Elektrokimyasal rejenerasyonlu adsorpsiyon prosesinin çeşitli atık yüklerinin gideriminde denenmesi ve uygulanabilir sistem tasarımının araştırılması
Investigation of the electrochemically regenerated adsorption process on removal of varıous waste loads and the feasiable system design
Yazar: LEYLA GAZİGİL
Danışman: PROF. DR. TANER YONAR
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Yaygın kullanımı olan aktif karbon pek çok kirleticinin (kalıcı, toksik, vb) giderimindi dünya genelinde kullanılmaktadır. Aktif karbon temininde ülkemiz maalesef tamamen dışa bağımlı durumdadır. Doygunluğa erişen aktif karbon ise tehlikeli atık olarak değerlendirilmekte 06 13 02 atık kodu ile bertaraf edilmektedir. Böylelikle ülkemizin kısıtlı olan kaynakları da verimsiz bir şekilde kayba uğramaktadır. Aktif karbon dünya genelinde yaygın olarak termal rejenerasyon yöntem ile rejenere edilmektedir. Ancak şu an için ülkemizde bu tarz hizmet verebilecek bir altyapı aktif olarak mevcut değildir. Bu noktada da en uygun rejenerasyon alternatifi ise elektrokimyasal rejenerasyon olarak durmaktadır. Çalışmanın amacı yerinde rejenerasyon yöntemlerinde biri olan elektrokimyasal olarak aktif karbonun rejnerasyonu için optimum faktörlerin ortaya çıkarılmasıdır. Bu kapsamda hem laboratuvar ortamında metilen mavisi ile doyurulan aktif karbon hem de piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun en iyi rejenerasyon veriminin elde edilmesi için elektrokimyasal yöntemde etkin olan parametreler (elektrolit türü ve konsantrayonu, pH, akımsal yoğunluk ve rejenerasyon süresi ) incelendi ve optimize edildi. Elektrokimyasal rejenerasyonda anot ve katot olarak 2,5x4x4 cm ebatlarında Sn/Sb/Ni-Ti ve 5x5 cm ebatlarında Pi/Ti kullanılmıştır. Elektrokimyasal rejenerasyondan sonra aktif karbonun performansını değerlendirmek için metilen mavisi ile adsorpsiyon testleri yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen deneysel veriler Freundlich ve Langmuir izoterm modellerini test etmek için kullanılmış ve deneysel sonuçların Langmuir izotermi ile iyi bir uyum gösterdiği görülmüştür. Optimum şartlar her iki aktif karbon için de: 0,1 M 50 mA/cm2, 4 saat, 13 g aktif karbon ve 200 ml elektrolit hacmi ile elde edilmiştir. Optimum pH ise her iki elektrolit türünde doğal pH değeri elde edilmiştir. Her iki aktif karbon için optimum şartlar tespit edildikten sonra adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsüne 6 defa tabi tutulmuştur ve 6. döngü sonrasında giderim verimleri sırasıyla KBr ve NaBr elektrolitleri için % 83,83 ve % 68,55 olarak görülmüştür. Ayrıca araştırmada optimum koşullar altında metilen mavisine doyulan ve piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonlar için elektrik enerjisi tüketimi sırasıyla 1,12 ve 1,16 kWh/kg olarak elde edilmiştir.

Abstract:
Activated carbon, which is widely used, is used worldwide for the removal of many pollutants (permanent, toxic, etc.). Unfortunately, our country is completely dependent on foreign countries for the supply of activated carbon. Activated carbon that reaches saturation is considered as hazardous waste and is disposed of with waste code 06 13 02. Thus, the limited resources of our country are lost in an inefficient way. Activated carbon is widely regenerated by thermal regeneration method worldwide. However, there is currently no infrastructure that can provide such services in our country. At this point, the most suitable regeneration alternative is electrochemical regeneration. The aim of the study is to determine the optimum factors for the electrochemical regeneration of activated carbon, which is one of the in-situ regeneration methods. In this context, the effective parameters (electrolyte type and concentration, pH, current density and regeneration time) in the electrochemical method were examined and optimised in order to obtain the best regeneration efficiency of both activated carbon saturated with methylene blue in the laboratory environment and activated carbon saturated from the market. Sn/Sb/Ni-Ti with dimensions of 2.5x4x4x4 cm and Pi/Ti with dimensions of 5x5 cm were used as anode and cathode in electrochemical regeneration. After electrochemical regeneration, adsorption tests with methylene blue were carried out to evaluate the performance of activated carbon. The experimental data obtained as a result of the studies were used to test the Freundlich and Langmuir isotherm models and the experimental results showed good agreement with the Langmuir isotherm. Optimum conditions were obtained for both activated carbons: 0.1 M 50 mA/cm2, 4 h, 13 g activated carbon and 200 ml electrolyte volume. The optimum pH was obtained at natural pH value in both electrolyte types. After the optimum conditions were determined for both activated carbons, they were subjected to adsorption-regeneration cycle 6 times and the removal efficiencies after the 6th cycle were 83.83% and 68.55% for KBr and NaBr electrolytes, respectively. In addition, under optimum conditions, electrical energy consumption for activated carbons saturated with methylene blue and activated carbons obtained from the market was 1.12 and 1.16 kWh/kg, respectively.