Ferrokrom baca tozlarının ağır metal adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Investigation of heavy metal adsorption properties of ferrochrome ash
Yazar: ERDOĞAN UĞURLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BİROL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Adsorpsiyon kinetiği = Adsorption kinetic ; Ağır metal giderimi = Heavy metal removal ; Ağır metal kirliliği = Heavy metal pollution ; Freundlich izotermleri = Freundlich isotherms ; Langmuir izotermleri = Langmuir isotherms

Özet:
Atık suların yapısında bulunan ağır metaller hem insan sağlığı hem de ekosistem üzerinde ciddi bir tahribata neden olmaktadır. Bu kapsamda atık suların arıtılması ve geri dönüşümü önemli bir çalışma alanı oluşturmaktadır. Atık sularda bulunan ağır metallerin adsorpsiyon yöntemi ile arıtılması ise günümüzde oldukça popüler bir çalışma konusudur. Bu yöntem diğer yöntemlere göre tek seferde daha fazla su arıtımı, hızlı işlem kabiliyeti ve adsorbent çeşitliliği gibi çeşitli avantajlar sunmasıyla da dikkat çekmektedir. Bu kapsamda yapılan çalışmalarda ise artık amaç adsorpsiyon yönteminden ziyade düşük maliyetli ve yüksek verimliliğe sahip yeni adsorbentlerin araştırılması ve hazırlanmasıdır. Yapılan çalışmada bir ağır sanayi atığı olan ferrokrom külü (baca tozu) (FCA) adsorbent olarak kullanılarak atık sularda bulunan bakır , kurşun ve kadmiyum ağır metallerinin tekli ve çoklu adsorpsiyon verimliliği araştırılmıştır. Araştırılan ağır sanayi atığına literatür çalışmaları sonucunda elde edilen verilerden yararlanarak, öğütme, yıkama gibi çeşitli ön işlemler uygulanmıştır. Hazırlanan adsorbentin verimliliği üzerindeki değişiklikler yapılan çeşitli deneyler altında incelenmiştir. Bunun için çeşitli pH, konsantrasyon ve adsorbent miktarları ile farklı kombinasyonlar altında deneyler yapılmıştır. Bu ağır metal iyonlarının tekli, ikili ve üçlü kombinasyonları ile yapılan deneylerden elde edilen veriler doğrultusunda en yüksek adsorpsiyon kapasiteleri belirlenmiştir. Ayrıca tekli çalışmalar için Langmuir ve Freundlich izoterm modelleriyle, birinci derece ve ikinci derece kinetik modelleriyle karşılaştırılarak adsorpsiyon mekanizmaları da belirlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda Cu(II) Adsorpsiyonu için en yüksek adsorpsiyon kapasitesi 198.125 mg/g, Pb(II) adsorpsiyonu için 1519 mg/g ve Cd(II) adsorpsiyonu için 84.5 mg/g olarak belirlenmiştir. Her biri 100 mg/L miktarındaki Cu(II)-Pb(II) ikili çalışmasında maksimum adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 28.75 mg/g ve 60.2 mg/g olarak bulunmuştur. Yine 100 mg/L miktarındaki Cu(II)-Cd(II) ikili çalışmasında maksimum adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 36.05 mg/g ve 6.55 mg olarak belirlenmiştir. 100 mg/L'lik Pb(II)-Cd(II) ikili çalışmasında ise çalışması için sırasıyla 74.6 mg/g ve 78.8 mg/g değerleri elde edilmiştir. Son olarak Cu(II)-Pb(II)-Cd(II) çoklu adsorpsiyon çalışmasında ise her biri 30 mg/L için maksimum adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 96.68 mg/g , 97.8 mg/g ve 25.17 mg/g olarak elde edilmiştir.

Abstract:
Heavy metals in the structure of wastewater cause serious damage to both human health and the ecosystem. In this context, the treatment and recycling of wastewater constitutes an important field of study. The purification of heavy metals in wastewater by adsorption method is a very popular study topic today. This method draws attention as it offers several advantages such as more water purification at once, fast processing capability and variety of adsorbent compared to other methods. In the studies carried out in this context, the aim is to research and prepare new low-cost and high-efficiency adsorbents rather than the adsorption method. In the study, single and multiple adsorption efficiency of copper, lead and cadmium heavy metals in wastewater was investigated by using ferrochrome ash (flue dust) (FCA), which is a heavy industry waste, as an adsorbent. Various pre-treatments such as grinding and washing were applied to the investigated heavy industry waste, using the data obtained because of the literature studies. The changes on the efficiency of the prepared adsorbent were investigated under various experiments. For this, experiments were carried out under different combinations with various pH, concentration and adsorbent amounts. The highest adsorption capacities were determined in accordance with the data obtained from the experiments with single, double and triple combinations of these heavy metal ions. In addition, for single studies, adsorption mechanisms were determined by comparing Langmuir and Freundlich isotherm models with first-order and second-order kinetic models. As a result of the experiments, the highest adsorption capacity was determined as 198.125 mg/g for Cu(II) adsorption, 1519 mg/g for Pb(II) adsorption and 84.5 mg/g for Cd(II) adsorption. Maximum adsorption capacities were found to be 28.75 mg/g and 60.2 mg/g, respectively, in Cu(II)-Pb(II) dual studies at an amount of 100 mg/L each. In the dual study of Cu(II)-Cd(II) at 100 mg/L, the maximum adsorption capacities were determined as 36.05 mg/g and 6.55 mg, respectively. In the double study of 100 mg/L Pb(II)-Cd(II), values of 74.6 mg/g and 78.8 mg/g were obtained, respectively. Finally, in the Cu(II)-Pb(II)-Cd(II) multiple adsorption study, the maximum adsorption capacities for each 30 mg/L were 96.68 mg/g, 97.8 mg/g and 25.17 mg/g, respectively.