Synthesis, characterization and applications of polyphenol-Fe(III) complexes and tannic acid resin

Abstract

Meşe palamudu ekstraktı olan Valeks, Türkiyede Ege bölgesinde özellikle Salihli'de yaygın olarak yetişen meşe ağaçlarının palamutlarından hidrolize edilen tanen çeşididir. Çalışmanın birinci bölümünde Fe(III)-Valeks ve karşılaştırma amacıyla kullanılan Fe(III)-Tannik asit kompleksleri sentezlenmiştir. Ayrıca, Manyetik özellikleri, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), Termogravimetrik analizi (TGA), X-ışınları kırınım analizi (XRD), Elektron spin rezonansı (ESR), Matriks yardımlı lazer desorpsiyon/iyonizasyon kütle spektrometresi (MALDI-TOF MS), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve Proton nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (1H-NMR) kullanılarak karakterizasyonları yapılmıştır. Fe(III)-Valeks ve Fe(III)-TA komplekslerinin pH=2,4, 4,4, 6,4 ve 8,4 `te kararlılık sabitleri ve Eğim ve Mol Oranları metodlarıyla stokiyometrileri belirlenmiştir. Uygulama amacıyla komplekslerin antioksidan ve antimikrobiyal aktiviteleri incelenmiştir. Komplekslerin antioksidan aktiviteleri in vitro olarak 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil radikalinin söndürme aktivitesi esas alınarak belirlenmiştir. Antimikrobiyal aktiviteler in vitro koşullarda disk difüzyon duyarlılık testlerine göre yapılmıştır. Sonuç olarak komplekslerin antioksidan aktiviteye sahip olduğu ancak herhangi bir antimikrobiyal aktivite göstermedikleri bulunmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde tannik asit reçine sentezlenerek karakterize edilmiştir. Çalışmanın uygulaması, sulu çözeltiden bor'un uzaklaştırılması için bor adsorpsiyonu yapılarak gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyona denge zamanının, sıcaklığın, başlangıç bor derişiminin, pH ve adsorban miktarının etkisi araştırılmıştır. Reçine, FTIR, TGA, SEM (Taramalı elektron mikroskopisi) ve B.E.T. yüzey alanı analizi kullanılarak karakterize edilmiştir. Optimum adsorpsiyon şartları; 24 saat, 308 K, 4 mgL-1 bor, pH=7,0 ve 0,1 g TR olarak belirlenmiştir. Adsorpsiyon verileri adsorpsiyonun, Langmuir eşitliğine uyum sağladığını göstermiştir. Tek tabakalı adsorpsiyon kapasitesi 2,56 mgg-1 olarak hesaplanmıştır. Adsorpsiyon kinetiğinin yalancı ikinci mertebeden tepkime kinetiğine uyduğu ve sorpsiyon işleminin kimyasal adsorpsiyon ile gerçekleştiği belirlenmiştir. Termodinamik parametreler, Standart serbest enerji (?Go), entalpi değişimi (?Ho) ve entropi değişimi (?So) hesaplanmıştır. ?Go' nin negatif, ?Ho'ın ise pozitif olduğu belirlenmiştir. Adsorpsiyon ve 0.01M HCl ile desorpsiyon verimleri sırasıyla yüzde 88 ve 81 olarak bulunmuştur. Valonia tannin extract (Valex) is a kind of typical hydrolysable tannin which is naturally and widely grown in the western Anatolian region in Turkey especially in Salihli. In the first part of the study, Fe(III)-Valex and Fe(III)-Tannic acid complexes were synthesized and used for comparison purposes. Also, complexes were characterized by using: Magnetic susceptibility, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction analysis (XRD), Electron spin resonance (ESR), Matrix-assisted laser desorption/ionization-time-of-flight mass spectroscopy (MALDI-TOF MS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR) analysis methods. Stability constants and Stoichiometries of complexes were determined at pH=2.4, 4.4, 6.4 and 8.4 by using Slope and Mole Ratio methods. Antioxidant and antimicrobial activity of complexes have been made for the application. Their antioxidant activities were determined based on the in vitro radical scavenging activity of 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl. The antimicrobial activitity of complexes were also determined by the in vitro disc diffusion method. Complexes were found to have antioxidant activity but did not show any antimicrobial activity. In the second part of the study, TA resin was synthesized and characterized. Application of TR was done with removal of boron by the boron adsorption as a function of contact time, temperature, initial boron concentration, pH and adsorbent dosage. TR was characterized by using FTIR, TGA, SEM (Scanning electron microscopy) and B.E.T. surface area analysis. The optimum adsorption conditions were found as 24 h, 308 K, 4 mgL-1 boron, pH=7.0 and 0.1g TR. The adsorption data was well suited to Langmuir equation. Monolayer adsorption capacity was calculated as 2.56 mgg-1. The pseudo-second-order equation which indicated chemical adsorption provided the best correlation for the adsorption process. Thermodynamic parameters, standard free energy (?Go), enthalpy change (?Ho) and entropy change (?So) were calculated. ?Go was turned out to be negative whereas ?Ho was positive. Percent of adsorption yield and desorption yield with 0.01M HCl was calculated as 88 and 81, respectively.