Malathionun atık katalitik konvertör katalizörlüğünde ıslak hava oksidasyonu prosesi ile arıtımı; kinetik ve termodinamik parametrelerin incelenmesi ve yüzey yanıt sistemi ile optimizasyonu

Abstract

Bu tezde organofosforlu pestisit (OP), türevi olan malathionun katalizörsüz (non-katalitik) ve katalizörlü (katalitik) Islak Hava Oksidasyon (IHO) yöntemleri ile arıtımı çalışılmıştır. Katalizör olarak piyasadan sağlanan atık katalitik konvertör (YKT) toz hale getirilerek kullanılmıştır. Karakterizasyon çalışması, katalizörün indiallit (Mg2Al4Si5O18) isimli, magnezyum, alüminyum, silisyum içeren kompozit yanında ağırlıkça %7,12 Ce, %1,07 Pd'a sahip olduğunu göstermiştir. Her iki sistemde, arıtma prosesinin değişkenleri ile giderim verimi arasındaki ilişkiyi temsil eden matematiksel model elde etmek için yüzey yanıt sistemlerinden (YYM) Box-Behnken Tasarımı (BBD) kullanılmıştır.Modeller istatistiksel olarak değerlendirildiğinde yüksek regresyon değerine sahip oldukları görülmüştür. Model oluşturulması için non-katalitik reaksiyonun bağımsız değişkenleri; basınç, sıcaklık, süre ve pH, katalitik yöntem için; basınç, sıcaklık, süre ve katalizör miktarı olarak seçilmiştir. Optimizasyon sonucunda giderim verimi non-katalitik IHO için %98,7 ve katalitik için %88 olarak bulunmuştur.Katalitik prosesin optimizasyonunda giderim hedefi, katalizör miktarı kaynak koruması amacıyla minimize edilerek uygulanmıştır. Her iki yöntemde de toksisite analizi sonucunda, saf numunede %35,40 olarak ölçülen EC20değeriarıtım sonrasında belirgin düşüş göstermiştir. Yan ürün analizleriGC-MS'te yapılmış ve malathion-o-anolog, 2-methoxykarbonil-1-methilvinil dimethil fosfat (C7H13O6P) ve dimethipin (C6O4H10S2) bileşenleri saptanmıştır. Arıtılmış numunelerde toksisitenin düşmesi bu maddelerin reaksiyon sırasında çok düşük oranda oluştuğunu göstermiştir.Kinetik çalışması ile her iki prosesin1. dereceden reaksiyon kinetiğine uygun olduğusaptanmıştır.Aktivasyon enerjisi değerinin non-katalitik proses için 57,38 Kj/mol iken katalitik proseste 42,3 Kj/mol'e düşmesi, katalizörün aktivasyon enerjisini düşürmek konusunda başarılı olduğunun ispatıdır. Termodinamik hesaplamalar, sistemin endotermik olduğunu ve Gibbs Serbest Enerji değerinin daima pozitif değer alarak sistemin ürünler yönünde istemsiz olduğunu ifade etmiştir.

In this thesis we worked about the treatment of malathion, an organophosphorous pesticide, by wet oxidation process with catalyst (catalytic) and without catalyst (non-catalytic). The catalyst used, is the waste automobile catalytic converter, and used after getting powder form. Characterization of the catalyst showed that the material is composition of Indialite, which ismixture of the magnesium, aluminum and cilisium and also the material contains Ce 7.12%, Pd 1.07% (w/w%). For all systems we used response surface methodology; Box-Behnken to evaluate the interaction between the process conditions and removal efficiency. Models that obtained in this study showed high regression coefficients. For the non-catalytic reaction the variables of the process were chosen as, pressure, temperature time, pH and for the catalytic process variables were chosen as pressure, temperature, time and amount of catalyst. For the non-catalytic process optimum removal efficiency was 98.7%. For the optimization of the catalytic reaction, one of the targets of optimization was using minimum catalystand optimum removal efficiency was found as %88. Toxicity and by product analysis showed that after treatment all toxicity effect of the solutions completely disappeared which has 35.40% EC20 value before the treatment.Malathion-o-anolog, 2-methoxykarbonil-1-methilvinil dimethil fosfat (C7H13O6P) ve dimethipin (C6O4H10S2) were detected as by product from the samples with GC-Ms analyses that not in the sample before the oxidation process. From the kinetic evaluations it is understand that the both of the reactions are first ordered. The Ea value of non-catalytic reaction was 57.38Kj/mol andEa value of the catalytic reaction was 42.3Kj/mol. This result revealed that the catalyst is sufficient for decreasing the activation energy. Thermodynamic results showed that the reaction is endothermic and because of the Gibbs free energy is always positive; the reaction is involuntary to direction of products.