Poli(akrilamid)’in Çapraz Bağlı Poli(hema-co-mma) Reçineye Aşılanması Ve Fenol İle Bisfenol A ‘nın Giderilmesinde Kullanılması

Abstract

Fenollerin eldesi on dokuzuncu yüzyılın sonlarından itibaren kömür katranından sağlanmıştır. 1898 yılında Felix Hoffmann tarafından asetilsalisilik asitten fenol sentezi gerçekleştirilmiştir. Fenol ve türevlerine pestisit, sentetik kauçuk, farmasötik ürünler, petrokimya yada diğer sanayilerden kaynaklı atık sularda yaygın olarak rastlanmaktadır. Fenol kaprolaktam ve bisfenol A üretiminde de kullanılmaktadır.Bu ürünler naylon ve epoksi reçinelerinin üretiminde de o kullanılmaktadır. Fenol aynı zamanda otomativ, inşaat ve alet endüstrisinde ihtiyaç duyulan fenolik reçinelerin başlangıç maddesi olarak kullanılmaktadır.Fenolün diğer önemli kullanım alanları dezenfektan ve tıbbi ürünleridir. Boya ve vernik sökücüler, lake, kauçuk, mürekkep, aydınlatıcı gazlar, tabaklama boyaları, parfümler, sabunlar ve oyuncak gibi materyallerin üretiminde fenol kısmi olarak rol oynamaktadır. Bu tezde bir fenol türevi olan bisfenol A için de incelemeler yapılmıştır.İlk bisfenol A sentezi Thomas Zincke tarafından gerçekleştirilmiştir.1905 yılında fenol ve asetonun sentezi sonucunda bisfenol A elde edilmiştir. 1953 yılında yeni bir plastik olan polikarbonatın başlangıç materyali olarak bisfenol A kullanılmıştır 1957 yılında Amerika Birleşik Devletlerinde ve 1958 yılında Avrupa da ticari olarak üretimi yapılmıştır. Aynı zamanda epoksi reçinelerinin üretiminde bisfenol A kullanılmaya başlanmıştır. Bunun yanı sıra bisfenol A doymamış polyester, polisülfon, polieterimid ve poliarilat reçineleri üretiminde başlangıç materyali olarakda kullanılmaktadır Fenol ve fenol türevleri çevreye zararlı en önemli organik bileşiklerdendir ve içme suyunda hoş olmayan tat ve kokuya sebep olurlar. Fenol su varlığında çok düşük konsantrasyonlarda bile, balık dahil olmak üzere su içerisinde ki canlılar için istenmeyen özelliklere sahiptir ve toksiktir. Özellikle, klorlanmış fenoller sudaki yaşam için daha da tehlikelidir. Fenoller insan sağlığı üzerinde zararlı etkilere sahiptir. Özellikle beyin, sindirim sistemi, kalp, göz, karaciğer, böbrek, akciğer, periferik sinir, deri ve doğmamış çocuklar üzerinde olumsuz etkilere neden olurlar. 0.002 mg L-1, Dünya Sağlık Örgütü tarafından yapılan düzenlemelere göre içme sularında fenol konsantrasyonunun izin verilen sınırdır. Sulu çözeltilerde fenol ve türevlerinin giderilmesinde kullanılan yöntemler üç ana kategoriye ayrılabilir. Bu yöntemler fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemler olarak adlandırılabilir. Atık sulardan fenolün kaldırılmasında çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Membran filtrasyon, oksidasyon, biyolojik yada fotokatalitik bozunma ve adsorpsiyon yöntemleri fenolün giderilmesinde kullanılan yöntemler arasında gösterilebilmektedir. Adsorpsiyon organik ve inorganik kirleticileri gidermek için kullanılan önemli bir yöntemdir. Atık sulardan fenol ve fenolik kirleticilerin giderilmesindeı için zeolitler, karbon nanotüpleri, polimerik sorbentler ve kil gibi farklı adsorbanlar kullanılmaktadır. Fenolik bileşiklerin adsorpsiyonunun üç mekanizması π-π etkileşimleri, electron alışverişi ile kompleks oluşumu ve Hidrojen bağ oluşumudur. Bu deneyimler fenollerin giderimi için yeni polimerik sorbentlerin hazırlanmasında kullanılmıştır. Bu tezde iki farklı sorbent hazırlanmış ve sulu çözeltilerden fenol ve Bisfenol A giderilmesi için kullanılmıştır. İlk olarak poli(HEMA-MMA-EGDMA) terpolimeri sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu sentez işlemi için başlatıcı olarak AIBN, çapraz bağlayıcı olarak etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) (%10), monomer olarak da hidroksietil metakrilat (HEMA) (%50) ile metil metakrilatın (%40) ve porojen olarak da toluen varlığında süspansiyon polimerizasyon yöntemi gerçekleştirilmiştir (reçine 1). Elde edilen bileşiklerin spektroskopik karakterizasyonu için FT-IR kullanılmıştır. Reçine1'in FT-IR spektrumuna göre, 3300-3500 cm-1 aralığındaki geniş aralık -OH gerilim titreşimleri ve 1722 cm-1'deki keskin pik, terpolimer içindeki karbonil gruplarına karşılık gelmektedir. Diğer polimerik reçine redoks polimerizasyonu metoduyla reçine 1 üzerine poli(akrilamid)’in aşılanmasıyla elde edilmiştir. Redoks polimerizasyonu sırasında başlatıcı olarak seryum amonyum nitrat kullanılmıştır.Aşı polimerizasyonu HEMA birimleri üzerindeki hidroksil grupları aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Reçne 2 içerisinde bulunan toplam azot içeriğini belirlemek amaçi ile Kjeldahl azot analizi yöntemi kullanılmıştır. Analiz sonucuna göre 7 mmol/g azot içeriği reçine 2 içerisinde saptanmıştır. Reçine 2 nin amaçlanan bileşik olduğunu ispatlamak amaçı ile tekrar reçine 2 için FT-IR analizi yapılmış ve istenilen sonucun elde edilmiş olduğu görülmüştür.Reçinenin FT-IR spekturumuna göre 3300-3500 cm-1 arasında gözlemlenen -NH grubuna ait pikler ve 1655 cm1 deki pik, reçine'deki amid grubunun -C = O gerilme titreşimine karşılık gelmektedir Poli (akrilamid) aşılanmış reçinenin (reçine2)'nin toplam azot içeriği 7,0 mmol/g olarak bulunmuştur. Fenol ve Bisfenol A reçine 1 ve reçine2 üzerinde ki tutma kapasiteleri pH ve konsantrasyona bağlı olarak bulunmuştur. Aynı zamanda reçinelerin fenol ve Bisfenol A tutma kinetikleri incelenmiştir. Reçine 1 ve reçine 2 için kinetik modelleri uygulanmıştır. Kinetik incelemeler için yalancı birinci dereceden kinetik denklem ve yalancı ikinci dereceden kinetik denklemler deneysel sonuçlara uygulanmıştır.Yapılan incelemeler sonucunda fenol ve bisfenol A nın adsorpsiyonunun yalancı ikinci dereceden kinetik modele uygun olduğu görülmüştür. Bu sonuçların yanı sıra fenol ve bisfenol A nın tutma kapasiteleri arasında ki farklar deneysel sonuçlar üzerinden de açıklanmıştır.

