiği çizildi.
ġekil 9. Standart grafiği
Çizilen standart grafiğin doğruluğu (R2) değeri 0,996 ve grafikten elde edilen denklem y= 12,687x olarak belirlendi. Çalışmalarda boya tayinleri bu denklem kullanılarak hesaplandı.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
0 0,02 0,04 0,06 0,08
A(409 nm)
c(mg/ml)
13
3.2 Boya Gideriminde Kullanılan Kopolimerin FTIR ile Karakterizasyonu
Kopolimer sentezi Şekil 10’ da belirtilen reaksiyon ile gerçekleştirilerek sentezlenen kopolimerin IR analizi yapılmıştır.
ġekil 10. Kopolimer sentez reaksiyonu
Şekil 11’ de görülen IR spektrumu AA ve AMA’ nin 60°C’de 1 saat süreli reaksiyonuna aittir. Spektrumda 2900-3100 cm-1 arasındaki pikler CH3 ve CH2 gruplarına ait alifatik C-H gerilmesi, şiddetli pik olarak 1720 cm-1’ de C=O (ester) gerilmesi, 1650 cm-1’de C=C gerilmesi (allil ve vinil için), 1457 cm-1’ de alifatik C-H düzlem içi eğilmesi (CH2 için),1389 cm-1’
de alifatik C-H düzlem içi eğilmesi (CH3 için), 1140 cm-1’de C-O (ester için), 980-929 cm-1’de CH=C (allil grubu için) şiddetli bir pik olarak, 2230 cm-1’ de C-N (amit için) olarak gözlenmektedir. Şekilde 3400 -3190 cm-1’ de görülen şiddetli geniş pik asimetrik ve simetrik N-H gerilmelerine aittir.
ġekil 11. Kopolimerin FITR analizi
Allil Metakrilat (AMA) Akrilamid (AA) Poli (AA-co-AMA)
n: tekrarlayan AA sayısı m:tekrarlayan MAM sayısı
14 3.3 Boya Giderimi Üzerine pH Etkisi
Pozitif yüklü kopolimerin negatif yüklü Direct Brown 2’yi en iyi giderdiği pH değerinin saptanması amacıyla değişen pH’ lara karşı boya giderim verimi incelendi. pH 2’ de boyanın çözünmediği görüldüğünden pH 3 ile 10 arasındaki pH’lar tarandı.
ġekil 12. Boya giderim verimi üzerine pH etkisi
En iyi boya gideriminin % 100 oranı ile pH 3’ te gerçekleştiği belirlendi. pH’ ın asidik bölgeden alkali bölgeye kayması ile boya giderim veriminin azaldığı gözlemlendi.
Sentezlenen kopolimer + yüklüdür ve boyada bulunan karboksil ve sülfonil grupları asidik pH değerlerinde – yüklüdür. İyonik etkileşim ile boya ve polimerin bağlandığı düşünülmektedir.
Bu nedenle Şekil 12’ de görüldüğü gibi, bazik pH değerlerine gidildikçe bağlanma verimi düşmüştür.
3.4 Boya Konsantrasyonun Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi
Polimerin en yüksek verimde boya giderimi gerçekleştirebileceği boya konsantrasyonunun belirlenmesi amacıyla 0,2-0,01 mg/mL arasında değişen boya konsantrasyonları kullanılarak deney setleri kurulmuştur.
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12
Boya giderimi (%)
pH
15
ġekil 13. Boya konsantrasyonun boya giderim verimi üzerine etkisi
Şekil 13’ den görüldüğü gibi artan boya konsantrasyonları ile polimer doygunluk noktasına ulaşmakta ve daha az boya tutulumu göstermeye başlamaktadır. En uygun boya konsantrasyonunun % 98’lik boya giderim verimi ile 10 µg/mL konsantrasyonda gerçekleştiği saptanmıştır.
3.5 Polimer miktarlarının boya giderimi üzerine etkisi
Boya gideriminde kullanılacak polimer miktarının saptanması boya giderim çalışmaları için oldukça önemli bir parametredir. Bu amaçla optimum pH ve boya konsantrasyonlarında hazırlanılan boya çözeltileri değişen miktarlarda kopolimer ile inkübe edilerek boya giderim verimleri her bir örnek için hesaplanmıştır (Şekil 14).
ġekil 14. Polimer miktarının boya giderimi üzerine etkisi 0
16
Grafikten görüldüğü gibi polimer miktarı arttıkça boya giderim verimi artmıştır. 400 mg polimer kullanılarak yapılan boya gideriminde % 100’lük bir verime ulaşılsa da 200 mg polimerin % 95 oranında boya giderimi gerçekleştirmesi nedeniyle daha fazla kopolimer harcanmasına gerek görülmeyip optimum polimer miktarı olarak 200 mg polimer seçilmiştir.
