Stiren-vinilimidazol kopolimer nanoliflerinin hazırlanması ve metal iyonlarının adsorpsiyonunda kullanımı

Günümüzde dünya üzerinde temiz su kaynaklarına ulaşmak, küresel ısınma ve artan nüfusla birlikte zorlaşmış durumdadır. Bu nedenle atık suyu arıtarak temiz su elde etmek amacıyla birçok teknik kullanılmakta ve geliştirilmektedir. Bu tez çalışmasında atık sulardan ağır metal iyonları temizlemek için kullanılmak üzere Poli-Stiren-Vinilimidazol (PS-VIM) kopolimeri sentezlenmiştir, bu polimer elektroeğirme yöntemi kullanılarak filtre uygulamasında geliştirilmek üzere nanolif formuna getirilmiştir. PS-VIM kopolimeri sentezi esnasında iki farklı başlatıcı ve çözücü oranı kullanılmıştır. 8 g monomer (Stiren:Vininimidazol,4:2), 0,1 w/w oranında başlatıcı, 5 mL toluen çözücü kullanılarak elde edilen polimer PS-VIM-P1 olarak adlandırılmıştır. Monomer ve başlatıcı oranı 16 g monomer (Stiren:Vininimidazol,12:4) 0.05 w/w başlatıcı ve 5 mL toluen çözücüsü kullanılarak elde edilen polimer ise PS-VIM-P2 olarak adlandırılmıştır. PS-VIM-P1 kopolimerinin sentez verimi %38 iken PS-VIM-P2 kopolimerinin sentez verimi %44 olarak sonuçlanmıştır. Nanolif eldesi sırasında PS-VIM-P1 ve PS-VIM-P2 polimerlerinin DMF/THF 4:1 çözücü içerisinde %25 wt/v derişimleri kullanılmıştır. PS-VIM-P1 polimerinin nanolif eldesi sırasında uygulanan voltaj değeri 25 kV olarak belirlenirken, akış hızı değerleri 0,8 mL/s ve plakalar arası uzaklık 16 cm olarak belirlenmiştir. PS-VIM-P2 polimerinin nanolif eldesi sırasında ise uygulanan voltaj değerleri 26 kV ve 28 kV olarak uygulanmıştır. Akış hızı değerleri 1 mL/s, 1,2 mL/s ve 1,4 mL/s olarak belirlenirken plakalar arası uzaklık 15, 16 ve 18 cm olarak belirlenmiştir. PS-VIM-P2 polimerinin 1mL/s, 28kV ve 16cm plakalar arası mesafe olarak elde edilen nanolifin ideal çap uzunluğu 2,44 µm olarak belirlenmiştir. Cu(II) ve As(V) adsorpsiyonunda kullanılmak üzere ideal çap boyutuna ait nanolif olarak belirlenmiştir. Elde edilen SEM görüntülerine göre PS-VIM-P1 polimerinin düşük moleküler ağrılığına sahip olması nanolif yapısında damlacıklı yapıların oluşmasına neden olmuştur. PS-VIM-P2 kopolimerinin Cu(II) iyonu adsorpsiyonu için ideal ortam pH değerini belirlemek üzere pH değeri 3,00, 4,00,5,00 ve 6,00 HCl ve NaOH kullanılarak ayarlanmıştır. En yüksek adsorpsiyon değeri pH 5,00 olarak belirlenmiştir ve bu değerde PS-VIM-P2 kopolimer nanolifi 10 ppm Cu(II) çözeltisinde 3,78 mg Cu(II)/g polimer kapasitesine ulaşmıştır. Başlangıç derişiminin Cu(II) adsorpsiyonuna etkisi 1, 10, 50 ve 100 ppm derişimlerinde incelenmiştir. 100 ppm Cu(II) derişiminde PS-VIM-P2 kopolimer nanolifinin kapasitesi 26,18 mg Cu(II)/g polimer olarak hesaplanmıştır. PS-VIM-P2 kopolimerinin As(V) iyonu adsorpsiyonu için ideal pH değerini belirlemek üzere pH değeri 2,00 3,00, 4,00, 5,00 ve 6,00 olacak şekilde HCl ve NaOH kullanılarak ayarlanmıştır. En yüksek adsorpsiyon değeri pH 3,00 olarak belirlenmiştir ve bu değerde PS-VIM-P2 kopolimer nanolifi 10 ppm As(V) çözeltisinde 1,18 mg As(V)/g polimer kapasitesine ulaşmıştır. Başlangıç derişiminin As(V) adsorpsiyonuna etkisi 1, 10, 50 ve 100 ppm derişimlerinde incelenmiştir. 100 ppm As(V) derişiminde PS-VIM-P2 kopolimer nanolifinin kapasitesi 88,95 mg As(V)/g polimer olarak hesaplanmıştır. PS-VIM-P1 ve PS-VIM-P2 polimerlerinin elde edilen MALDI-MS sonuçlarına göre her iki polimerde de rastgele stiren ve vinilimidazol dizilimi gözlemlenmiştir. MALDI-MS değerleri kullanılarak Polymerix Programında yapılan hesaplamaya göre PS-VIM-P1 polimerine ait ağırlıkça molekül ağırlığı; Mw=2830 g/mol belirlenirken sayıca molekül ağırlığı Mn=1650 g/mol olarak belirlenmiştir. PS-VIM-P2 polimerinin ağırlıkça molekül ağırlığı ise; Mw=2990 g/mol belirlenirken sayıca molekül ağırlığı Mn=1960 g/mol olarak belirlenmiştir. FTIR taraması ile yapısal karakterizasyonu gerçekleştirilmiş ve elde edilen bilgiye göre PS-VIM-P2 polimer nanolifinin Cu(II) ve As(II) iyonlarının adsorpsiyonu esnasında imidazol halkası tarafından gerçekleştiği 665 cm-1 dalga sayısındaki karakteristik imidazol uç noktasındaki azalmadan kaynaklandığı belirlenmiştir.