Phenol and its substituted derivatives are widely found in the effluents from pesticides, synthetic rubber, plastic, pharmaceuticals, petrochemicals, and other industries. It is also used in the production of caprolactam and bisphenol A. They are intermediates in the manufacture of nylon and epoxy resins, respectively. It is primarily used in the production of phenolic resins, which are needed in the automotive plywood, construction and appliance industries. Other important uses of phenol are as a disinfectant and in medicinal products. Minor uses of phenol contain the manufacture of paint and varnish removers, lacquers, paints, rubber, ink, illuminating gases, tanning dyes, perfumes, soaps and toys Phenol and phenolic compounds are generally considered as one of the important organic pollutants discharged into the environment causing unpleasant taste and odor of drinking water. Even at very low concentrations in the presence of water, is undesirable and toxic to the aquatic beings including fish. Especially, chlorinated phenols are more toxic to aquatic life. Phenols have great risk to the human health and cause negative effects on the brain, digestive system, heart, eye, liver, kidney, lung, peripheral nerve, skin and the unborn child. 0.002 mg L-1 is the permissible limit for phenol concentration in potable water according to the World Health Organization regulation. Removal of phenolic pollutants in aqueous solutions can be divided into three main categories: chemical, physical and biological treatment. Several wastewater treatment methods for removal of phenolic pollutants have been used including membrane filtration, advanced oxidation, biological degradation, photocatalytic degradation, electrochemical oxidation and adsorption. Adsorpsion is very important method to remove organic and inorganic pollutants. Different adsorbents such as zeolites, carbon nanotubes, polymeric sorbents and clay have been investigated for the removal of phenol and phenolic pollutants from wastewater. Three mechanisms of phenolic compounds adsorption is postulated namely, π-π dispersion interaction, electron-donor acceptor complex formation and hydrogen bond formation. This methodology was used to prepare new polymeric sorbents for phenol removal. In this thesis, two types of polymeric sorbents were prepared for removal of phenol and BPA from water. The poly(HEMA-MMA-EGDMA) terpolymer were prepared by using suspension polymerization method starting from polymerization of hydroxyethyl methacrylate (HEMA) (50%), methyl methacrylate (MMA) (40%) and ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) (10%) as crosslinkerin the presence of toluene as porogen and AIBN as an initiator (resin 1). Other polymeric resin was prepared grafting polymerization of poly (acrylamide) onto resin 1 by redox polymerization method. Grafting reaction is carried out through the hydroxyl groups on HEMA units. The resulting polymer resin2 , which had a total nitrogen content of about 7.0 mmol/g, was effective in extracting phenol from aqueous solutions.The phenol and BPA sorption capacities were found depending on concentration and pH. Also, phenol and BPA sorption kinetics of the resins were investigated. Kinetic models were applied for Resin 1 and Resin 2.