Atık sulardan saf borik asit eldesi için kromatografik yöntemlerin kullanılması ve modellenmesi
Atik sulardan saf borik asit eldesi için kromatografik yöntemlerin kullanılması ve modellenmesi
Yazar: ZEHRA KÖLE
Danışman: PROF. DR. AHMET KARAGÜNDÜZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; İyon kromatografisi = Ion chromatography

Özet:
Çeşitli bor endüstrilerinden çıkan atık su, büyük miktarda bor bileşeni (borik asit) ve diğer safsızlıkları (Ca+2, Mg+2, SO4-2) içerir. Bu durumda borik asidin geri kazanılmasında ve kirlilik kontrolünde yenilikçi teknolojilere ihtiyaç duyulur. Borik asidin geri kazanılması sürdürülebilirlik ve çevre açısından önemlidir. Bu çalışmada atık sulardan borik asit geri kazanımında kromatografik metodun kullanılması ve yapılan deneysel çalışmanın modellemesi ile maksimum verimin elde edilebileceği çalışma koşullarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Yapılan çalışmada borik asidin geri kazanımı için iki farklı reçine ile kromatografik ayırma tekniği kullanılmıştır. Kullanılan reçinelerden ilki Na+ formunda Finex CS10GC katyon değiştiricisi, ikincisi ise Ca+2 ve Mg+2 formunda Finex CS10GC katyon değiştiricisi iyon değişimi reçinesidir. Kromatografik çalışmalar farklı akış hızı ve yükleme dozlarında tekrarlanmıştır. Deneysel çalışmaların ardından adsorpsiyon kolonunun matematiksel modellemesi yapılmıştır. HYDRUS-1D yazılımının Marquardt-Levenberg tipi parametre tahmin tekniği ile çözünen taşıma parametreleri belirlenmiştir ve farklı çalışma koşullarında (akış hızı, yükleme miktarı ve kolon boyu) simülasyonlar yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucu, Na+ formundaki Finex CS10GC iyon değiştirici reçinenin maksimum %95,5, Ca+2 ve Mg+2 formundaki iyon değiştirici reçinenin ise maksimum %42,6 ayırma verimine sahip olduğu görülmüştür. Borik asit ayırma verimliliğinde Na+ formundaki Finex CS10GC iyon değiştirici reçinesinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Atık sudan elde edilen borik asidin kalitesi, X-ışını kırınım spektrumu ekniği (XRD) ve Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) kullanılarak karakterize edilmiştir. Geri kazanılan asidin XRD deseni ve FTIR bantları, standart dereceli borik asitle (%99,5-100 saf, Merck KGaA) önemli ölçüde eşleştiği görülmüştür.  Elde edilen bu yüksek saflıktaki borik asit, endüstrinin belirli proseslerinde ham madde olarak tekrar kullanılmaya uygundur ve ticari değeri vardır. Yapılan deneysel çalışmaların ardından, geliştirilen modelin borik asit ayrımını doğru bir şekilde simüle ettiği görülmüştür.

Abstract:
Wastewater from boron industries contains high amounts of boron component (boric acid) and other impurities (Ca+2, Mg+2, SO4-2). In this case, innovative technologies are needed in boric acid recovery and pollution control. Recycling boric acid is important for sustainability and the environment. In this study, it was aimed to use the chromatographic method in boric acid recovery from wastewater and to determine the operating conditions where maximum efficiency can be achieved by modelling the experimental study. In the study, two different resin and chromatographic separation techniques were used for the recovery of boric acid: The first of these is Finex CS10GC cation exchange resin in Na+ form, and the second is the Finex CS10GC cation exchange resin in Ca+2 and Mg+2 form. Chromatographic studies were repeated at different flow rates and loading doses. After the experimental studies, mathematical modelling of the adsorption column was made. Solute transport parameters were determined with the Marquardt-Levenberg type parameter estimation technique of HYDRUS-1D software and simulations were performed under different operating conditions (flow rate, loading doses and column length). As a result of the studies, it was observed that Finex CS10GC cation exchange retardation resin in Na+ form had a maximum separation efficiency of 95.5%, and the resin in Ca+2 and Mg+2 form had a maximum separation efficiency of 42.6%. It has been observed that Finex CS10GC ion exchange resin in Na+ form is quite high in boric acid separation efficiency. The quality of boric acid obtained from wastewater was characterized using X-ray diffraction technique (XRD) and Fourier transform infrared (FTIR). The XRD pattern and FTIR bands of the recovered boric acid matched significantly with standard grade boric acid (99.5–100% pure, Merck KGaA). This high purity boric acid obtained is suitable for reuse as a raw material in certain processes of the industry and has commercial value. Following the experimental studies, it was seen that the developed model accurately simulated the separation of boric acid.