Removal of boron from waters using fly ash

Abstract

Adı-Soyadı: Leman SÜTÇÜOkul: İzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Çevre MühendisliğiProgramı: Çevre Kirliliği ve Kontrolü (Yüksek Lisans)Tez Başlığı: Uçucu Kül Kullanılarak Borun Sulardan UzaklaştırılmasıÖZETBu çalışmada, sulu çözeltilerden borun uzaklaştırılması için uçucu külkullanımının uygunluğunu belirlemek amacıyla farklı koşullar altında deneyselçalışmalar gerçekleştirilmiştir. İncelenen parametreler reaksiyon zamanını, malzemetipini, katı-sıvı oranını, sıcaklığı ve bor konsantrasyonunu içermektedir. Boruuzaklaştırmak için kullanılan Yeniköy uçucu külü, 298 K'de 24 saat boyuncakullanılan amberlit ile yakın sonuçlar göstermiştir. Böylece, adsorpsiyon çalışmalarıiçin Yeniköy külü seçilmiştir.Yeniköy Termik Santralından alınan küllerdeki borat iyonlarının adsorpsiyondavranışlarının kinetik profilinin ve termodinamiklerinin etkileri araştırılmıştır.Deneyler, 6 farklı başlangıç bor konsantrasyonunda (10, 30, 50, 100, 250, 500 mg/L), 3farklı sıcaklıkta (298, 308, 318 K) ve 2 dakikadan 48 saate kadar değişen zamanperiyotlarında kesikli olarak gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları, uygun koşullaraltında, Yeniköy külündeki borun tutunma yüzdesinin %100'lere kadarulaşabileceğini göstermiştir.Sonuçlar, borun Yeniköy külündeki adsorpsiyonunun pseudo-second-orderkinetiğini izlediğini göstermiştir. Aktivasyon enerjileri, Ea, başlangıçkonsantrasyonları olan 10, 30 ve 50 mg/L'de, -90.3, -57.8 ve -6.1 kJ/mol olarak eldeedilmiştir.Borun düşük başlangıç konsantrasyonlarında (10, 30, 50 mg/L) elde edilennegatif âHo değerleri, proseslerin ekzotermik olduğunu göstermektedir. Buna paralelolarak, yüksek konsantrasyonlarda, pozitif âHo değerleri, tutunma prosesininendotermik olduğunu göstermektedir. Adsorpsiyon prosesinin entropi değişimi (-234)-(158) J/mol·K arasında bulunmuştur. Elde edilen negatif âGo değerleri borunYeniköy külü üzerine tutunma mekanizmasının kendiliğinden gerçekleştiğinigöstermiştir.Adsorpsiyon sonrası su kalitesi, ASTM prosedürlerine göre ölçüldüğündeçevresel standart değerlerinde bulunmuştur. Majör elementlerin ve ağır metallerinkonsantrasyon seviyeleri kalsiyum dışında, atık sular için belirtilen standartdeğerlerin altındadır.

Name: Leman SÜTÇÜSchool: İzmir Institute of TechnologyDepartment: Environmental EngineeringMajor: Environmental Pollution and Control (Master)Title of Thesis: Removal of Boron from Waters Using Fly AshABSTRACTIn this study, various operational parameters were tested in order todetermine the feasibility of using fly ash to remove boron from aqueous solutions.Studied parameters include time of reaction, material type, solid-liquid ratio,temperature and boron concentration. Preliminary studies revealed that the ability ofYeniköy fly ash to remove boron is similar to that achieved by amberlite undercertain conditions. Therefore, Yeniköy ash was selected for sorption studies whichaimed at elucidating some of the thermodynamic and kinetic profiles of the sorptionprocess.Experiments were performed using the batch technique at six different initialboron concentrations (10, 30, 50, 100, 250, 500 mg/L), three different temperatures(298, 308, 318 K) and time period ranging from 2 minutes up to 48 hours. Theexperimental results revealed that the percentage sorption of boron on Yeniköy flyash can reach up to 100% under appropriate conditions.Results showed that sorption of boron on Yeniköy fly ash followed pseudo-second-order kinetics. The activation energies Ea, were obtained as -90.3, -57.8 and -6.1 kJ/mole for the initial concentrations of 10, 30 and 50 mg/L, respectively.Negative âHo values were obtained for lower initial concentrations of boron(10, 30, 50 mg/L) indicating that the processes are exothermic. On the contrary, athigh concentrations, positive âHo values were obtained for boron sorption on fly ashindicating that the uptake process becomes endothermic. The entropy change of thesorption process was found in the range of (-234)-(158) J/mole·K. The negative âGovalues obtained indicated that the sorption of boron is spontaneous.