Düzenli mezopor yapısına sahip SiO2 temelli adsorban sentezi ve uranyum sorpsiyonunda kullanılabilirliğinin incelenmesi
Synthesis of SiO2 based adsorbent with ordered mesoporous structure and investigation of its uranium sorption
Yazar: ŞENOL SERT
Danışman: PROF. DR. MERAL ERAL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorbentler = Adsorbents ; Deney tasarımı = Experimental design ; Nano yapı = Nano structure ; Uranyum cevheri = Uranium ore

Özet:
Bu çalışmada geniş yüzey alanına sahip, iyi tanımlanmış ve düzenli por şekli ve dar por boyut dağılımı özellikleri gösteren MCM-41 sentezlenmiş ve üzerinde amin aktif grupları oluşturmak amacı ile modifiye edilmiştir. Elde edilen NH2-MCM-41 adsorbanın karakterizasyonu XRD, SEM, yüzey alanı ve porozite ve FT-IR analizleri ile yapılmıştır. Özellikleri karakterize edilen adsorbanın uranyum adsorpsiyonunda kullanımı incelenmiştir.Uranyum alım denemeleri kesikli yöntem ile gerçekleştirilmiş, etki eden parametreler deneysel tasarım yöntemi içerisinde, merkezi kompozit tasarım kullanılarak incelenmiştir. Çalışmada, dört bağımsız değişken olarak ortamın başlangıç pH'ı, sıcaklık, başlangıç derişimi ve çalkalama süresi belirlenmiştir. En küçük kareler yöntemi kullanılarak regresyon katsayıları bulunmuş, merkezi kompozit tasarımdan elde edilen polinomal denkleme göre cevap yüzey grafikleri oluşturulmuştur. Uygulanan modelin %95 güven aralığı içerisindeki ANOVA (analysis of variance) analizi incelenmiş ve model ile deneysel bulguların uyumuna bakılmıştır. Modelin önemlilik F değerinin P<0.05 ve model F değerinin 18.20 olarak elde edilmesi, regresyonunun istatistiki olarak yüksek değer gösterdiğini belirtmektedir. Korelasyon katsayısı (R2) değerinin %94 olarak belirlenmesi, gözlenen değerlerle öngörülen değerler arasında yüksek bir uyumluluk olduğunu göstermektedir.Her bir etkenin, karelerinin ve etkenler arasında etkileşimin istatistiksel incelenmesi ve adsorpsiyon prosesine olan etkilerinin değerlendirilmesi gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon üzerinde; pH, sıcaklık, başlangıç derişimi ana etkilerinin önemli, çalkalama süresinin ise ana etki olarak önemsiz fakat ana etkinin karesine bağlı olarak önemli olduğu, buna karşılık ikili etkileşimlerden; pH ve derişim, sıcaklık ve derişimin adsorpsiyon üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Optimum adsorpsiyon koşulları; pH= 4.2, sıcaklık 60oC, başlangıç UO2+2 konsantrasyonu 90 ppm ve çalkalama süresi 173 dakika olarak hesaplanmış ve maksimum değer 435 mg/g olarak elde edilmiştir.Adsorpsiyonun karakterizasyonunu yapabilmek için Langmuir, Freundlich ve D-R izoterm modellerine uygunluğu incelenmiş, ?Ho, ?So ve ?Go gibi termodinamik veriler elde edilmiştir. Sonuçlar adsorpsiyonun Langmuir tek tabaka izotermine uyduğunu, endotermik, kendiliğinden ve istemli olduğunu göstermektedir.Rekabet eden iyonların etkisini gözlemlemek amacı ile; Ce+3, Ca+2, Sr+2 ve K+ iyonlarının etkisi incelenmiş her bir elementin varlığında dağılım katsayıları ve seçicilik katsayıları hesaplanmıştır. Rekabet eden iyonların UO2+2 adsorpsiyonuna olan etkisi, eşdeğer molaritede dağılım katsayısına bağlı olarak Ce+3

Abstract:
In this work MCM?41 has been synthesized with very high surface area, well defined and ordered pore shape and narrow pore size distribution. It has been modified in order to graft amine groups on the surface. The obtained NH2-MCM?41 adsorbent was characterized by using XRD, SEM, surface area and porosity analyzer and FT-IR. This characterized adsorbent was investigated in the use of uranium adsorption.The uranium uptake experiments have been carried out by the batch method. The affecting parameters were analyzed by using central composite design as the experimental design method. The parameters; initial pH, temperature, initial concentration and shaking time were selected for this study. The regression coefficents were obtained by the least squares method and the responce surface plots were generated according to polynomial equation which is derived from central composite design. The ANOVA (analysis of variance) data were carried out in 95% confidence level and checked to fitting of experimental value and predicted value. The significant F was P<0.05 with a model F value of 18.20 which revealed that this regression is statistically significant. The correlation coefficient value (R2) of 94% showed that there was a high correlation between the observed values and the predicted ones. The main effects, main affects squares and the interactions of main affects were statistically analyzed and influences of affects on the adsorption process were considered.The influences of initial pH, temperature and initial concentration on the adsorption process were considered statistically significant as main affects. The shaking time was considered as a statistically significant according to square of main affect, although its main affect was considered statistically non-significant. On the other hand, interaction affects of initial pH and initial concentration, temperature and initial concentration were considered as significant parameters on the adsorption process.The optimum points giving the maximum uptake of uranium ions (435 mg/g) were found to be at initial pH= 4.2, temperature 60oC, initial concentration 90 ppm and shaking time 173 minutes.In order to identify the adsorption process, adsorption data were fitted by Langmuir, Freundlich and D-R isotherm models and thermodynamic parameters such as ?Ho, ?So and ?Go were calculated. The results showed that the adsorption of uranium on NH2-MCM?41 was described as an isotherm of Langmuir monolayer type, endothermic, spontaneous and favorable.Effects of competitive ions such as Ce3+, Ca2+, Sr2+, Mg2+ and K+ on the adsorption of uranium were investigated and distiribution coefficent and selectivity coefficient were calculated. The results of performed analyses revealed that the effect of competition ions determined as Ce3+< Ca2+< K+< Sr2+ in equivalent molarity according to distiribution constant.The desorpion study was carried out by using 0.1 M HNO3 at 30oC, 60 minutes. The %73 of initially sorbed uranium was desorbed on NH2-MCM?41.