Sulu çözeltilerden bakır giderimi: Adsorpsiyon, kinetik ve termodinamik inceleme
Removal of copper from aqueous solution: Adsorption, kinetic, and thermodynamic study
Yazar: BESTE YALÇIN
Danışman: DOÇ. DR. NURCAN KAPUCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, CuSO4.5H2O tuzu ile hazırlanan çözeltiden elde edilen Cu(II) ağır metalinin sulu ortamdan giderimi için sentezlenen biyonanokompozit kürecikler destek materyali olarak kullanıldı. Yapılan deneysel çalışmalarda, uygun koşulların belirlenmesi için adsorpsiyon yöntemi kullanıldı. Bu yöntem, uygulama kolaylığı, maliyet ve literatürde sıkça tercih edilen bir yöntem olması ile öne çıkmaktadır. 
Adsorpsiyon işlemine, sıcaklık (25- 45 °C), temas süresi (0-24 saat), pH (3-7) ve başlangıç adsorbat derişiminin (15-250 mg/L) etkisi incelendi. Yapılan deneyler sonucunda, en iyi giderim yüzdesi (%90,34) ve adsorplama kapasitesinin (1,62 mg/g) 25°C sıcaklıkta, 2 saat temas süresi ve pH 5 değerinde elde edildiği tespit edildi.
Adsorpsiyon işleminin mekanizmasının anlaşılması için Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Raduskevich izoterm denklemleri kullanıldı. Langmuir izotermine göre elde edilen R2 değeri ile sistemin uyumlu olduğu ve adsorpsiyonun tek katmanlı moleküler tabaka üzerinde gerçekleştiği belirlendi. Ayrıca, yalancı ikinci derece kinetik modelinin uygulanmasıyla kimyasal adsorpsiyonun gerçekleştiği gösterildi.
Termodinamik analizler sonucunda, 25 °C'de Gibbs serbest enerji değişimi, entalpi ve entropi değerleri sırasıyla -0,39 kJ/mol, -42,89 kJ/mol ve -143,12 J/mol.K olarak bulundu. Bu veriler, sistemin ekzotermik doğaya sahip olduğunu ve 25°C'de işlemin kendiliğinden gerçekleştiğini ortaya koydu. Sentezlenen destek materyalinin Cu(II) gideriminde etkin olduğu sonucuna varıldı. Bu çalışma ile, Cu(II) giderimi için etkili ve çevre dostu bir yöntem olan kitosan-karbon nanotüp kompozit destek materyalinin kullanımı vurgulanmaktadır.

Abstract:
In this study, bionanocomposite beads synthesized as a support material were used for the removal of Cu(II) heavy metal, obtained from a solution prepared with CuSO4.5H2O salt, from an aqueous medium. In the experimental studies, the adsorption method was used to determine the appropriate conditions. This method stands out due to its ease of application, cost-effectiveness, and frequent preference in the literature. The effects of temperature (25-45 °C), contact time (0-24 hours), pH (3-7), and initial adsorbate concentration (15-250 mg/L) on the adsorption process were examined. As a result of the experiments, it was found that the best removal percentage (90.34%) and adsorption capacity (1.62 mg/g) were achieved at 25°C, with a contact time of 2 hours and a pH value of 5.
To understand the mechanism of the adsorption process, Langmuir, Freundlich, and Dubinin-Raduskevich isotherm equations were used. The R2 value obtained according to the Langmuir isotherm indicated that the system was compatible and that adsorption occurred on a single-layer molecular surface. Additionally, the application of the pseudo-second-order kinetic model showed that chemical adsorption took place.
Thermodynamic analysis results at 25°C indicated that the Gibbs free energy change, enthalpy, and entropy values were -0.39 kJ/mol, -42.89 kJ/mol, and -143.12 J/mol.K, respectively. These data revealed that the system is exothermic in nature and the process occurs spontaneously at 25°C. It was concluded that the synthesized support material is effective in the removal of Cu(II). This study emphasizes the use of chitosan-carbon nanotube composite support material as an effective and environmentally friendly method for Cu(II) removal.