ÖZEL EGE LĠSESĠ
POLĠ(AKRĠLAMĠT-KO-ALLĠL METAKRĠLAT) SENTEZĠ ve BOYA GĠDERĠMĠNDE KULLANIMI
Merve SAĞYATANLAR, Aziz Berkay YILDIRIM DanıĢman Öğretmen: AyĢe TÜRKER
2013 ĠZMĠR
1
ĠÇERĠK LĠSTESi
PROJENĠN AMACI ... 2
1.GĠRĠġ ... 2
2. MATERYAL VE METOD... 8
2.1 Materyal... 8
2.2 Direct Brown 2’nin Tayin Edilmesi………... 8
2.3 Allil Metakrilat ve Akrilamit İçeren Kopolimerin Sentezlenmesi... 8
2.4 Sentezlenen Kopolimerin Karakterizasyonu………... 9
2.5 pH’ın Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi………... 9
2.6 Boya konsantrasyonunun Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi………... 10
2.7 Kopolimer Miktarının Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi…... 11
2.8 Zamana Bağlı Olarak Direct Brown 2’nin Giderimi………. 2.9 Direct Brown 2’nin Kopolimerden Desorpsiyonunun İncelenmesi ………... 3. SONUÇLAR VE TARTIġMA... 11 11 12 3.1 Direct Red 2’nin Tayin Edilmesi... 12
3.2 Boya gideriminde kullanılan Kopolimerin FTIR ile Karakterizasyonu... 13
3.3 Boya Giderimi Üzerine pH Etkisi………... 13
3.4 Boya Konsantrasyonunun Boya Giderim Verimi Üzerine Etkisi………... 14
3.5 Polimer Miktarının Boya Giderimi Üzerine Etkisi………... 15
3.6 Zamana Bağlı Olarak Direct Brown 2 Giderimi…... 16
3.7 Direct Brown 2’nin Kopolimerden Desorpsiyonu………... 4.DEĞERLENDĠRME ... 16 17 5.TEġEKKÜR... 18
6.KAYNAKLAR... 18
2 PROJENĠN AMACI
Fonksiyonel gruba sahip yeni homopolimer ve kopolimer sentezi polimer biliminde yeni materyaller üretmek açısından oldukça önemlidir. Kopolimerizasyon temel ve teknolojik açıdan büyük önem arz eden, isteğe uygun materyaller sentezlemek için oldukça başarılı bir yöntemdir. Fonksiyonel gruba sahip polimerler polimerizasyonun yeniden başlatılması, yüzey üzerine polimerin adsorpsiyonu, supramoleküler bağların oluşturulması veya makromoleküllerin konjugasyonu gibi ileri düzeyde modifikasyonlara olanak sağlamaları sebebiyle önemlidir. İki reaktif çifte bağ içeren monomerler kullanılarak sentezlenen polimer ileri düzeyde modifikasyonların yapılabilmesine olanak sağlamaktadır. Örneğin Allil metakrilat (AMA) biri konjuge olan metakrilik grubu üzerinde, diğeri ise konjuge olmayan alil grubu üzerinde olan reaktivitesi birbirinden farklı iki çifte bağa sahiptir. Bu gruplar üzerinden çapraz bağlı veya aktif uca sahip polimer sentezine olanak sağlamaktadır. AMA monomerinde reaktivitesi yüksek metakrilik grubu üzerinden sentezlenecek lineer bir polimer yapısında alil grubu içerecektir. Projemizde alil metakrilat ve akrilamit monomerleri kullanılarak kopolimer sentezlenmesi ve sentezlenen kopolimerin yaygın olarak kullanılan ve kanserojenik etki yarattığı bilinen azo boyar madde, Direct Brown 2 gideriminde kullanılabilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır.
1. GĠRĠġ
1.1 Polimer
Polimerler, monomer denilen çok küçük moleküllerin birbirlerine kovalent bağlarla bağlanmasıyla oluşturduğu büyük moleküllerdir (1). Polimerler doğal ya da sentetik olabilirler.
