Yatağan Termik Santrali kül dağındaki uranyumun kül ve topraktaki davranışının ve yer altı sularına geçişinin deriştirilerek incelenmesi
Investigation of the behavior of uranium in the Yatağan Coal-Fired Power Plant ash mountain in the ash and soil and transition to the underground water by concentration
Yazar: GAMZE KARAYEL
Danışman: PROF. DR. GÜLASİYE AYÇIK
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Kömür, doğada oluşum şartlarına bağlı olarak eser miktarda U-238, Th-232 ve K-40 içermektedir. Kömüre dayalı termik santraller, teknolojik olarak zenginleşmiş doğal radyoaktivitenin en önemli kaynağı olarak bilindiğinden, termik santrallerde kullanılan kömürlerin ve oluşan küllerin radyolojik karakteristiklerinin incelenmesi önemlidir.
Bu çalışmada Yatağan Termik Santrali kül dağında bulunan uranyumun kül ve topraktaki hareketliliği, kül ve topraktaki derişimi, yeraltı sularına geçişinin incelenmesi, yeraltı sularında bulunan uranyumun deriştirilmesi için yöntem geliştirilmesi ve yeraltı sularında bulunan uranyumun deriştirilerek aktivite derişimin bulunması amaçlanmıştır. 
Uranyum adsorpsiyonunda kullanılmak üzere silikajel, schiff bazı türevi olan ligandlarla modifiye edilerek SİCPMS-HL1, SİCPMS-HL2 ve SİAPMS-HL3 katı sorbentleri hazırlanmıştır. Elde edilen katı sorbentlerle birlikte ham silikajel ve aktif silikajelin de uranyum adsorpsiyonunda kullanılabilirliği incelenmiş ve elde edilen sonuçlar sentezlenen katı sorbentlerle karşılaştırılmıştır. Silikajelin modifikasyonunda kullanılan ve uranyumun kimyasal özelliklerine göre literatürden seçilen HL1, HL2 ve HL3 ligandlarının yapıları FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR ve elementel analiz, SİCPMS-HL1, SİCPMS-HL2 ve SİAPMS-HL3 katı sorbentlerinin yapıları ise FT-IR, elementel analiz, BET ve SEM yüzey analiz yöntemleri kullanılarak aydınlatılmıştır.
Bu amaçla Yatağan Termik Santrali kül stok alanından 57 örnekleme noktası belirlenerek 285 adet kül örneği, termik santral çevresinden 10 adet toprak örneği ve farklı noktalardan yeraltı su örnekleri alınarak U-238 aktivite derişimleri hesaplanmıştır. Örneklerin analizlerinde yüksek saflıktaki germanyum (HPGe) dedektörlü gama spektrometresi kullanılmıştır. 
U-238 radyonüklitinin hareketli olup olmadığını belirlemek için kolon çalışmaları yapılmış, yürütücü olarak bölgeden toplanan yağmur suları kullanılmıştır. Külde bulunan uranyumun kimyasal formunun belirlenmesinde literatürde yapılan benzer çalışmalarla birlikte XRF ve XRD analiz teknikleri de kullanılmıştır. Kül örneklerindeki uranyumun hareketliliğinin incelenmesi için derinlik-derişim analizi yapılmıştır.
En fazla adsorblandığı belirlenen (SİAPMS-HL3) sorbentine U(VI) iyonunun adsorpsiyon mekanizmasını belirlemek için termodinamik parametreler (?G, ?S ve ?H) hesaplanmıştır. Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich (D-R) izotermlerine uygunluğu incelenmiş ve adsorpsiyon mekanizmasının açıklaması yapılmıştır. 
Sentezlenen katı desteğin sulu ortamlarda bulunan farklı iyonlar arasında U(VI) iyonu için seçiciliğini incelemek amacıyla deneyler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, katı sorbentin U(VI) iyonlarına karşı seçici davrandığı gözlenmiştir. SİAPMS-HL3 katı sorbenti bölgeden alınan gerçek örneklere de uygulanmış bu örnekler için de U(VI) iyonunu yüksek verimle adsorplandığı görülmüştür. 
SİAPMS-HL3 üzerine adsorplanan U(VI) iyonu için desorpsiyon çalışmaları da yapılmış bunun için farklı derişimlerde farklı çözeltiler kullanılarak optimum koşullar belirlenerek adsorplanan U(VI) iyonunun yüksek verimle geri kazanılacağı bulunmuştur.
