Organo-Sepiyolit üretimi için yapılan modifikasyon çalışmaları

5.2.3.1 Adsorpsiyon çalışmaları

Gaz veya çözünmüş iyonların konsantrasyonunun başka bir madde yüzeyinde konsantrasyonunun artması olayına adsorpsiyon adı verilir. Yüzeyde konsantrasyonu artmış maddeye adsorplanmış madde veya adsorbat, adsorplayan maddeye de adsorplayıcı madde veya adsorban denir. Adsorbatın yüzeyde artması halinde pozitif adsorpsiyon, azalması halinde ise negatif adsorpsiyon dan bahsedilmektedir (Berkem ve diğ. 1994).

Bu tez kapsamında gerçekleştirilen adsorpsiyon çalışmalarında, adsorban madde olarak katyonik bir yüzey aktif madde olan HTAB kullanılmıştır. Bu adsorbatın analizi volumetrik (titrasyon) yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar, bir önceki bölümde gerçekleştirilen çalışmalarda belirlenen optimum şartlarda (30 g katı/L, 21.000 dev/dak, 3 dk.süre) mekanik olarak dağıtılan ve kurutulan sepiyolit örnekleri üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Titrasyon yönteminin kullanıldığı bütün deneylerde, titrasyon aparatı olarak Brinkmann marka dijital büret, berrak zondan alikot almak için ise 1 ve 2,5 ml’lik otomatik pipetler kullanılmıştır.

Adsorpsiyon işlemleri 40 ml’lik tüpler içerisinde 50 g katı/L oranında ve değişik HTAB konsantrasyonlarıyla hazırlanmış örnekler ile gerçekleştirilmiştir. Örneklerin dengeye ulaşması için 2 saat boyunca sürekli karışabilen, zaman ayarlı Edmun Bühler marka KL’ model yatay bir sallantılı karıştırıcı (maksimum devir 420 dev/dak) kullanılmıştır. Adsorpsiyon süresi sonunda elde edilen süspansiyonların katı-sıvı ayırma işlemleri için Hettich marka Universal 16A model bir santrifüj cihazı kullanılmıştır.

Şekil 5.15: Adsorpsiyon işlemlerinde adsorbat olarak kullanılan HTAB’ın SDS ile titrasyonu ve kalibrasyon eğrisinin çıkarılması (Sabah, 1995)

Titrasyon işlemlerinde ekivalan (dönüm) noktasının belirlenmesinde çift indikatör çözeltisi kullanılmıştır. Çift indikatör stok çözeltisi şu şekilde hazırlanmıştır:

- 0.5 g dimidyum bromür ve 0.25 g disülfin mavisi 100 ml’lik bir balon jojeye alınmış ve üzerine 50 ml seyreltik (%10’luk) sıcak etanol ilave edilerek katılar tamamen çözünceye kadar karıştırılmış ve joje saf su ile 100 ml’ye tamamlanmıştır.

- Daha sonra bu çözeltiden 20 ml alınarak 1000 ml’ik alon jojeye aktarılmış ve üzerine 0.05 M’lık H2SO4 (2.8 ml saf asite eşdeğer) ilave edilerek saf su ile 1000 ml’ye tamamlanmıştır (Lawrance ve diğ. 1979). Hafif yeşilimsi bir sarı renk alan bu çözelti, titrasyon deneylerinde indikatör olarak kullanılmıştır.

Sepiyolit yüzeyine adsorplanan madde miktarının volumetrik (titrasyon) yöntem ile, tespitinde, anyonik bir yüzey aktif madde olan sodyum dodesil sülfat (SDS) kullanılmıştır (Şekil 5.15). Katyonik bir yüzey aktif madde olan HTAB’ın anyonik bir yüzey aktif madde olan SDS ile titrasyonu sonucunda elde edilen kalibrasyon eğrileri çıkarılmıştır.