Doğal polimerler proteinler, nükleik asitler ve enzimler gibi yaşamla ilgili birçok önemli faaliyetin yürütülmesinde rol alan polimerlerdir. Monomer birimlerinden başlayarak polimer moleküllerinin sentetik olarak elde edilmesine yol açan reaksiyonlara polimerizasyon reaksiyonları denir. XX. Yüzyılın başlarında bu maddeleri sentezlemek ve özelliklerini incelemek için gerekli yöntemlerin bulunması ile polimerler bağımsız ayrı bir madde grubu olarak kabul edilmişlerdir. 1930 yıllarından başlayarak polimerlerin polimerizasyon reaksiyonları ile sanayi üretimi çalışmalarına başlanıldı.1937’de Polivinil klorür (PVC) üretimi, 1942’de polietilen (PE) üretimi ve 1960’larda NMR’ın polimer yapı analizinde kullanımı gibi gelişmeler çok kısa sürede polimer kimyasının günlük hayatta en fazla uygulama alanı bulan bir bilim alanına dönüştürdü (2). Polimerler hafif, ucuz, mekanik özellikleri çoğu kez yeterli, kolay şekillendirilebilen, değişik amaçlarda kullanıma uygun, dekoratif, kimyasal açıdan inert ve korozyona uğramayan maddelerdir. Bu üstün özelliklerinden dolayı yalnız kimyacıların
3
değil; makine, kimya, tekstil, endüstri ve fizik mühendisliği gibi alanlarında ilgisini çeker. Tıp, biyokimya, biyofizik ve moleküler biyoloji açısından da polimerlerin önemi büyüktür (1).
1.2 Polimer Sentezi
Monomerlerin polimerleri oluşturmak üzere birbirleri ile tepkimesine eşlik eden reaksiyon mekanizması, monomerin özelliklerine bağlıdır. Bazen şartlarla oynanarak polimerizasyonun mekanizması üzerinde değişiklikler gerçekleştirilebilir (3).
1.2.1 Basamaklı Polimerizasyon
Polimerlerin sentezlerinde yararlanılan tepkimeler, işleyiş mekanizmaları açısından katılma polimerizasyonu ve basamaklı polimerizasyon şeklinde iki genel gruba ayrılır.
Katılma polimerizasyonunda, monomer molekülleri aktif merkezlere ard arda ve hızla katılarak zinciri büyütürler. Büyüme tepkimeleri her zaman aktif zincirlerle monomer molekülleri arasındadır. Polimerizasyonun ilk anlarında yüksek mol kütleli polimer oluşur, tepkime süresince de ortamda yalnız yüksek mol kütleli polimer ve monomer bulunur.
Basamaklı polimerizasyon fonksiyonel gruplar taşıyan moleküller arasında adım adım ilerler. Önce iki monomer tepkimeye girerek bir dimer oluşturur. Dimer, diğer monomerle etkileşerek trimer veya kendisi gibi bir dimerle etkileşerek tetramere dönüşür ve benzer tepkimelerle zincirler büyümeyi sürdürür. Polimerizasyon ortamında her büyüklükteki molekül birbiriyle tepkimeye girebilir ve polimerin mol kütlesi yavaş yavaş, uzun bir zaman aralığında artar.
1.2.1.1 Kondensasyon Tepkimeleri
Kondensasyon tepkimeleri –OH, -NH2, -COOH türü fonksiyonel gruplar taşıyan moleküller arasında gözlenir. Kondensasyon polimerleri benzer veya farklı yapıdaki poli- fonksiyonel monomerlerin, genellikle küçük bir molekül çıkararak reaksiyona girmesiyle elde edilir. Burada en önemli koşul monomerlerin poli-fonksiyonel oluşudur.
1.2.2 Ġyonik Polimerizasyon
Bu tür polimerizasyonda çifte bağın etrafındaki sübstitüe grupların etkisi ile yüklü bir yapı oluşur. Zincir polimerizasyonu; radikalik, anyonik veya katyonik olarak gerçekleşebilir.
Serbest radikal polimerizasyonunun seçiciliği yoktur. Ancak iyonik polimerizasyon seçimlidir.
Polimerizasyon sırasında zincir taşıyıcılar karbanyonlar ise bu tür polimerizasyon anyonik polimerizasyon, karbonyum iyonları ise katyonik polimerizasyon olarak adlandırılır. İyonik polimerizasyon katyonların ve anyonların oluşumunu uyaran maddelerin (katalizörlerin) katılımı ile gerçekleşir.
4 1.2.3 Halka Açılma Polimerizasyonu
Halkalı yapıdaki eterler, asetaller, esterler, amidler ve siloksanlar halka açılması polimerizasyonu ile polimerleşirler. Polimerizasyon iyonik ve moleküler katalizörlerle başlatılabilir ve halka açılması ile yeni bir başlatıcı tür oluşur. Çoğalma reaksiyonu, monomer moleküllerinin başlatıcıya ard arda katılması ile gerçekleşir. Polimerizasyon iyonik ve moleküler katalizörlerle başlatılabilir. Halka-açılması polimerizasyonu iyonik mekanizma ile yürür ve çoğalma aşaması serbest zincir polimerizasyonuna benzer. Çünkü büyümekte olan zincirlere yalnızca monomerler katılır ve oligomerler katılmazlar. Halka açılması polimerizasyonu, zincir polimerizasyonu veya kondensasyon polimerizasyonunda olduğu gibi incelenebilir.
