Ftalik asidin kromlu ve asidik ortamda kimyasal ve elektrokimyasal oksidasyonu
Mineralization of phthalic acid by chemical and electrochemical oxidation in the chromium and acidic medium
Yazar: YUSUF AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. BELGİN GÖZMEN SÖNMEZ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, organik kalıntıyı temsil eden ftalik asidin kuvvetli asidik kromlu ortamda
persülfat ile yaş oksidasyon ve elektrokimyasal anodik oksidasyon metotları ile mineralizasyonu
incelenmiştir. Cr(III), sülfat, sülfürik asit, ftalik asit (başlangıçta potasyum hidrojen ftalat(KHP) formundadır) ve Cr(VI) ihtiva eden sentetik çözelti; kuvvetli asidik ve yüksek miktarda krom ihtiva eden atık akımı teşkil etmektedir.
Ftalik asidin sodyum persülfat ile yaş oksidasyonunda; persülfat miktarının, deney süresinin ve son olarak Cr(VI) varlığının etkisi değerlendirilmiştir. Sadece Cr(III) ihtiva eden ortamda, 80 ⁰C'de, 200-800 mM aralığındaki miktarlarda sodyum persülfat 8 saat boyunca uygulanmıştır. En fazla toplam organik karbon (TOK) giderimi 800 mM uygulamasının sonunda %62,1 olarak gerçekleşmiştir. Cr(III)'ün Cr(VI)'ya yükseltgenmesi ise sadece 800 mM persülfat uygulanması esnasında ppm seviyesinde gerçekleşmiştir. 600 mM persülfat ortamında Cr(VI) ilavesi TOK giderimine etkide bulunmaktadır, ancak uygulanan seviyede (toplam kromun kütlece %12,5'i) Cr(VI)'nın tamamı indirgenmiştir. Düşük oksidasyon verimi, aşırı miktarda sodyum persülfata ihtiyaç duyulması ve deney esnasındaki fiziksel zorluklar (homojen olmayan köpük oluşması) nedeniyle asidik kromlu ortamda ftalik asidin giderilmesi için sodyum persülfat ile yaş oksidasyon ümit verici bir teknik olarak görülmemiştir.
Asidik kromlu ortamda BDD anot ile ftalik asidin anodik oksidasyonu konusunda, katot tipinin etkisi, akım yoğunluğu, elektroliz süresi ve Cr(VI) varlığı parametreleri incelenmiştir. Elektroliz deneyleri sonunda 316L paslanmaz çelik katot; yüksek persülfat üretme özelliği, fiyat ve kullanım kolaylığı açısından tercih edilmiştir. Elektrot seçiminden sonra akım yoğunluğu, Cr(VI) miktarı ve elektroliz süresi parametrelerinin KHP mineralizasyonuna etkisi cevap yüzey metodu ve merkezi kompozit tasarımı ile modellenmiştir. Optimum parametreler akım yoğunluğu 70 mA/cm2, Cr(VI) oranı kütlece %12,5 ve zaman 377 dak olarak tespit edilmiş ve bu noktada 1,00 istenilebilirlik değeri ile %89,79 mineralizasyon verimi sağlanabilmiştir.

Abstract:
In this study, mineralization of phthalic acid, which represents organic residue, in highly acidic chromium medium by persulfate wet oxidation and electrochemical anodic oxidation method was investigated. Synthetic solutions containing Cr(III), sulfate, sulfuric acid, phthalic acid (initial form potassium hydrogen phthalate, KHP) and Cr(VI) constitutes a highly acidic and high chromium loaded waste stream.
In wet oxidation of phthalic acid with sodium persulfate the effect of persulfate amount, time of experiment and finally the effect of Cr(VI) existence were evaluated. In only Cr(III) containing media, at 80 ⁰C temperature, 200 mM to 800 mM sodium persulfate was applied for 8 hours. Maximum total organic carbon (TOC) removal of 62.1% was achieved at the end of 800 mM level. The oxidation of Cr(III) to Cr(VI) at ppm level was observed only at 800 mM persulfate application. The addition of Cr(VI) in 600 mM persulfate media has influence on TOC removal, yet the Cr(VI) is totally reduced for the level applied (12.5% of total chromium). Due to low oxidation capability, the requirement of extreme amount of persulfate and physical difficulties (nonhomogenous foam formation) wet oxidation with sodium persulfate is not a promising technique for removal of phthalic acid in acidic chromium media.
In anodic oxidation of phthalic acid with BDD anode in acidic chromium media, the effects of cathode type, current density, electrolysis time and presence of Cr(VI) were investigated. As a result of electrolysis experiments, 316L stainless steel cathode was preferred in terms of higher persulfate production capability, cost and ease of use. After electrode selection, the effect of current density, amount of Cr(VI) in solution and electrolysis time on KHP mineralization was realized by using response surface method and central composite design. The optimum parameters were determined as current density 70 mA/cm2, Cr(VI) ratio 12.5%, and time 377 min, where 89.79% mineralization efficiency could be achieved with a desirability value of 1.00.