Cr (VI)’nın Seçici Transportu İçin iCVD ile P(GMA-DEAEMA) İnce Film Kompozit

3.5.1 iCVD yöntemi ile P(GMA-DEAEMA) ince film kompozit membranların hazırlanma çalışmaları

Bu çalışmada membran destek (Hollytex 3329) materyali üzerinde başlatıcı olarak

TBPO kullanarak poli glisidil metkrilat-co-dietilamino etil metakrilat (P(GMA-DEAEMA) ince filmlerinin başlatıcılı kimyasal buhar birikimi ile yeni bir ince film kompozit (TFC) membran üretilmiştir. 3.3.8’de açıklanan deneysel prosedür uygulanarak substrat yüzeylerinde 1 µm kalınlığında olacak şekilde poliglisidil metakrilat (PGMA), polidietilaminoetilmetakrilat (PDEAEMA) ve P(GMA-DEAEMA) ince filmler kaplanmıştır. (P(GMA-DEAEMA) ince film birikimi sırasıyla 25 ve 280°C'lik substrat ve filament sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Reakör basıncı 0.35 Torr basınç değerinde sabit tutulmuştur. Ayrı ayrı paslanmaz çelik kaplara konulan GMA ve DEAEMA monomerleri ise sırasıyla 65 ve 80°C'e ısıtılmıştır. Başlatıcı olarak kullanılan TBPO farklı bir kapta oda sıcaklığında buharlaştırılmıştır ve bir kütle akış kontrol edici kullanarak farklı bir hattan reaktör haznesine gönderilmiştir. Deneyler boyunca TBPO, GMA ve DEAEMA'ın akış hızları sırasıyla 1.0 sccm, 0.50 sccm ve 0.25 sccm olacak şekilde sabit tutulmuştur. Biriktirmeler boyunca karakterizasyon çalışmaları ve interferometrik kalınlık tayini için Hollytex destek materyali yanına Si alttaş yerleştirilmiştir. Biriktirme sonrasında elde edilen kopolimer ince film kaplı destek maddeleri 60°C'de 1 saat vakumlu etüvde fırınlanmıştır. Sonuçlanan TFC membran tabakaları sonraki transport deneyleri için 3.0 cm çapında dairesel diskler şeklinde kesilmiştir.

3.5.2 TFC membranlar ile Cr(VI) transport çalışmaları

Elde edilen TFC membran ile Cr(VI)'nın transport deneyleri gerçekleştirilmiş ve Cr(VI)'nın transportu üzerine besleme fazındaki Cr(VI) konsantrasyonunun, alıcı fazdaki HCl konsantrasyonunun, besleme fazı pH'sının, P(GMA-DEAEMA) film kalınlığının ve diğer metal iyonlarının etkisi incelenmiştir. Her bir değişkenin etkisini incelemek için diğer

değişkenler sabit tutulup seçilen değişkende değişiklik yapılarak transport çalışmaları yapılmıştır. Çalışılan deneysel parametreler aşağıda maddeler halinde açıklanmıştır:

 Besleme çözeltisinin pH 1.0-5.0 aralığında değiştirilerek taşıma için en uygun pH belirlenmiştir.

 Besleme fazındaki Cr(VI) konsantrasyonu 1x10-2-1x10-4 M aralığında değiştirilmiş ve en ideal Cr(VI) konsantrasyonuna karar verilmiştir.

 TFC membranlar 0.2-2.0 µm kalınlık aralığında hazırlanmış ve optimum kalınlık tespit edilmiştir.

 Alıcı faz (HCl) konsantrasyonu 0.5-4.0 M aralığında çalışılmış ve en uygun HCl konsantrasyonu tayin edilmiştir.

 Besleme çözeltisi; Cr (VI) yanında As(V), Se(II), Cd(II) ve Sb(II) metal iyonlarının karışımını içerecek şekilde hazırlanmış ve bu metal iyonlarının Cr(VI) taşımasına olan etkileri incelenmiştir.

Taşıma deneylerinde kullanmak üzere Cr(VI) iyonunun çeşitli konsantrasyonlarda çözeltileri hazırlanmıştır. Kullanılan Cr(VI) stok çözeltisi derişimi 1.10-2 M olacak şekilde hazırlanmıştır. Hazırlanan çözeltiler kullanılıncaya kadar +4ºC’de buzdolabında saklanmış ve ara stok çözeltileri, bu stok çözeltilerden hazırlanarak elde edilmiştir.