1.2.4 Serbest Radikalik Halka-açılma Polimerizasyonu
Halka-açılma polimerizasyonu genelde iyonik mekanizma(anyonik veya katyonik) üzerinden ilerler. Radikalik mekanizmayla polimerleşebilen bazı halkalı monomerlerde vardır.
1.2.5 Radikalik Katılma Polimerizasyonu
Katılma polimerizasyonun en önemli tiplerinden biri eşleşmemiş elektron içeren elektriksel olarak nötral serbest radikallerle başlatılan polimerizasyondur. Zincir polimerleşmesinin radikaller üzerinden yürüyen türüdür.
Başlangıçta monomer molekülleri çeşitli yöntemler kullanılarak radikal haline dönüştürülür. Radikal oluşumu; ısı, fotokimyasal, radyasyon veya çeşitli başlatıcılar tarafından sağlanır. Bu amaçla ortamda radikal oluşturmak için kullanılan en yaygın yöntem ortama dışarıdan bir başlatıcı eklemektir. Reaksiyonda, ortamdaki radikaller çeşitli yollar ile (dallanma yeni çift bağ oluşturma veya bir başka radikal ile reaksiyona girerek) sönümlenir ve polimerizasyon işlemi tamamlanır.
1.3 Kopolimerler
Kopolimer içinde iki farklı monomer bulunur. Bu monomerlerin dağılışına göre kopolimerler çeşitlendirilir. A ve B monomerleri düzenli şekilde dizilmişse sıralı kopolimerler sentezlenir (Şekil 1).
ġekil 1. Sıralı kopolimer
Eğer monomerler gelişigüzel bir şekilde dizilmişse rastgele kopolimerler oluşur (Şekil 2).
5
ġekil 2. Rastgele kopolimer
Blok kopolimerler, yani uzun bir A zincirinin yanına uzun bir B zincirinin eklenmesiyle oluşur (Şekil 3).
ġekil 3. Blok kopolimer
Aşılama kopolimerler, uzun bir A zincirinin üzerinden B zincirlerinin dallanması ile oluşurlar (Şekil 4).
ġekil 4. Aşılama kopolimeri
1.4 Allil Metakrilat ve Akrilamit
Allil radikali klasik olarak rezonans teorisinin örneklemekte kullanılan küçük bir moleküldür. Allil radikali, C3H5, muhtemelen en iyi anlaşılmış poliatomik radikaldir ve ayrışma dinamikleri geniş bir şekilde çalışılmıştır. Allil bileşiklerinin polimerizasyon ve
6
kopolimerizasyon reaksiyonları hakkında pek çok yayınlanmış makalede, bu reaksiyonlar yaygın olarak kullanılan polimerizasyon metotları veya foto polimerizasyon olarak tanımlanmışladır. Ancak, bileşikler yüksek polimerler vermezler. Literatüre göre, vinil monomerleri (örneğin; akrilamit, akrilik asit, akrilik asit esterleri, vinil amin) kolaylıkla uygun boyut ve yüksek verimde polimerler elde etmek üzere polimerize olabilirlerken aynı durum allil monomerleri için geçerli değildir. Allil radikal ürünleri yeni polimer zinciri başlatmaya daha az meyillidirler. Allilik monomerlerin polimerizasyonu genellikle yüksek miktarlarda serbest radikal başlatıcısına ihtiyaç duyar (4).
Allil metakrilat, berrak sıvı görünümündedir. İnsan ve çevre açısından çok toksiktir, özellikle sudaki canlılar için çok zehirlidir. Şekil 5’ de allil metakrilat yapısı görülmektedir.
ġekil 5. Allil metakrilat
Akrilamit yüksek dozda kanserojen etki gösterdiği bilinen bir bileşiktir. Akrilamit yapısı Şekil 6’ te görülmektedir.
ġekil 6. Akrilamit
1.5 Boyar Maddeler
Yeraltı ve yüzey sularına karışan maddeler; suların fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerini değiştirmesi sonucu su kirliliğine neden olmaktadır. Kirlenen su ortamları, hem insan sağlığı hem de aynı ekosistem içinde yaşayan diğer canlılar açısından tehlike oluşturmaktadır. Özellikle endüstriyel prosesler, doğal su sistemine zarar verebilecek atık
7
sular oluşturmaktadır. Bu endüstrilerden biri de boyama işlemlerinin yapıldığı endüstrilerdir (5).