3.6 Zamana bağlı olarak Direct Brown 2 giderimi
Optimum koşullarda boyanın kopolimer tarafından zamana karşı tutulum karakterinin incelenmesi amacıyla kurulan batch sistemde belirlenen sürelerde alınan örneklerde gerçekleştirilen boya tayinleri sonucunda Şekil 15’ de verilen grafik elde edilmiştir.
ġekil 15. Zamana bağlı olarak Direct Brown 2 giderimi
Grafikten de görüldüğü gibi ilk 45 dakikada % 93’lük bir boya giderim verimi gözlenmiş ve bu süreden sonra tutulum % 100’lük orana giderek yaklaşan bir denge haline gelmiştir. Bu deneme sonucunda hazırlanan kopolimerin 45 dakika gibi kısa bir sürede % 90’
ın üzerinde bir verim ile boya tutulumu sergilediği görülmüştür.
3.7 Direct Brown 2’nin kopolimerden desorpsiyonu
Kopolimer tarafından adsorplanan boyanın kopolimerden desorpsiyonunun incelenmesi amacıyla ortam pH’sı asidik bölgeden alkali bölgeye kaydırılmış ve artan pH ile kopolimerin boya salımı grafiği hazırlanmıştır (Şekil 16).
0
17
ġekil 16. Direct Brown 2’nin kopolimerden desorpsiyonu
Başlangıç pH’sı olan 3’ten alkali bölgeye geçişte kopolimer ile boya arasındaki etkileşimlerin kırılması nedeniyle desorpsiyon miktarı artış göstermiştir. pH 8’e ulaşıldığında kopolimer üzerindeki boyanın % 63’ü kopolimerden geri alınabilmektedir. Boyanın geri kazanımı açısından bu sonuç önemlidir.
4. DEĞERLENDĠRME
Literatür verileri incelendiğinde, Niyaz Mohammad ve arkadaşlarının 2013’ te yayınladıkları bir çalışmada, Poli(amidoamin-ko-akrilik asit) kopolimeri sentezlenerek Direct Red 31, Direct Red 80 ve Acid Blue 25 boyalarının gideriminde kullandıkları görülmüştür.
Literatürde, gram kopolimer başına Direct Red 31 için 3400 mg, Direct Red 80 için 3448 mg ve Acid Blue 25 için ise 3500 mg boya tutulduğu belirtilmiştir. Aynı çalışmada pH 8.0’ de boyanın desorpsiyonunun her bir boya için yaklaşık olarak %40 olduğu belirtilmiştir (7).
Bayramoğlu ve arkadaşlarının bir çalışmasında ise, poli(glisidilmetakrilat) akrilat taşıyıcı üzerine aşılanarak Crystal Violet boyar madde gideriminde kullanılmıştır. Gram taşıyıcı başına giderilen boya miktarı 77 mg olarak belirtilmiştir (8).
Literatür bulguları incelendiğinde, poli (alil metakrilat-ko-akrilat) kopolimerinin boya gideriminde kullanıldığına dair bir çalışmaya rastlanmamıştır.
5. TEġEKKÜR
Proje Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Biyokimya Laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir.
Teorik ve laboratuar desteklerinden dolayı Doç.Dr. Şenay Şanlıer, Asistan Güliz Ak ve
18
Habibe Yılmaz’a, çalışmalarımız sırasında bize danışmanlık yapan Bilim Kurulu Eş Başkanımız Dr. Ayşe Baran Türker’e, bize her konuda destek olan okul yöneticilerimize ve ailelerimize teşekkür ederiz.
6. KAYNAKLAR
1) Güven Ş., (2005), 2-(5-metilizoksazol-3-il)amino)-2-okso-etil Metakrilatın Glisidilmetakrilat ve Etilmetakrilat ile Kopolimerizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Kayseri.
2) Altuğ, İ., (2007) Stiren Metakrilik ve Akrilik Asitlerle Kopolimerlerinin Sentezi ve Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Konya.
3) Saçak, M.,(2004), Polimer Kimyası, 3.baskı,182, 248, 328, 329, 347, 372, 391.
4) Yıldırım Y. (2009), The synthesis of polymers from the allyl derivative monomers by using radiation, PhD thesis, Ege University, Izmir.
5) Turhan D.T., (2006), Azo Boyar Maddelerinin Fotokimyasal Prosesler ile Giderimi, Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi, Malatya.
6) İTKB AR&GE ve Mevzuat Şubesi, (2005), Tekstil ve Konfeksiyon Sektöründe Ekoloji ve Ekolojik Etkiler, Mevzuat.
7) Mohammad, N., Najafi, F. And Neshat, A., (2013), Poly(amidoamine-co-acrylic acid) copolymer: Synthesis, characterization and dye removal ability, Industrial Crops and Products, 42, 119-125.
8) Bayramoğlu, G., et al., (2009), Adsorption kinetics and thermodynamic parameters of cationic dyes from aqueous solutions by using a new strong cation-exchange resin, Chemical Engineering Journal, 152, 339-346.