Çinko oksit-immobilize-montmorillonit içeren nanokompozit hidrojellerin boyar madde adsorpsiyonunda kullanımı

Tekstil, kauçuk, kağıt, deri, plastik ve kozmetik gibi endüstrilerin atık sularında bulunan çeşitli tipteki zehirli boyar maddeler, en büyük çevresel sorunlardan biri olarak kabul edilir. Bu tür kirletici boyar maddelerin giderimi, hem sağlık açısından hem de çevresel hususlardan dolayı çok önemlidir. Bu bağlamda, hidrofilik polimerlerin çapraz bağlanması ile elde edilen, suda çözünmeyen fakat su içinde şişme özelliği gösteren ağ yapılar olarak tanımlanan hidrojeller, atık sulardan boyar madde gideriminde adsorban olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, sulu çözeltilerden boyar madde adsorpsiyonunda kullanılmak üzere nanoboyutta çinko oksit (ZnO) metal oksit immobilize edilmiş montmorillonit kili (ZnO-MMT) içeren kimyasal çapraz bağlı poli(akrilamit) (PAAm) nanokompozit hidrojeller sentezlenmiştir. Çalışma kapsamında, nanokompozit hidrojeller, eş-anlı serbest radikalik polimerizasyon reaksiyonu ile N,N-metilen bis-akrilamit (BAAm) çapraz bağlayıcısı ve radikalik başlatıcı çifti amonyum persülfat - sodyum metabisülfit varlığında sentezlenmiştir. Böylece, PAAm hidrojeli, MMT kili ve ZnO metal oksitin tek bir malzemede birleştirilmesi ile üçlü nanokompozit hidrojel hazırlanmıştır. Farklı yüzdelerde ZnO-MMT içeren nanokompozit hidrojellerin, sulu çözeltilerden bromotimol mavisi gideriminde kullanılması araştırılmıştır. Adsorpsiyon testlerinden elde edilen sonuçlar, hidrojellerin morfolojik yapıları ve kil tabakalarının nanokompozit hidrojel içerisindeki dağılımları ile ilişkilendirilmiştir. Saf PAAm ve nanokompozit hidrojellerin maksimum şişmiş formlarındaki basma mekanik dayanımları da araştırılmıştır. Nanokompozit hidrojellerin mekanik dayanımı ve modülü ile tokluk değerleri saf PAAm hidrojeline göre artmıştır. Ağırlıkça %0.25 ZnO-MMT içeren PAAm nanokompozit hidrojeli pH değeri 6 olan 30 ppm'lik boyar madde çözeltisi için, saf ZnO-MMT kili ve saf PAAm hidrojeline kıyasla sırasıyla, %1760 ve %125 daha fazla boyar madde adsorplamıştır. Adsorpsiyon izotermlerinden elde edilen adsorpsiyon kapasitesi değeri (k) de, aynı nanokompozit hidrojel adsorbanı için, saf PAAm hidrojeline kıyasla %300 daha fazla bulunmuştur. Bu sonuç, ZnO-MMT ile elde edilen hidrojellerde, kilin neden olduğu ikincil etkileşimlerden kaynaklanan çok daha küçük ve çok sayıda gözenek yapısının oluşmasına dayandırılmıştır. Ayrıca, ZnO metalinin yüzeyinde hidroliz sonucu oluşan hidroksit fonksiyonlu grupların ve MMT kil yüzeyinin de boyar madde adsorplanmasında ilave katkı sağladığı muhtemeldir.