Polistiren esaslı gözenekli nanokompozit malzemelerin pickering emülsiyon yöntemiyle hazırlanması ve adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi

Bu çalışmada, gözenekli kompozitlerin hazırlanması amacıyla farklı geometrilere sahip nano boyuttaki montmorillonit (MMT) ve halloysit (HL) dolguları, yüksek iç fazlı emülsiyonların (HIPE) stabilizasyonuna katkı sağlayan katı nanopartiküller olarak kullanılmışlardır. Bu yüksek iç fazlı emülsiyonların (HIPE'ler) sürekli fazının polimerizasyonuyla ise poliHIPE'ler elde edilmiştir. Bu amaçla, seçilen nanopartiküllerin yüzeyine, sahip oldukları hidrofilik-hidrofobik özelliklerini değiştirmek ve bu sayede emülsiyon damlacıklarına ait yağ-su arayüzeyinde tutulmalarını sağlamak amacıyla kriyoskopik genişleme ve çözeltide fiziksel adsorpsiyon teknikleriyle, uygun fonksiyonel gruplar içeren ajanların (spirulina mikroyosunu ve setiltrimetilamonyumbromür) immobilizasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen modifiye edilmiş dolgular, hazırlanan su/yağ türündeki HIPE'lerin kararlılığının sağlanmasında yardımcı olarak kullanılmıştır. Bu emülsiyonların polimerizasyonuyla poliHIPE kompozit malzemelerin eldesinde etkin olan farklı parametreler değerlendirilmiştir. Ayrıca elde edilen farklı dolgulara sahip gözenekli organik-inorganik hibrit malzemelerin morfolojik özellikleri, ısıl özellikleri ve katyonik bir boyar madde olan Nil Mavisi'nin (NB) sudan uzaklaştırılmasındaki etkinliği incelenmiştir. Modifiye edilmiş dolgularla hazırlanan gözenekli nanokompozitlerin hem ısıl hem de adsorpsiyon özelliği açısından saf poliHIPE malzemeye göre sağladığı kazanımlar kıyaslanarak ortaya konulmuştur. Gözenekli polimerlerin eldesi için yapılan seri halde deneylerde modifiye dolgu yüzdesi ve surfaktan konsantrasyonunun HIPE kararlılığına olan etkisi araştırılmıştır. Herhangi bir modifiye dolgu içermeyen saf HIPE'nin kararlılığı için gerekli minimum surfaktan konsantrasyonu %5 (hac.) olarak bulunmuştur. Buna karşın, modifiye edilmiş MMT ve HL dolguların %0,25-1,00 (ağır.) gibi oldukça düşük miktarlarda kullanıldığı HIPE'lerde kararlılığın sağlanması için gerekli yüzey aktif madde ihtiyacı, %5'in altına düşmüştür. Sp ile modifiye edilmiş MMT dolguları içeren emülsiyonlarda kararlılığın sağlandığı en düşük surfaktan konsantrasyonu %2 olurken, CTAB ile modifiye edilmiş MMT dolgularda bu değer %1 olmuştur. Diğer yandan, HL dolgusunun Sp ile modifikasyonu ile elde edilen modifiye nanotüplerin stabilize edici katı partiküller olarak kullanılmasıyla gerekli surfaktan ihtiyacı %2'ye düşürülmüştür. HL dolgusuna CTAB immobilizasyonu sonucu elde edilen modifiye nanotüplerin kullanımıyla ise surfaktan ihtiyacı yalnızca %1 olmuştur. Modifiye edilen MMT ve HL dolgularını içeren malzemelerin boyar madde adsorpsiyon davranışı değerlendirildiğinde, tüm gözenekli kompozitlerin, saf poliHIPE malzemenin sahip olduğu adsorpsiyon kapasitesi üzerinde performans sergiledikleri görülmüştür. Elde edilen kompozitler içinde en yüksek adsorpsiyon kapasitesini saf poliHIPE'ye kıyasla %578 ve %589 daha fazla boyar madde adsorplayan sırasıyla 0,50Sp-XP-MMT kompoziti ve 0,75CTAB-XP-MMT kompoziti sergilemiştir. Modifiye edilmiş MMT ve HL dolguları içeren gözenekli kompozitlerin ısıl performanslarında da saf poliHIPE'ye kıyasla, yüksek camsı geçiş sıcaklığının eşlik ettiği belirgin iyileşmeler gözlenmiştir. Ayrıca, gözenekli kompozitlerin hazırlanmasında kullanılan farklı geometrilerdeki dolguların emülsiyon kararlılığını sağlamaya yardımcı olma dışında, elde edilen malzemelerin hem ısıl performansında bir iyileşme sağlaması, hem de seçilen boyar maddenin sudan adsorplanmasında etkin rol üstlenmesi, günümüzde boyar madde içerikli atık suların yarattığı çevresel sorunlar ve canlı hayatına verdiği geri döndürülemez zararlar düşünüldüğünde, mühendislik ve çevre açısından getireceği olası kazanımlar bakımından büyük önem arz etmektedir.