Volumetrik (titrasyon) yöntemi ile HTAB analizi şu şekilde yapılmıştır :

- Öncelikle, titrasyon işlemlerinde titrant olarak kullanılacak anyonik maddenin yani SDS’nin ve analizi yapılacak katyonik maddenin yani HTAB’ın stok çözeltileri hazırlanmış ve bu işlemleri müteakip HTAB çözeltisinden değişik konsantrasyonlarda standart çözeltiler hazırlanmıştır.

- Daha sonra, bu çözeltilerden otomatik pipetle 1 ml alikot (berrak çözelti) alınmış ve alınan her alikot, dereceli silindire (mezür) konularak önce saf su ile 20 ml’ye tamamlanmıştır. Bunun üzerine 20 ml çift indikatör çözeltisi ve 15 ml kloroform ilave edilerek karışım, el yordamıyla kuvvetlice çalkalanmıştır.

- Bu işlemden sonra dereceli silindirin alt kısmında gözlenen açık mavi renk (derişik çözeltilerde koyu mavi), sodyum dodesilsülfat (SDS) ile pembeye dönüşünceye kadar HTAB içeren çözelti ile titre edilmiş ve titre edilen her bir alikot için sarfedilen titrant hacminden (ml olarak) gidilerek HTAB analizi gerçekleştirilmiştir.

- Sarf edilen SDS miktarları ordinat ekseninde, HTAB’ın standart çözelti konsantrasyonları apsiste gösterilmek suretiyle kalibrasyon eğrisi çıkarılmıştır (Şekil 5.16).

Adsorpsiyon deneylerinde, sepiyolit numuneleri ile değişik HTAB konsantrasyonlarında ve katı oranlarında süspansiyonlar hazırlanmıştır. 40 ml’lik cam şişelerde hazırlanan süspansiyonlar adsorpsiyon dengeye ulaşıncaya kadar, sallantılı bir karıştırıcıda karışmaya bırakılmış ve bu işlemin ardından 15 dakika santrafüjleme ile katı-sıvı ayırımı yapılmıştır. Daha sonra süspansiyonun berrak kısmından alikot (berrak çözelti) alınarak titrasyon yöntemiyle adsorbatın denge konsantrasyonu veya nihaî konsantrasyonu tespit edilmiştir. Sonuçta ilk ve son

adsorbat konsantrasyonları arasındaki fark, katı yüzeyinde adsorplanan miktar olarak aşağıdaki denklem yardımıyla bulunmuştur.

y = 1184,6x + 0,8995 R2 = 0,9994 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

0,00E+00 5,00E-04 1,00E-03 1,50E-03 2,00E-03 2,50E-03

HTAB Konsantrasyonu, M S D S T ük etimi (1 0 -3 M ) ,m l

Şekil 5.16: HTAB analizini yapmak için oluşturulan kalibrasyon eğrisi. Γ = C C a

k 1000 i − r ⋅

⋅ (5.3)

Burada, Γ adsorpsiyon yoğunluğu (mol/g),C_i HTAB’ın ilk konsantrasyonu (mol/l), C_r HTAB’ın denge veya nihaî konsantrasyonu (mol/lt, k Sepiyolit miktarı (g) ve a adsorpsiyon çözeltinin hacmidir (ml).

5.2.3.2 Modifikasyon çalışmaları ve Organo-sepiyolit üretimi

Modifikasyon çalışmalarına, optimum mekanik dağıtma şartlarında açılmış olan tüvenan sepiyolit örneklerine farklı HTAB konsantrasyonlarında 100’er ml çözelti ilaveleri yapılarak farklı yüzey kaplama derecelerine sahip organo sepiyolit eldesi hedeflenmiştir. Mekanik dağıtma işlemi esnasında yoğunluğu 30 g katı/L olan süspansiyonlara, modifikasyon için karıştırıcıdan modifikasyonun yapılacağı beherlere alınırken 50 ml kadar yıkama suyu ilave edilmiştir. Böylece, nihai süspansiyon yoğunlukları modifikasyon işlemleri öncesinde 25 g katı/L oranlarına indirilmiştir. 25 g katı/L oranlarında 2 saat boyunca manyetik karıştırıcıda karıştırılan

süspansiyonlara daha sonra görünür viskozite ölçümleri gerçekleştirilmiş ve organo- kil üretim parametrelerinden biri belirlenmiştir. Okunan viskozite değerleri arasındaki farklılıkların açıklanabilmesi için de aynı süspansiyonlardan alınan örnekler katı sıvı ayırımına tabi tutulduktan sonra zeta potansiyel değerlerindeki değişimler incelenmiştir.

