Yeni fonksiyonel polimerlerle Cd(II), Cu(II), Ni(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonunun incelenmesi

Abstract

Anahtar kelimeler: Ağır metaller, adsorpsiyon, poliamin- poliüre polimeri, izoterm, kinetik, termodinamik, yapay sinir ağları. Bu çalışmada, poliamin- poliüre polimeri sentezlendi ve sentezlenen bu polimer piromellitik dianhidrit ve 2,4 dihidroksibenzaldehit ile modifiye edildi. Bu polimerlerin elementel analiz ve FTIR spektroskopik teknikleri ile karakterizasyonları yapıldı. Piromellitik dianhidrit ile modifiye edilmiş poliamin-poliüre polimeri (PMPPP) ve 2,4 dihidroksibenzaldehit modifiye edilmiş poliamin-poliüre polimeri (DMPPP) ile Cd(II), Cu(II), Ni(II) ve Pb(II) iyonlarının kesikli adsorpsiyon çalışmaları yapıldı. Adsorpsiyon çalışmalarında pH, temas süresi, adsorban miktarı, ağır metal başlangıç konsantrasyonu ve sıcaklık gibi parametrelerin etkisi incelendi. İzoterm ve kinetik incelemeleri sonucunda her iki polimerle tüm metallerin adsorpsiyonunun Langmuir izoterm modeli ve Hayali ikinci derece kinetik modeline uygunluğu saptandı, tanecik içi difüzyon modeli incelemesi sonucunda ise tanecik içi difüzyonun tek başına hız sınırlayıcı etken olmadığı anlaşıldı. Sıcaklık çalışması sonuçları ile termodinamik parametreler hesaplandı. Termodinamik hesaplamalar sonucu, çalışılan tüm metaller ve her bir polimer için gerçekleştirilen adsorpsiyon proseslerinin endotermik, tersinmez ve kendiliğinden gerçekleşir özellikte olduğu görüldü. Karma metal çözeltilerinin adsorpsiyon- desorpsiyon çalışmaları gerçekleştirildi. Metallerin bir arada bulunduğu sentetik çözeltilerde de polimerlerin ağır metal giderim yüzdelerinin yüksek olduğu görüldü. Desorpsiyon verimlerinden de polimerlerin tekrarlı kullanımlarının mümkün olduğu sonucuna varıldı. Endüstriyel atıksularla gerçekleştirilen uygulamalar, yeni polimerlerin seçilen ağır metalleri gerçek atıksu örneklerinde de yüksek verimlerle adsorplayabildiğini gösterdi. Sentezlenen yeni fonksiyonel polimer ile gerçekleştirilen Cd(II), Cu(II), Ni(II) ve Pb(II) metal iyonlarının adsorpsiyon çalışmalarının sonuçları bir mühendislik uygulaması olarak YSA ile modellendi. Oluşturulan YSA modellerinin tahmin performansları değerlendirildi. Performans değerlendirmesi sonucunda YSA modellerinin, adsorpsiyon sonuçlarını başarıyla tahmin ettiği görüldü.

Key words: Heavy metals, adsorption, polyamine-polyurea polymer, isotherms, kinetics, thermodynamics, artificial neural networks. In this study, polyamine-polyurea polymer was synthesized and the synthesized polymer was modified with pyromellitic dianhydride and 2,4 dihydroxybenzaldehyde. The characterizations of these polymers were performed with elemental analysis and FTIR spectroscopic techniques. Polyamine-polyurea polymer modified with pyromellitic dianhydride (PMPPP) and polyamine-polyurea polymer modified with 2,4 dihydroxybenzaldehyde (DMPPP) were used to perform batch adsorption studies of Cd(II), Cu(II), Ni(II) and Pb(II) ions. Adsorption studies were carried out to examine effects of parameters such as pH, contact time, amount of adsorbent, initial concentration of heavy metals and the temperature. As a result of isotherm and kinetic studies of all metals with both polymers, the adsorption procces was found to comply with Langmuir isotherm model and Pseudo-second-order kinetic model. Results of intra-particle diffusion model analysis, it was revealed that the intra-particle diffusion was not a single speed limiting factor. Thermodynamic parameters that calculated with the results of temperature studies showed the adsorption processes for all metals with each polymer have endothermic, irreversible and spontaneous nature. Adsorption-desorption studies were performed with mixed metal solution. Heavy metal removal percentages of the polymers from synthetic solutions having a combination of metals were found to be high. Desorption yields suggested that repeated use of polymers is possible. Carried out applications with industrial wastewater showed selected heavy metals in actual wastewater samples can be adsorbed by new polymers with high yields. Performed study results of Cd(II), Cu(II), Ni(II) and Pb(II) metal ions adsorption by synthesized new functional polymers modeled with ANN as an engineering practice. Prediction performance of the created ANN models was evaluated. Evaluating results of model performance showed that the adsorption outputs were successfully predicted with the ANN model.