Nikel hiperakümülatörü Thlaspi elegans boiss.`den nikelin asitle ekstraksiyonu ve elektrokimyasal yolla metal olarak geri kazanımının araştırılması

Abstract

Toksik ağır metallerle kirlenmiş toprakların arıtımı, çeşitli fiziksel, kimyasal, termal ve biyolojik yöntemler ile mümkün olmaktadır. Biyolojik temizleme yöntemleri içinde yer alan fitoekstraksiyon, toprakta kirliliğe neden olan ağır metallerin, bitki kökleri vasıtası ile alınarak bitkinin yeşil aksamına taşınması ve biriktirilmesi işlemidir. Genellikle fitoekstraksiyon teknolojisinde, topraktaki metal iyonlarını, hasat edilebilen kısımlarına yani gövdeye nakledebilen hiperakümülatör bitkiler kullanılmaktadır. Hiperakümülatör bitkiler, diğer bitkilere oranla bünyelerinde 100 kat daha fazla metal biriktirebilmektedir. Ancak fitoekstraksiyon ile arıtım sonrası üretilen ve hasat edilerek topraktan uzaklaştırılan bitkiler, ikincil kirleticidir. Dolayısıyla fitoekstraksiyon sonrası hasat edilen bitkilerin ileri arıtımı gerekmektedir. Çünkü toprağı temizleyen bitkiler, bu işlemden sonra kendileri kirlenmektedir. Bu çalışma kapsamında, fitoekstraksiyon sonrası hasat edilen bitkiden Ni'in giderimi/geri kazanımı amacıyla sıvı ekstraksiyon yöntemi, elektrokimyasal çöktürme yöntemi ile kombine edilmiştir. Fitoekstraksiyon sonrası hasat edilen bitki biyokütlesini simüle etmek için gövdesine olağanüstü Ni akümüle etme yeteneğine sahip Akdeniz serpantin topraklarının doğal ve endemik bir türü olan Thlaspi elegans Boiss. bitkisi kullanılmıştır. Yapılan araştırmada, Thlaspi elegans Boiss. bitkisinin 12 987 mg/kg Ni akümüle ettiği tespit edilmiştir. Nikel analizinin doğruluğu, Ni içeriği belli standart sertifikalı iki bitki örneğinin (SRM 1573A, SRM 1547) aynı yöntemle analiz edilmesi ile kontrol edilmiştir. Bu araştırma kapsamında, ilk önce laboratuar koşullarında mikrodalgada HNO3 ile katı-sıvı ekstraksiyonu yapılarak Ni çözünürleştirilmiştir. Daha sonra, sulu faza geçen Ni iyonu, elektrokimyasal olarak sabit yataklı cam bir reaktörde metalik formda çöktürülmüştür. Bitkiden %100'ü çözeltiye HNO3 ile alınan Ni'in % 88'i 2 h içinde elektrokimyasal olarak çöktürülmüştür. Bu kombine yöntem sonrası kalan sıvı, organik gübre, hayvan yemi veya biyogaz üretiminde doğrudan kullanılabilir.

Various physical, chemical, thermal and biological methods have already being used to remediate soils contaminated toxic metals. Phytoextraction, a strategy of phytoremediation, is an environmentally sound method for cleaning up soils that are contaminated with toxic heavy metals. Phytoextraction, the most effective strategy of phytoremediation, is the use of pollutant-accumulating plants capable to extract and translocate pollutants to the harvestable parts. Phytoextraction uses generally hyperaccumulator plants that extract heavy metals from the soil and accumulate it in the harvestable, above ground biomass. Hyperaccumulators are plants that can take up and concentrate in excess of 100 times of a given metal in their tissue. These hyperaccumulator plants can take up and accumulate in excess of 100 times of contaminants in their above ground biomass. However, the method has been questioned because it produces a biomass-rich secondary waste containing the absorbed metals. Therefore, further treatment of the harvested contaminant-enriched biomass is necessary. Because plants treated soils contaminate themselves after phytoextraction process. In this study, we investigated whether combined liquid extraction and electrochemical deposition could be a feasible option for separating Ni from the harvested plant residues. Several Thlaspi species native and endemic to Mediterranean serpentine soils hyperaccumulate nickel. These species can potentially be used to remediate Ni-contaminated soils. Thus, we used Thlaspi elegans Boiss., which presented an extraordinary capacity to accumulate Ni in its biomass, to simulate plant biomass harvested after phytoextraction. The results indicate that Thlaspi elegans Boiss. contained Ni concentrations up to 12 987 mg Ni /kg dry matter. Two certified reference materials (SRM 1573A, SRM 1547) were also analyzed in order to check the accuracy of extraction technique used in the study. In this study, the seperation of Ni from plant sample was investigated dissolution of Ni with solid-liquid extraction in laboratory scale, using HNO3. Then, Ni ions in extraction solution reduced wiht electrodeposition in a bed fixed reactor as metalic form. %88 Ni in solution extracted with HNO3 was deposited electrochemically in 2 h. This combined method would also allow the recycling of the residue extraction solution as fertilizer or biogas production.