Şeker pancarı küspesinden elde edilen aktif karbonun atıksulardaki 2,4-D ve metribuzin pestisitlerinin adsorpsiyonunda kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usability of activated carbon produced from sugar beet pulp for the adsorption of 2,4-D and metribuzin pesticides in wastewaters
Yazar: KAZIM SEZER
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: 2,4-diklorofenoksiasetik asit = 2,4-dichlorophenoxyacetic acid ; Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Metribuzin = Metribuzin ; Pestisitler = Pesticides ; Su kirliliği = Water pollution ; Şeker pancarı küspesi = Sugar beet pulp

Özet:
Bu tez çalışmasında atıksularda yeralan herbisitlerden 2,4-D (2,4-diklorofenoksiasetik asit) ve Metribuzin'in kurutulmuş şeker pancarı küspesinden ısıl aktivasyonla elde edilen aktif karbona ve ticari aktif karbona adsorpsiyonu kesikli sistemde karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.Çalışmada öncelikle kurutulmuş şeker pancarı küspesinden 650-750°C sıcaklık aralığında ve azot gazı atmosferinde farklı temas süreleri uygulanarak çeşitli aktif karbonlar elde edilmiş ve bunlardan 2,4-D ve Metribuzin'i en yüksek kapasiteyle adsorplayan çalışma adsorbenti olarak seçilmiştir. Deneysel çalışmalarda bu aktif karbon ticari aktif karbon ile birlikte adsorbent olarak kullanılmıştır.Adsorpsiyon çalışmalarında öncelikle başlangıç pH'ının, 2,4-D ve Metribuzin'in her bir adsorbentin denge alım değerine etkisi incelenmiş ve her iki adsorbente 2,4-D adsorpsiyonunda çalışma pH'ı 2.0 olarak, Metribuzin için ise 4.0 olarak belirlenmiştir. 2,4-D ve Metribuzin adsorpsiyonuna sıcaklığın etkisi incelendiğinde, 2,4-D'nin her iki adsorbente adsorpsiyonunda maksimum adsorpsiyon kapasitesine 25°C'da, Metribuzin için ise 45°C'da ulaşıldığı gözlenmiştir. Her bir herbisit-adsorbent sistemi için başlangıç herbisit derişiminin 300 mg/L'ye kadar artmasıyla adsorpsiyon kapasitesinin arttığı adsorpsiyon veriminin ise azaldığı saptanmıştır. Adsorpsiyon kapasitesi açısından incelendiğinde, şeker pancarı küspesi aktif karbonunun ticari aktif karbon kadar olmasa da her iki kirleticiyi de oldukça yüksek kapasitede adsorpladığı tespit edilmiştir. Hatta düşük herbisit derişimlerinde şeker pancarı küspesi aktif karbonunun adsorpsiyon veriminin ticari aktif karbon verimine yaklaştığı görülmüştür.Çalışmaların son aşamasında, adsorpsiyon dengesinin matematiksel olarak tanımlanmasında her bir herbisit-adsorbent sistemi için Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon modelleri kullanılmış ve model sabitleri hesaplanmıştır. Ayrıca kinetik verilerin birinci derece ve ikinci derece görünür (pseudo) kinetik modellere uyumu araştırılarak, her bir modele ait kinetik sabitler bulunmuştur. Her bir herbisit-adsorbent sistemi için derişime bağlı olarak dış taraf kütle aktarım katsayıları ve iç difüzyon hız sabiti değerleri de saptanmıştır. Son olarak her bir sistem için adsorpsiyon termodinamik sabitleri termodinamik eşitlikler kullanılarak belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler : Su kirliliği, pestisit, 2,4-D, Metribuzin, adsorpsiyon, aktif karbon, şeker pancarı küspesi

Abstract:
In this dissertation the adsorption of 2,4-D (2,4-dichlorophenoxy acetic acid) and Metribuzin herbicides, present in wastewaters, on activated carbon produced from dried sugar beet pulp by heat activation and on commercial powdered activated carbon was comparatively investigated in a batch system.At the first part of the studies, different activated carbons were produced from dried sugar beet pulp at 650-750°C temperature range under nitrogen gas atmosphere applying various contact times. The one, which had the maximum adsorption capacity for both 2,4-D and Metribuzin was selected as working adsorbent. This activated carbon was used together with the commercial activated carbon in the experimental studies as adsorbent.At adsorption studies, firstly, the effect of initial pH on the equilibrium uptake of 2,4-D and Metribuzin for each adsorbent was investigated and for each adsorbent optimum working pH was determined as 2.0 for 2,4-D and as 4.0 for Metribuzin. The effect of temperature on the adsorption of 2,4-D and Metribuzin indicated that maximum adsorption capacities for each adsorbent were reached at 25°C for 2,4-D and at 45°C for Metribuzin. For each herbicide-adsorbent system it was observed that adsorption capacity increased and adsorption yield decreased with increasing initial herbicide concentration up to 300 mg/L. When the adsorbents are compared due to their adsorption capacities, it was seen that although the adsorption capacity of sugar beet pulp activated carbon was lower than that of commercial activated carbon, the sugar beet pulp activated carbon had a high adsorption capacity for both pollutants. Even it was observed that at low herbicide concentrations the adsorption yield of the beet pulp activated carbon approached to the yield of commercial activated carbon.At the last step of studies, the Langmuir and Freundlich adsorption models were used to define the adsorption equilibrium of each herbicide-adsorbent sytem mathematically and model constants were obtained. In addition, first order and second order pseudo kinetic models were applied to kinetic data of adsorption and kinetic constants belonging to these models were found. For each herbicide-adsorbent sytem external mass transfer coefficients and internal diffusion rate constants were determined due to the initial herbicide concentration. Finally the thermodynamic parameters of adsorption were calculated by using thermodynamic equations for each system.Keywords: Water pollution, pesticide, 2,4-D, Metribuzin, adsorption, activated carbon, sugar beet pulp