Kitosanın Değişik Uygulamaları

Kitosan-bazlı jeller, termal dönüşümlü jellerin daha küçük gruplara ve termal dönüşümsüz jellere ayrılabilir. İlk grup faydalı Schiff bazları tarafından üretilen ve

oluşturulan daha küçük dalları oluşturabilir ve bu konudaki farklılık her yerde kullanılabilir. N-asilkitosan, % 10’luk asetikasit çözeltisinde kitosan ile muamele ile ya da dodekanoikanhidrit içeren asil anhidrit ve oranı % 5’lik su-metanol asetik asit ile ya da benzoik anhidrit ile hazırlanır. Bu çalışma susuz asit varlığında polimerdeki N-açilasyon oranını artırdığını, çözünürlüğü azalttığını ve meydana gelen jelleşmeye izin verdiğini gösterir. Jelleşme oranı kitosan konsantrasyonundaki uygun artışla, asit anhidrit konsantrasyonuyla ve sıcaklıkla artar. Daha çok zincirler arasında kovalent çaprazbağ oluşumunu içeren glutaraldehit kullanarak oluşturulan Schiff baz oluşumunu içeren jel sistemleri üzerinde çalışılmıştır. Jelleşme oranını tayin etmek için viskozite ölçümleri kullanılmıştır.

Kitosan-bazlı termal olarak dönüşebilen jeller konusunda çalışmalar yapmışlar ve %2 ve %3’lük düşük konsantrasyonlu okzalik asit çözeltisiyle kitosan çözeltisini karıştırarak bu jelleri hazırlamışlardır (Hirano ve ark., 1992). Jeller ısıtma ile eriyerek ve soğutma ile jelleşerek oluşmuştur. Bu jellerin erime noktaları oldukça yüksektir 88 oC ile 92 oC ‘dir ve kitosan konsantrasyonu arttığı zaman artar. Ca(II)’nin varlığında alginat jellerinin oluşumununkine benzer tuz oluşumunun birinin bağlantısının oluşum mekanizmasını önermişlerdir (Hirano ve ark., 1992). Kitosanın kısmi N-süksinilasyon çalışmasında aynı yazarlar termodönüşümlü jellerden üretilen amin asillenmiş grupların % 35’ini içeren ürünlerin de olduğunu belirtmişlerdir.

1.1.2.9.2. Kitosan Çözeltileri

Formik asit ya da asetik asitle kitosanın tamamen karışması suretiyle viskoz biyopolimer çözeltisi elde edilebilir. Bu çözelti tipi kısmi reolojikal davranış tipi gösterir. Viskozite, kitosan çözeltisi arttığı ve sıcaklık azaldığı zaman artar (Hwang ve Shin, 2000). Bu yüzden kullanılan düşük molekül ağırlıklı kitosan tarafından büyük miktarlarda üretilebilen % 20’lik çözeltiye rağmen büyük miktarlarda %4’lük çözelti üretmek mümkündür. Kitosan çözeltisi elde edildiği zaman saf ürün hazırlama ve koağülasyon reaksiyonu, membran ve boncuklarda kitosanın oluşumu gibi çeşitli metotlarda kullanılan kitosan ürününe izin verecektir.

1.1.2.9.3. Kitosan Membranlar

Asetik asit ve formikasitteki çözünürlüğü yüzünden kitosan, membranların hazırlanması için uygundur. Tuz çözeltilerinden belli elementlerin ayırılması için, elektrokimyada veya nükleer kimyada özel numunelerin hazırlanması için ya da eser elementlerin önkonsantrasyonu için yapılan şelatlanmış membranlara ihtiyaç vardır. Şelatlaşmış membranların seçici olabilmesi, çözeltilerden iyonları bırakmaması ve iyonik bağlarda dative bağlardakinin yerine metal iyonlarına bağlanabilen üstün karekteristik özellikler sergilemesi beklenir.

Kitosan membranları ilk olarak (Muzzarelli ve ark., 1977) tarafından karakterize edilmiş ve tanımlanmıştır. Kitosan membranları formik asit içerisinde kitosanın çözeltisinden elde edilir. Bu çözelti saat camına damlatılır ve su banyosunda yatay bir konumda saklanır. Formikasit tamamen buharlaştığında membran cam yüzeyden kolaylıkla uzaklaşabilmesi için saat camı soğuk havaya maruz bırakılır. Suda çözünebilen membran 1M NaOH içerisine daldırılır. Membran sonra nötralliğe kadar distile su ile yıkanır ve sonra temiz bir saat camına alınır ve 60

