Elektrodiyaliz yöntemi ile ağır metal giderimi

Abstract

Geçmişten bu yana hayatımızın önemli bir parçası olan suyun önemi gün geçtikçe daha da artmaktadır. Gerek hızlı nüfus artışı gerekse gelişen teknolojiden dolayı suyun miktarı ihtiyaçlarımızı karşılayacak seviyede değildir. İlerleyen zamanlarda su kıtlığı ile karşılaşma olasılığımız yüksek bir düzeydedir. Bu nedenle bilim insanları geçmişte de olduğu gibi bu durumu alternatif yöntemlerle çözmek için çeşitli çalışmalar yapmışlardır. Bu çalışmalardan biri de sulardan ağır metal giderimidir. Bu çalışmada krom (VI) ve nikel (Ni2+) iyonlarının model çözeltiden elektrodiyaliz yöntemi ile giderimi incelenmiştir. Deneyler kesikli geri döngülü olarak yapılmıştır ve deney düzeneği elektrodiyaliz hücresi, peristaltik pompalar ve besleme kaplarından oluşmaktadır. Elektrodiyaliz hücresi filtre pres olarak tasarlanmış ve tasarımda ElectroCell A/S firmasındaki Microflowcell modülü temel alınmıştır. Yerel bir firmada teflon malzemeden kesimi yaptırılan parçalar, silikon contalar kullanılarak laboratuvarda bir araya getirilmiştir. Hücre anolit, katolit ve besleme bölmesi olmak üzere üç bölmeden oluşmaktadır. Bölmeler Ionac MC 3470 katyon değişim membranı ve Ionac MA 3475 anyon değişim membranı ile ayrılmıştır. Hücrede katot olarak paslanmaz çelik, anot olarak karbon fiber kullanılmıştır. Deneylerde gerilim, besleme çözeltisi başlangıç pH değeri, besleme çözeltisindeki Na2SO4 derişimi, besleme hızı ve metal iyonu derişiminin etkisi incelenmiştir. Çıkan sonuçlar doğrultusunda giderim verimi, enerji tüketimi, akım verimi, akım yoğunluğu ve akı hesaplanmıştır. 50 mg/L Cr (VI) iyonunun 90 dakikalık süre içerinde %97,9 gideriminde en uygun değerler gerilim 25 V, pH=3, Na2SO4 ilavesi 0,1 g ve besleme çözeltisi akış hızı (VB) 50,38 mL/dk olarak gözlenmiştir. 50 mg/L Ni2+ iyonunun 90 dakikalık süre içerinde %92,3 gideriminde ise en uygun değerler gerilim 20 V, pH=3, Na2SO4 ilavesi 0,1 g, VB=40,3 mL/dk olarak gözlenmiştir. Yapılan çalışma krom (VI) ve nikel (Ni2+) iyonlarının giderimi için elektrodiyaliz yönteminin kullanılabileceğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Elektrodiyaliz, krom (VI), nikel (Ni2+), atık su, ağır metaller, membran, membran ayırma süreçleri.

The importance of water, which has been an important part of our lives since the past, is increasing day by day. The amount of water is not at sufficient level to meet our needs due to rapid population growth and developing technology. Water scarcity is a high probable problem in the future. For this reason, scientists have performed various studies to solve this situation with alternative methods as in the past. One of these studies is heavy metal removal from water. In this study, the removal of chromium (VI) and nickel (Ni2+) ions from the model solution was investigated by electrodialysis method. The experiment is performed in batch recycling and experimental system consist of an electrodialysis cell, peristaltic pumps and solution containers. The electrodialysis cell is designed as a filter press and the design is based on the Microflowcell module of ElectroCell A/S. The parts from teflon material are supplied from a local company and they are mounted in the laboratory via silicone gaskets. The cell consists of three compartments which are anolyte, catholyte and feeding compartment. Compartments are separated by Ionac MC 3470 cation exchange membrane and Ionac MA 3475 anion exchange membrane. Stainless steel was used as cathode and carbon fiber was used as anode in the cell. In this experiment the effects of voltage, pH, sodium sulphate concentration, feed flow rate and metal ion concentration were investigated. The yield of removal, energy consumption, current efficiency, current density and flux were calculated according to the results. The optimum values for 97.9% removal of 50 mg/L Cr (VI) ion within 90 minutes are observed when the voltage is 25 V, pH=3, 0.1 g Na2SO4, 50.38 mL/min (VB) feed flow rate. The optimum values for 92.3% removal of 50 mg/L Ni2+ ion within 90 minutes are observed when the voltage is 20 V, pH=3, 0.1 g Na2SO4, VB=40.3 mL/min. As a result of these experiments, it has been observed that chromium (VI) and nickel (Ni2+) ions can be removed by electrodialysis method. Keywords: Electrodialysis, chromium (VI), nickel (Ni2+), wastewater, heavy metals, membrane, membrane separation processes.