Farklı adsorbentler kullanılarak sulardan sülfat giderimi
Sulfate removal from water using different adsorbents
Yazar: CANKAT KELEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDAL KARADURMUŞ
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Divinilbenzen = Divinylbenzene ; Klinoptilolit = Clinoptilolite ; Reçine = Resin

Özet:
Bu çalışmada, sentetik olarak hazırlanan numunelerden adsorpsiyon yöntemiyle sülfat gideriminde farklı adsorbentler için kolon özellikleri (kolon çapı, kolon dolgu yüksekliği), giriş sülfat derişimi ve temas süresi parametrelerinin adsorpsiyona etkisi incelenmiş ve farklı adsorbentler için giderim verimleri karşılaştırılmıştır. Adsorbent olarak 0,5-1 mm arasındaki tanecik boyutları arasında klinoptilolit, Divinilbenzen stiren ( DVBS ) anyonik reçine, sodyum (Na) bazlı katyonik reçine ve (1-1,4 mm) ve (1,4-2 mm) olmak üzere iki farklı tanecik boyutunda saf ve HCl, NaOH ve NH3 ile modifiye edilmiş aktif karbon kullanılmıştır.  Özel hazırlanmış 55 cm yüksekliğinde dikey silindirik 2 cm, 3 cm, 3,5 cm ve 4 cm iç çaplı kolonlarda 7,5, 10 ve 15 cm kolon dolgu maddesi yükseklikleri kullanılmıştır.  250, 500 ve 1000 mg/L' lik sentetik sülfat çözeltisi hazırlanmıştır. Ayrıca aktif karbon için de 750 mg/L derişimli sentetik sülfat çözeltileri kullanılmıştır. 
Sülfat derişimi HACH DR 2400 spektrofotometresi ölçümleri ile belirlenmiştir. Ölçümler sonucunda maksimum sülfat giderim verimi klinoptilolit için 2 cm kolon çapı, 500 mg/L derişim ve 15 cm kolon dolgu yüksekliğinde %  24 ; DVB stiren anyonik reçine için 3,5 cm kolon çapı, 1000 mg/L derişim, 15 cm kolon dolgu yüksekliğinde %  99 ; ve sodyum bazlı katyonik reçine için  3 cm kolon çapı, 1000 mg/L derişim, 10 cm kolon dolgu yüksekliğinde % 99.9 ;büyük tanecik boyutlu aktif kabon için 4 cm kolon çapı 1000 mg/L derişim 7,5 cm kolon dolgu yüksekliğinde %52,  küçük tanecik boyutlu aktif karbon için 3 cm  kolon çapı 10 cm kolon dolgu yüksekliği 1000 mg/L derişim için % 75.5 ; NaOH ile modifiye edilmiş aktif karbon için 3.5 cm kolon çapı 7,5 cm kolon dolgu yüksekliği ve 1000 mg/ L derişimde % 44.5; HCl ile modifiye edilmiş aktif karbonda 4 cm kolon çapı 7,5 cm kolon dolgu yüksekliği ve 1000mg/L derişimde %56, NH3 ile modifiye edilmiş aktif karbonda 4 cm kolon çapı 15 cm kolon dolgu yüksekliği 250 mg/L derişimde% 92 olarak belirlenmiştir. 
Çalışmada sodyum bazlı katyonik reçine ve DVB stiren anyonik reçine için sülfat giderim yüzdesinin belirlenmesi için yapay sinir ağları (YSA) modeli geliştirilmiştir. Giriş parametreleri olarak kolon çapı, adsorbent yüksekliği, adsorpsiyon temas süresi, adsorbent tipi, başlangıç sülfat derişimi alınarak 70 adet veri kullanılmıştır. YSA çalışmaları sonucunda korelasyon katsayısı değerleri (R2) sırasıyla 1,000 ve 0,999 RMSE değerleri sırasıyla 0,0012 ve 0,0034 hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, the effect of column properties (column diameter, column fill height), input sulfate concentration and contact time parameters on adsorption for different adsorbents in sulfate removal by adsorption method from synthetically prepared samples was examined and the removal yields for different adsorbents were compared. Between clinoptilolite particle sizes between 0.5 to 1 mm as adsorbents, Divinilbenzen styrene ( DVBS ) anionic resin, sodium (na) - based cationic resin (1-1,4 mm) and (1,4-2 mm) with two different particle size and pure HCl, NaOH and NH3 modified with Activated Carbon was used. Specially prepared vertical cylindrical columns with a height of 55 cm with an internal diameter of 2 cm, 3 cm, 3.5 cm and 4 cm with a height of 7.5, 10 and 15 cm column filler heights were used. a synthetic sulfate solution of 250, 500 and 1000 mg/L was prepared. In addition, synthetic sulfate solutions with a concentration of 750 mg/L were used for activated carbon.
The sulfate concentration was determined by HACH DR 2400 spectrophotometer measurements. As a result of the measurements, the maximum sulfate removal efficiency was 2cm column diameter, 500 mg/L concentration and 24% at 15 cm column filler height for clinoptilolite; 3.5 cm column diameter, 1000 mg/L concentration for DVB styrene anionic resin, 99% at 15 cm column filler height ;  and 3 cm column diameter for sodium-based cationic resin, 1000 mg/L concentration, 99.9% at 10 cm column filler height; 4 cm column diameter for large grain size activated carbon 1000 mg/L concentration 7.5 cm column filler height 52%, 3 cm column diameter for small grain size activated carbon 10 cm column filler height 1000 mg/L 75.5% for concentration; 3.5 cm for NaOH modified activated carbon column diameter 7.5 cm column filling height and 44.5% at a concentration of 1000 mg/L; In HCl-modified activated carbon, 4 cm column diameter was determined as 7.5cm column filling height and 56% at 1000mg/L concentration, in NH3-modified activated carbon, 4 cm column diameter was determined as 15 cm column filling height was determined as 92% at 250 mg/L concentration.
In this study, artificial neural networks (ANN) model has been developed to determine the sulfate removal percentage for sodium-based cationic resin and SODIUM styrene anionic resin. As the input parameters, 70 pieces of data were used by taking column diameter, adsorbent height, adsorption contact time, adsorbent type, initial sulfate concentration. As a result of the ANN studies, the correlation coefficient values (R2) were calculated as 1,000 and 0,999 RMSE values, respectively, 0.0012 and 0.0034.