Diğer yandan, modifiye edilen örnekler daha sonra filtre edilerek susuzlandırılmış, geriye kalan süzüntüdeki HTAB konsantrasyonları tespit edilmiştir. Böylece, organo- kil formuna dönüştürülen sepiyolit örneklerine adsorplanan HTAB miktarları belirlenmiş ve bu miktarlar göz önünde tutularak yüzeyin HTAB ile nihai kaplanma derecesi hesaben tespit edilmiştir. Susuzlaştırma sonrası elde edilen kekler ise kurutulduktan sonra bıçaklı kesici öğütücü ile 150 mikron altına getirilmiş ve nanokompozit üretiminde kullanılmak üzere saklanmıştır. Bu aşamada üretilen organo-kilin tanımlanması amacıyla FTIR analizinin yanı sıra hem yüzey kaplaması hem de polaritesi hakkında fikir edinilmesi amacıyla su ve toluen içerisinde optimum şartlarda dağıtılarak reolojik çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Modifikasyon çalışmaları esnasında yapılan Zeta potansiyel ölçümleri

Katı yüzeyinin ölçülebilen elektrik yüküne “elektrokinetik potansiyel” veya “zeta potansiyel (ξ)” adı verilir. Bu potansiyel, tane yüzeyinden bir molekül kalınlığı uzaklıkta bulunan ve Stern düzlemi olarak adlandırılan hayalî kesme düzleminde ölçülebilen potansiyeldir Zeta potansiyel değerini ölçmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemler Mikroelekroforesis, Streaming Potansiyel, Elektroosmosis ve Sedimantasyon Potansiyelidir.

Bu çalışmada zeta potansiyel ölçümleri, mikro işlem donanımlı mikroelektroforesis yöntemi ile çalışan Zeta Meter 3.0 cihazı ile yapılmıştır. Cihaz, voltaj ve tane hızını dikkate alarak, zeta potansiyel değerini otomatik olarak hesaplayabilmektedir. Cihazın numune konulan hücresi pleksiglastan imal edilmiştir. Ölçüm işlerinde gerilim, iletkenliğe bağlı olarak ayarlanmıştır.

Zeta potansiyeli ölçümleri, doğrudan modifikasyon süspansiyonundan alınan örnekler üzerinde gerçekleştirildiği için ölçülen zeta potansiyeli değerleri, söz konusu örneğin yüzeyine adsorplanmayarak süspansiyonda kalan nihai HTAB konsantrasyonuna (denge konsantrasyonuna) bağlı olarak değerlendirilmiştir.

5.2.3.3 Modifikasyon çalışmaları ile üretilen organo-killerin karakterizasyonu Su ve toluen içerisinde gerçekleştirilen reolojik çalışmalar

Üretilen organo-kil örneklerinin yüzeyi, adsorplanan HTAB miktarına bağlı olarak çeşitli yüzdelerde HTAB ile kaplanmıştır. Yüzeylerdeki bu kaplanma oranlarına bağlı olarak üretilen organo-kilin polaritesinin nasıl değiştiğinin belirlenebilmesi için üretilen organo-killerin, polaritesi birbirine zıt olan saf su ve toluen içerisinde incelenmiştir. Bu amaçla, söz konusu modifiye ürünler, su ve toluen içerisinde 30 g katı/Lve 17500 dev/dak’da 3 dakika karıştırılmış ve elde edilen süspansiyonlar reolojik ölçümlere tabi tutulmuşlardır.