Sentetik boyar maddeler, 19. yüzyıl ortalarında doğal boyar maddelerin kimyasal esaslarının araştırılması sonucunda geliştirilmişlerdir. Sentetik boyarmaddelerin ard arda geliştirilmesi sonucunda doğal boyarmaddeler anlamlarını yitirmişlerdir. Sentetik boyar maddeler doğal boyar maddeye karşın hazır petro kimyasal hammaddelere dayanarak uygun maliyetlerde boyar madde üretimi sağlamıştır. Yüksek hasaslıklarda boyamalar, doğal boyar maddelerle yapılan pahalı ve ayrıntılı boyama yöntemlerinin sadeleştirilmesini sağlamıştır.
Şu an kullanımda olan boyar maddelerin %70’i azo boyar maddeler sınıfına aittir. Azo boyar maddeler aromatik aminlere indirgenebilmektedir. Bunlardan bazıları kanserojen özelliğe sahiptir. Yaklaşık olarak piyasada bulunan 3200 adet azo boyar maddesinden 130 tanesinin, belirli koşullar altında redüktif parçalanması sonucunda kanserojen arilamin bileşiklerinin oluşturduğu saptanmıştır (6). Atık su içersindeki boyalar, kimyasal reaksiyonlara neden olurlar, çözünmüş oksijeni tüketirler ve sudaki canlılara zarar verirler. Ayrıca, bu boyaların kanserojenik ve genotoksik etkileri sağlık üzerine olumsuz etkilere neden olabilmektedir. Boya giderimi amacıyla günümüzde yaygın olarak, koagülasyon, çöktürme, membran filtrasyonu, oksidasyon ve adsorpsiyon yöntemleri kullanılmaktadır.
Bu projede allil metakrilat-akrilamit kopolimerinin AIBN başlatıcısı vasıtasıyla radikalik polimerizasyonu gerçekleştirilmiştir. Polimerizasyonda sentezlenecek kopolimerin yapısında + yüklerin fazla olması amacıyla %25 allil metakrilat, %75 akrilamit kullanılarak kopolimer sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen polimerlerin yapısı FT-IR ile aydınlatılmıştır.
Sentezlenen kopolimerin yaygın olarak kullanılan bir boyar madde olan Direct Brown 2 gideriminde kullanım olanağı araştırılmıştır. Direct Brown 2 yapısı Şekil 7’ da görülmektedir.
8
ġekil 7. Direct Brown 2 boyasının kimyasal yapısı
2. MATERYAL VE METOD
2.1 Materyal
Akrilamid Fluka; AIBN (2-2’-Azobisizobutironitril) Sigma, Direct Brown 2 Burboya firmasından temin edilmiştir. Çalışmada kullanılan diğer kimyasallar analitik saflıktadır.
2.2 Direct Brown 2’nin Tayin Edilmesi
Direct Brown 2 boyasının miktar tayinlerinin yapılabilmesi için öncelikle spektrofotometre ile UV ve görünür bölgelerdeki spektrum taraması Perkin Elmer UV/Vis spektrofotometresi kullanılarak gerçekleştirildi. Spektrum tarama sonucunda ışığın absorplandığı maksimum dalga boyunda farklı boya konsantrasyonları ile (0,01 – 0,075 mg/mL) bir standart grafiği oluşturuldu.
2.3 Allil Metakrilat ve Akrilamit Ġçeren Kopolimerin Sentezlenmesi
Kopolimer yüzdesi 75/25 olacak şekilde, akrilamit /allilmetakrilat ve AIBN başlatıcısı reaksiyon tüpüne konuldu. İki boyunlu balona vakum yaptıktan ve argon gazı geçirdikten sonra geri soğutucu altında ısıtıcı açılarak sıcaklığın 60oC’ye gelmesi beklendi ve reaksiyon
9
başlatıldı. 60oC de 1 saat boyunca reaksiyonun gerçekleşmesi sağlandı. Reaksiyon sonunda katı polimer öğütüldü. Kopolimerin yapısının aydınlatılması amacı ile IR spektrumu alındı.
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
20 40 60 80 100
10 20 25 50
75 100 150 200
Boya giderimi (%)
c(µg/ml)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
5 10 20 30
40 50 100 200300 400
Boya giderimi(%)
Polimer miktarı (mg)
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 20 40 60 80 100 120
5 15 25 35 45 60 75 90 120
Boya giderimverimi(%)
t(dakika)
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 1
37 39
63
0 10 20 30 40 50 60 70
4 5 6 7 8 9
Desorpsiyonvermi (%)
pH
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.