Deney sonuçlarına göre sentezlenen SiAPMS-HL3 katı sorbenti seyreltik sulu ortamlardan U(VI) iyonlarının seçici olarak yüksek verimle alınmasında (deriştirilmesinde) ve sulu ortamlardan radyoaktif kirliliğin giderilmesinde alternatif bir seçenek olduğu düşünülmüştür. Bu nedenle SiAPMS-HL3 katı sorbenti, sentetik olarak hazırlanan örneklerin yanısıra bölgeden alınan yeraltı suyu ve çeşme suyu gibi gerçek örneklere de uygulanmış, bu örnekler için de U(VI) iyonunun yüksek verimle adsorplandığı görülerek,altrenatif sorbent olarak önerilmiştir. 
Çalışma bölgesinden alınan yeraltı suyu ve toprak örneklerinde radyolojik risk değerlendirilmeleri de yapılmıştır. Yeraltı sularında bulunan uranyum iyonunun aktivite derişiminin Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından belirlenen içme sularında U-238 radyonüklitinin bulunma sınırının altında olduğu belirlenmiştir. Santral çevresinden alınan toprak örneklerinde de yapılan U-238 aktivite derişim analizleri sonucunda toprakların da radyolojik açıdan herhangi bir risk taşımadığı belirlenmiştir.

Abstract:
Coal includes trace amounts of U-238, Th-232 and K-40 according to the conditions of formation. Since the coal-fired power plants are known as the most important source of technologically enhanced natural radioactivity the investigation of radiologic characteristics of coals that are used as fuel in the power plants and their ashes has crucial importance.
In this work we aimed to investigate the mobility and concentration of uranium content in soil and ash of Yatağan Coal Fired Power Plant ash mountain. The investigation of uranium ion transition to ground water and development of a new adsorbent to concentrate the uranium ions present in the ground water are also aimed. We were also investigated the activity concentration of uranium that is present in ground water. 
SİCPMS-HL1, SİCPMS-HL2 and  SİAPMS-HL3 solid sorbents were prepared by modification of silica gel with schiff base derivatives ligands and used for the adsorption of uranium. The usage of raw and activated silica gel for uranium adsorption were also investigated simultaneously by using synthesized solid sorbents and the results were compared. HL1, HL2 and HL3 modifier ligands were choosen from literature for the modification of silica gel and structures of these ligands were characterized by using FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR and elemental analysis methdos. SİCPMS-HL1, SİCPMS-HL2 and SİAPMS-HL3 solid sorbent structures were also characterized by using FT-IR, elemental analysis, BET and SEM surface analysis methods.
For this purpose 57 sampling stations were determined at Yatağan Coal Fired Power Plant Ash Deposition Field and 285 ash samples, 10 soil samples and 10 ground water samples were collected from different points. Then U-238 activity concentrations of these samples were determined by using High purity Germanium (HPGe) dedector equipped gamma spectrometer. 
The mobility of U-238 radionuclide was determined by the help of colon studies in which the rain waters of the corresponding region was used as eluent. The chemical form of U-238 present in ash was investigated by using XRF and XRD techinuques together with literature documents. Depth activity concentration analysis were carried out to enlighten the dependence between deepness and mobility of U-238 in the ash samples.
SİAPMS-HL3 was choosen as the best adsorptive sorbent and thermodynamic parameters (?G, ?S ve ?H) were calculated for the determination of the absorption mechanism of U(VI) ion by this sorbent. Then the compatibility of obtanied values were compared with Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherms and by this way adsorption mechanism was explained. 
U(VI) ion selectivity of sythesized solid support were investigated in the presence of other interferent ions. Obtained results showed that the sorbent was selective to U(VI)  ion. 
Desorption studies of adsorbed U(VI) ion onto SİAPMS-HL3 were also investigated. For this purpose optimum conditions for desorption were determined and recovery yield of adsorbed U(VI) ion was achieved at high levels.
As an outcome of the experiments SiAPMS-HL3 solid sorbent was found to be a suitable sorbent for the concentration of U(VI) ions from diluted water samples with high yields and thought to be an alternative material for removal of uranium contaminants from aqueous medium. SiAPMS-HL3 solid sorbent was also applied to both of sythetic and real ground water samples from the region for U(VI) ion absorbtion and showed high U(VI) ion adsorbance yield and suggested as an alternative sorbent. 
Radiological risk evaluation of the ground water and soil samples taken from the contaminated region and ash deposition field were also held out. The activity concentration of U(VI) ion in the ground water samples was found lower than the lethal limit of U-238 radionuclide that was suggested by World Health Organization (WHO). Also the soil samples which were collected from around the power plant were found to be unrisky after the U-238 activity concentration analysis.