Sulardaki metal kirliliğinin doğal adsorbanlar ile giderimi

Abstract

Bu araştırmada; Kazımkarabekir taşı, Karaman pekmez toprağı ve Pelit başlığından oluşan modifiye edilmemiş ve yerel olarak elde edilen düşük maliyetli doğal adsorbanlar kullanılmıştır. Bu adsorbanlar sırasıyla kısaca T, PT ve P olarak adlandırılmıştır. Bu çalışmanın amaçlarından birisi, T, PT ve P doğal adsorbanları ile düşük başlangıç derişimlerindeki Zn (II), Cu ve Al (III) metallerinin sulardan gideriminin incelenmesi ve adsorpsiyon kapasitelerinin, kinetik ve termodinamik parametrelerin belirlenmesidir. Diğer bir amacı ise, adsorbanların kimyasal kompozisyonu, yüzey yapıları ve morfolojileri (yapısal özellikleri) ile kirletici metallerin adsorpsiyonuna etki eden mekanizmaların belirlenmesidir. Doğal adsorbanların ve kirletici metallerin seçimi için karar sürecinde; Kalite Fonksiyon Yayılımı matrisinden esinlenilerek hazırlanan adsorban-kirletici metal ilişki matrisi kullanılmıştır. T, PT ve P düşük maliyetli doğal adsorbanların Zn (II), Cu ve Al (III) ile adsorpsiyonlarında giderim verimleri kesikli deneyler ile araştırılmıştır. Adsorpsiyon dengesine etki eden faktörler kapsamında pH, başlangıç metal derişimi, sıcaklık, temas süresi, adsorban dozu, karıştırma hızı ve adsorban boyutunun etkileri incelenmiştir. Adsorbanlar için uygun denge izoterminin belirlenmesinde Langmuir, Freundlich, D-R ve Temkin izoterm modelleri ile çalışılmıştır. Adsorpsiyon kinetiğinin belirlenmesi amacıyla reaksiyon bazlı modeller olarak Lagergren yalancı birinci derece kinetik model, yalancı ikinci derece kinetik model; difüzyon bazlı modeller olarak ise Boyd eşitliği ve sıvı film difüzyon modeli incelenmiştir. Adsorpsiyon termodinamiği, Gibbs eşitliği ve Van't Hoff grafiği kullanılarak incelenmiştir. ∆G, ∆H ve ∆S değerleri hesaplanmıştır.Adsorbanların, SEM+EDX ve XRD yöntemleri ile kirletici metallerle adsorpsiyonları öncesi ve sonrası karakterizasyonları yapılmış, adsorbanların yüzey yapıları ve morfolojileri (yapısal özellikleri) ile kirletici metallerin adsorpsiyon mekanizmaları belirlenmiştir. Organik doğalı P adsorbanı için, yapısındaki tanenlerin kirletici metallerin giderimindeki etkinliği araştırılmıştır.Sonuç olarak, düşük maliyetli doğal adsorbanlar T, PT ve P'nin düşük derişimlerdeki Zn (II), Cu ve Al (III)'ün sulardan adsorpsiyon ile gideriminde başarı ile kullanılabileceği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Adsorban karakterizasyonu, denge izotermi, düşük başlangıç derişimi, düşük maliyetli adsorbanlar, kalite fonksiyon yayılımı, kinetik, tanen, termodinamik

In this research; unmodified and locally obtained low cost natural adsorbents which consisted Kazımkarabekir natural building stone, Karaman grape molasses soil and oak acorn cap were used. These adsorbents was briefly named T, PT and P respectively. One of the aims of this study was investigation of removal of Zn (II), Cu and Al (III) metals which have low initial concentrations from waters by the T, PT and P natural adsorbents and determination of adsorption capacity, kinetics and thermodynamic parameters. Another aim was to determination of the chemical composition, surface structures and morphology (structural properties) of adsorbents and the mechanisms that effected to the adsorption of polluting metals.In the decision process for the selection of natural adsorbents and polluting metals, the adsorbent-contaminant metal relationship matrix, inspired by the Quality Function Deployment matrix, was used. The removal efficiencies of T, PT and P low cost natural adsorbents with Zn (II), Cu and Al (III) adsorption were investigated by batch experiments. The effects of pH, initial metal concentration, temperature, contact time, adsorbent dose, mixing speed and adsorbent size were investigated within the factors affecting the adsorption equilibrium. Langmuir, Freundlich, D-R and Temkin isotherm models were used to determination the fit equilibrium isotherm for adsorbents. Lagergren pseudo-first order kinetic model, pseudo second order kinetic model as reaction-based models for determination of adsorption kinetics; Boyd equation and liquid film diffusion model were examined as diffusion based models. Adsorption thermodynamics were investigated using Gibbs equation and Van't Hoff graph. ∆G, ∆H and ∆S values were calculated. The characterization of the adsorbents before and after adsorption with polluting metals by SEM + EDX and XRD methods, surface structures and morphology (structural properties) and adsorption mechanisms of adsorbents were determined. For the organic adsorbent P, the efficiency of the tannins in the removal of contaminating metals was investigated.Finally, it was found that low cost natural adsorbents T, PT and P can be used successfully for removal of Zn (II), Cu and Al (III) metals which have low initial concentrations from water by adsorption. Keywords: Adsorbent characterization, equilibrium isotherm, low cost adsorbents, low initial concentration, kinetics, quality function deployment, tannin, thermodynamic