Separation of arsenic, boron and lithium from water by using functional resins, fibers and inorganic ion exchanger λ-MnO2

Abstract

Dünya nüfusunun artması ve buna karşılık su kaynaklarının sabit kalması ile suya olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu nedenle, yeni su kaynaklarının bulunması ve su arıtım yöntemlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Jeotermal su kullanımı da bu duruma alternatif bir çözüm getirmektedir. Jeotermal sular, zengin mineral içeriğe sahiptir. Jeotermal sulardaki bor elementi bitkilerin bazı metabolik aktiviteleri için gereklidir; ancak bor derişiminin belirli düzeyin üzerinde olması bitkilerde olumsuz etkilere yol açmaktadır. Jeotermal sulardan lityum kazanımı cep telefon bataryaları, nükleer füzyon yakıtı gibi endüstriyel uygulamalar için önemlidir. Bu çalışmada, bor seçimli şelatlayıcı reçine Amberlite PWA10 ve graft polimerizasyon yöntemi ile Japonya'da sentezlenen kompozit fiberin (PE-PP-NMDG) jeotermal sudan bor giderme performansları kesikli ve kolon çalışmaları ile incelenip karşılaştırılmıştır. Ayrıca, bor seçimli reçine ve fiber adsorbanların bor sorpsiyonunun kinetik olarak tepkime derecesi ve hız tayin basamağının belirlenmesi için bazı matematiksel modeller kullanılmıştır. Lityum kazanım çalışmalarında ise lityum seçimli inorganik adsorban λ-MnO2, iyon değişim-membran filtrasyon yönteminde kullanılmıştır. Tez kapsamında, Şili'de bulunan Concepcion Üniversitesi'nde N-metil-D-glukamin grubu içeren poli(N-(4-vinil benzil)-N-metil gulukamin) P(VbNMDG) reçinesi ve kuaterner amonyum grubu içeren poli[(Ar-vinilbenzil) trimetil amonyum klorür] P(ClVBTA) reçineleri sentezlenmiş ve bu iki reçinenin sulardan arsenik gideriminde kullanılabilirliği incelenmiştir. Bunun için adsorpsiyon çalışmaları yapılarak, elde edilen sonuçlar kinetik ve adsorpsiyon izoterm modellerine uygulanmıştır.

Due to the growing of world population, water resources remain unchanged, thus, the demand for water increases every day. Therefore, finding new water resources and developing water purification methods become necessary. The utilization of geothermal water can be an alternative solution on this respect.Geothermal waters have a high mineral content. Boron which exists in geothermal water is required for some metabolic activities of plants, but if the concentration of boron is high, it leads to adverse effects. Lithium recovery from geothermal waters is important for industrial applications such as production of cell phones batteries and nuclear fusion.In this study, boron selective chelating resin Amberlite PWA-10 and composite fiber synthesized in Japan with graft polymerization were investigated and compared according to their performance for boron removal from geothermal water. Moreover, mathematical models were used to investigate the rate order and rate determining step of boron sorption for boron selective resin and composite fiber adsorbents. Also, lithium recovery studies were carried out by ion exchange-membrane filtration methods using lithium selective inorganic adsorbent λ-MnO2. Besides, poly(N-(4-vinyl benzyl)-N-metyl glucamine, P(VbNMDG) resin and poly[(Ar-vinylbenzyl) trimetyl ammonium chloride], P(ClVBTA) resin which contains quarternary ammonium group were synthesized at Concepcion University, Chile. The sorption performances of these resins for arsenic were investigated. For this, adsorption studies were carried out and the results of these studies were applied to the kinetic and adsorption isotherm models.