Arslan ve ark. (2009) tarafından yapılan çalışmada açıklanan bir düzenek TFC membran için Şekil 3.9.’daki gibi Cr(VI) taşıma deneylerinde kullanılmıştır. Teflondan imal edilen düzenek 40 mL kapasiteli birbirinden ayrılabilir-takılabilir iki bölmeden oluşmaktadır. Bölmelerden bir tanesi Cr(VI) çözeltisinin bulunduğu besleme bölmesi, diğeri ise Cr(VI)’ı membran yapısından çekecek çözeltinin (alıcı çözeltisi: metal taşımalarında genellikle farklı konsantrasyonlara sahip HCl çözeltisi kullanılmaktadır) bulunduğu alıcı faz bölmesidir. Düzenekte, besleme ve alıcı bölmeler arasına TFC membranın yerleştirildiği bir pencere bulunmaktadır. Hazırlanan membranların çapı gözönünde bulundurularak, pencerenin çapı 3 cm olacak şekilde ayarlanmıştır. TFC membran uygun contalar yardımıyla iki bölme arasına yerleştirildikten sonra vidalar yardımıyla besleme ve alıcı bölmeleri birbirine tutturulmuş ve böylelikle sızdırmazlık sağlanmıştır. Düzenekte, her iki bölmenin üzerinde, numune alımı ve pH ölçüm yeri bulunmaktadır. Düzenek manyetik karıştırıcı üzerine yerleştirilmiş ve TFC membran için; taşıma denemelerinde hem besleme çözeltisi hem de

alıcı çözelti 300 rpm sabit hızda karıştırılmıştır. Tüm deneyler 25 ±1°C sıcaklıkta gerçekleştirimiştir ve etkin membran alanı 7.07 cm2'dir.

Şekil 3.9. Transport deneylerinde kullanılan düzeneğin (a) şematik ve (b) resim görüntüsü

Cr(VI) transportu üzerine çalışılan parametrelerin etkisi geçirgenlik katsayısı (P), transport yüzdesi ve akı (J) aracılığıyla değerlendirilmiştir (Gumi ve ark., 2000).

A V dt C dC P  1  (Denklem 3.1)

Denklem 3.1’in integrali alınarak Denklem 3.2 elde edilmiştir.

t P V A C C t o _{  } ln (Denklem 3.2)

Burada, P, geçirgenlik katsayısı (m/s), Co ve Ct başlangıçta ve t anında besleme çözeltisindeki Cr(VI) konsantrasyonu, A membran yüzey alanı (cm2), V ise çözelti hacmi (mL)’dir.

J = P.Ct (Denklem 3.3)

Burada J, akı değeri (mol/cm2 s), P, geçirgenlik katsayısı (m/s) ve Ct t süresinde alıcı fazdaki Cr(VI) konsantrasyonudur.

Cr(VI)'nın transport yüzdesi aşağıdaki denklem ile belirlenmektedir:

Transport (%) = (Cs/C0) (Denklem 3.4)

Burada, Co besleme çözeltisindeki Cr(VI)'nın başlangıç konsantrasyonu ve Cs t anında alıcı çözeltideki Cr(VI) konsantrasyonudur.

Her 1 saatte hem besleme hem de alıcı çözeltilerinden 1 mL’lik numuneler periyodik olarak alınmış ve Contr AA 300 model (Analytikjena) atomik absorpsiyon spektrometresinde 357.9 nm’de Cr(VI) konsantrasyonunu belirlemek için ölçümler yapılmıştır. Yarışmalı taşıma denemeleri için As(V), Se(II), Cd(II) ve Sb(II) tayinleri yine aynı AAS sisteminde asetilen-hava alevinde sırasıyla 193.7, 196.0, 228.8 ve 217.6 nm dalga boylarında gerçekleştirilmiştir.

Elektrokaplamacılıkta kullanılan ve bol miktarda Cr(VI) içeren atık çözeltiden Cr(VI)’nın geri kazanılması transport çalışmasında ise besleme fazı olarak, atık su çözeltisinin 800 kat seyreltilmesinden elde edilen çözelti kullanılmıştır. pH ölçümleri için Orion model bir pH-metre kullanılmıştır.

3.5.3 P(GMA-DEAEMA) ince filmlerin ve TFC membranların karakterizasyon çalışmaları

Biriktirilen seçici polimerik tabakaların fonksiyonel grup korunumu FTIR (Bruker, Vertex 70) ve X ışınları foto elektron spektroskopi (XPS) (SPECS EA 300) ile açıklanmıştır. FTIR spektrumu 800 ile 4000 cm-1 arasında 4 cm-1 çözünürlüğünde alınmıştır. Tüm FTIR spektralarında düzeltme yapılmış ve kalınlık normalize edilmiştir. Biriktirme boyunca film kalınlıkları lazer interferometre ile takip edilmiştir.

TFC membranların yüzey morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) (Zeiss Evo LS-10) ile incelenmiş ve yüzey temas açısı ölçümleri statik temas açısı ölçer Gonyometre (Kruss Easy Dropp) ile yapılmıştır. Statik temas açısı ölçümlerinde pH değeri yaklaşık olarak 7.0 olan ve sıcaklığı oda koşullarında tutulan saf su kullanılmıştır.

3.6 İnsan Serum Albüminin İmmobilizasyonu için iCVD ile Poli(hidroksi etil