Jeotermal sudan sürdürülebilir bor giderimi için geri dönüştürülmüş midye kabuğu atığının kullanılması
Küçük Resim Yok
Tarih
2022
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Ege Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/closedAccess
Özet
Bu tez çalışmasında, termal ve kimyasal olarak kirlenen jeotermal su kaynaklarından yüksek konsantrasyonda ve canlı yaşamını olumsuz etkileyen borun, geri dönüştürülmüş midye kabukları kullanılarak giderimi incelenmiştir. Jeotermal akışkanlar, değerli kaynaklar olarak görülmektedir. Bununla birlikte, tarımsal arazilerde sulama suyu olarak kullanılan jeotermal su içerisindeki fazla bor, toksik etkileri nedeniyle ürün hasılat verimini düşürmekte ve bu sebeple çiftçiler arasında endişe yaratmaktadır. Yer altı sularındaki bor konsantrasyonu 100 mg/L'ye kadar ulaşmaktadır. Türkiye'de en yaygın kirleticilerden biri olan bor, fazla miktarda alındığında bitkinin büyümesini ve insan sağlığını olumsuz etkileyerek çevresel sorunlara sebep olmaktadır. Bu sebeple, Dünya Sağlık Örgütü içme suyundaki bor içeriğinin 2.4 mg/L'nin altında olması gerektiğini belirtmektedir. Bor giderimi için birçok yöntem bulunmakla birlikte adsorpsiyon yöntemi düşük maliyet ve yüksek verim bakımından en iyi yöntemlerden biri arasına girmektedir. Çalışmada çevre dostu ve sürdürülebilir bir sorbent geliştirmek üzere 96% kalsiyum karbonat içeriği sayesinde başarılı bir biyosorbent olacağı öngörülen midye kabuğu atığı kullanılmıştır. Tez çalışması; midye kabuğu atıklarının geri dönüşümü, modifikasyonu ve karakterizasyonu ile denge testleri, kinetik testler ve kolon testleri olmak üzere dört bölümden oluşmaktadır. Modifikasyon işleminin etkisini gözlemlemek için kalsinasyon sıcaklığı ve süresi incelenmiştir. Modifiye edilmemiş ve optimum koşullarda modifiye edilmiş biyosorbentlerin karakterizasyonu FTIR, SEM, TGA, XRD ve BET ve analizleri ile incelelenmiştir. Çalışma kapsamında, denge çalışmalarında biyosorbent miktarı, pH, sıcaklık, derişim, seçimlilik ve rejenerasyon; kinetik çalışmalarda sıcaklık ve karıştırma hızı; kolon çalışmalarında ise kolon yatak yüksekliği ve akış hızı parametreleri incelenmiştir. Optimum modifikasyon koşulları 800°C'de 4 saat kalsine edilmiş midye kabukları ile elde edilmiştir. FTIR sonuçları incelendiğinde, modifiye edilmiş ve modifiye edilmemiş biyosorbentlerin C-H, C=C, Ca-O bağları ve OH- grubu içerdiği tespit edilmiştir. TGA analizi ile modifiye edilmemiş, adsorpsiyon öncesi ve sonrası modifiye edilmiş biyosorbentlerin kütle kaybı sırasıyla 36.54%, 18.00% and 34.06% olarak hesaplanmıştır. Biyosorbentlerin yüzey morfolojisi SEM analizi ile incelendiğinde pürüzlü, ince ve uzun plaka benzeri kristaller olarak gözlemlenen midye kabuklarının modifikasyon işleminin ardından oval veya küresel gibi daha dairesel benzeri yapılara dönüştüğü gözlemlenmiştir. Ayrıca EDX sonuçları, modifiye edilmemiş ve modifiye edilmiş biyosorbentlerin Ca, C ve O'dan oluştuğunu göstermiştir. XRD analizi ise modifikasyon sonrasında 32.3, 37.4 and 54.0'de oluşan yüksek yoğunluktaki kırınım pikleri ile CaO içeriğine işaret etmektedir. Son olarak BET analizi ile biyosorbentin modifikasyon sonrasında artan yüzey alanı, gözenek boyutu ve hacmi tespit edilmiştir. Denge testleri sonucunda, optimum sorbent miktarının 2 g biyosorbent/25 mL jeotermal su olduğu görülmüştür. pH etkisi incelendiğinde borun adsorpsiyonu üzerinde pH'nın önemli bir etkisi olmadığı belirlenmiştir, bu sebeple deneyler jeotermal suyun kendi pH'ında (7.68) gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sıcaklık kontrollü su banyosu çalkalayıcıda incelenen sıcaklık parametresi için en yüksek verim 25°C'de elde edilmiştir. Termodinamik analiz gerçekleştirildiğinde negatif ?H° değerleri adsorpsiyon prosesinin ekzotermik olduğunu ve düşük sıcaklıkların adsorpsiyonun lehine olduğunu göstermiştir. Negatif ?S° değerleri, çözünen-çözelti ara yüzeyinde adsorbe edilen konsantrasyonda bir azalmaya ve katı fazda adsorbe edilen konsantrasyonda bir artışa işaret etmiştir. Öte yandan, ?G° değerlerinin pozitif elde edilmesi sonucunda reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşmediği ve gerçekleşmesi için bir enerji girdisine ihtiyaç duyduğu anlaşılmıştır. Bor dışındaki diğer iyonların etkisinin incelendiği çalışmalar sonucunda, Na+ ve Mg2+ iyonlarının varlığında adsorpsiyon veriminin olumsuz etkilendiği görülmüştür. Rejenerasyon çalışmalarında ise en yüksek verim 1 mol/L nitrik asit çözeltisi ile 72.33% olarak belirlenmiştir. Jeotermal su içerisinde bulunan iyonların etkisi incelenmek üzere derişim etkisi, jeotermal su ve sulu çözelti ile iki ayrı şekilde çalışılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen veriler ile Langmuir, Freundlich, DKR, Temkin ve Redlich-Peterson izoterm modelleri uygulanmıştır. Her iki çalışmada da borun midye kabuğuna adsorpsiyonunun Freundlich izoterm modeline daha iyi uyduğu görülmüştür. Kinetik çalışmada elde edilen veriler, pseudo-birinci derece, pseudo-ikinci derece, partikül içi difüzyon ve Elovich kinetik modelleri ile değerlendirilmiştir. Pseudo-ikinci dereceden kinetik modelinin borun biyosorbent ile gideriminde en uygun model olduğu görülmüştür. Kolon çalışmalarında ise Thomas ve Yoon-Nelson modelleri uygulanmıştır. Model tahminleri ve deneysel veriler benzerlik göstermiştir. Bu tez çalışmasında, optimum koşullar altında elde edilen en yüksek bor giderim verimi 30.26% olarak belirlenmiştir.;Adsorpsiyon, Jeotermal su, Midye kabuğu, Biyosorbent, Kalsiyum oksit.;Adsorption, Geothermal water, Mussel shell, Biosorbent, Calcium oxide.
Açıklama
Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği A.B.D. Araştırma Projesi
Araştırma Projesi elektronik ortamda bulunmaktadır.
Araştırma Projesi elektronik ortamda bulunmaktadır.