o_{C’de kuruyana kadar saklanır.}

Yazarlar saat camı üzerinde dağıtılan kitosan çözeltisinden formik asidin buharlaştırılmasına dayanan bu basit tekniğe ilaveten kitosan membranlarını hazırlamak için bir başka yaklaşım daha önermişlerdir. Bir kitinaz membranı “Sepia Officinalis” balığının kabuğunda meydana geldiğini rapor etmişlerdir. “Sepia Officinalis” kabuğundan kitosan membranı elde etmek için 3 ya da 4 gün boyunca %10 ‘luk hidroklorik asit çözeltisi ile muameleyi, eter ile ekstraksiyonu ve etanol + monoetilenglikol karışımında KOH ile deasetilasyonu içeren bir izolasyon işlemi gerekir. Sert kabuklulardan ya da “Sepia Officinalis” membranından kitosan tozunu içeren her iki işlem de yüksek mekanik dayanıklı kusursuz şeffaf membran ürünleri oluşturur.

Kitosan membranları genellikle hem bazik çözeltilere hem de çoğu organik çözücülere direnç gösterirler. Glutaraldehit ve n-bütilaldehit gibi aldehitlerle kimyasal olarak değişebilen kitosan membranlarının yapısı incelenmiştir.

Ağır metal iyonlarının uzaklaştırılması için kitosan membranlar kullanıldığı zaman Cu(II), Cd(II), Co(II), Zn(II) ve Ni(II) gibi metal iyonlarının membranlar

tarafından tamamen ayrıldığı görülmüştür. Metalin Cr(IV) ve Mn(II) olması durumunda ayırma, işlem şartlarına ve pH’a bağlıdır (Uragami ve ark., 1994).

1.1.2.9.4. Kitosan Boncuklar

Jel boncuklarının üretimi için kitosan çözeltisinin konsantrasyonu kitosanın molekül ağırlığına göre serbestçe seçilebilir. Çözelti için istenen konsantrasyon %2’den % 20’ye değişir. Seyreltik asit çözeltilerine üre gibi viskozite düzenleyiciler de ilave edilir.

Kitosanın seyreltik asit çözeltisi hazırlanır ve önceden belirlenen miktar damlalıkla çöktürme banyosuna damlatılır. Damlalığın gözenek yarıçapı, basınç vb. istenen parçacık büyüklüğüne göre değiştirilerek seçilebilir. Çöktürme banyosu için bazik bir çözelti kullanılmalıdır. Bu işlem için elverişli maddeler sodyum hidroksit, potasyum hidroksit, sodyum karbonat, potasyum karbonat, amonyak ve etilen diamin gibi bazik maddeleri içerir. Kullanılan bazik çözelti metanol, etanol veya su/alkol karışımı gibi polariteyle alkol ya da suya yukarıda belirtilen maddelerin ilave edilmesi ile hazırlanır. Bazik çözeltinin konsantrasyonu, kullanılan kitosanın seyreltik asit çözeltisinin konsantrasyonuna göre veya istenilen gözenekli kitosanın cinsine göre seçilebilir.

1 mm’den küçük boncuklar üretmek için asetikasit/kitosan çözeltisinin, nozzle tipi çıkarmada oluşan zerrelerin yüzey gerilimini azaltmak için ağırlıkça %1 Triton X-100 surfactantını içermesi gerekir (Rorrer ve ark., 1993). Bu iki değişiklik nozzle tipi çıkarmadan kitosan zerrelerinin serbest kalmasına izin verir ve boncuk oluşum hızını artırmaya ve boncuk çapını azaltmaya yardım eder. Malesef hızlı boncuk oluşumunda küresel olmayan boncuklar elde edilir. Bu problem çöktürme banyosundaki NaOH konsantrasyonu 2 M - 0,5 M olduğunda çözülür. Metal iyon absorpsiyon uygulamalarında gözenekli boncukların yüksek yüzey alanları

metal bağlanma kapasitesini ve partiküldeki metal iyonlarının taşınma oranını da artırabilir. Endüstriyel skala kolonlarında kitosan ayırıcı olarak kullanıldığında yaprak ve jel kitosan damla basıncına sebep olabilir ve verim az olur. Bu problemden kaçınmak için çeşitli araştırmacılar ağsı bir örgüyü önermişlerdir.

Bifonksiyonel reaktif glutaraldehit ile lineer kitosan zincirlerinin kimyasal çaprazbağlanmasının asidik ortamda kitosanı çözünemez yapmasının yanında kimyasal ve biyolojik bozunmalardaki direncinide artırdığı görülmüştür (Rorrer ve ark., 1993). Çaprazbağlanma aynı zamanda boncukların paket kolonlarda kullanımı için uygun olsun diye mekanik gücünü artırır ve aşınmaya dirençli hale getirir.