Seramik tübüler filtrasyon, membran modüllerinin doğrudan ve kitin/kitosan dolgulu adsorpsiyon kolonu olarak endüstriyel fenolik reçine içeren atıksu arıtımında kullanımının incelenmesi
Investigation of the usage of ceramic tubular filtration membrane modules directly and as chitin/chitosan packed adsorption column for the treatment of phenolic resin containing wastewater
Yazar: EVRİM CANBAY
Danışman: DOÇ. SELÇUK ÖZCAN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, seramik membran destek, mikro ve ultra filtrasyon modüllerinin doğrudan filtrasyon yoluyla ve seramik membran destek modüllerinin kitin/kitosan adsorpsiyon sistemlerinde dolgulu kolon olarak kullanılmalarıyla fenolik reçine içeren endüstriyel atık suların arıtılması hedeflenmiştir
Farklı gözenek yapısına sahip destek, mikro ve ultra filtrelerin karşılaştıması yapılmıştır. Filtrasyon ile arıtımda en iyi performansa ultra filtre ile ulaşılmıştır ve fenolik reçine giderimi %78,8 olarak belirlenmiştir. Mikro filtredeki ve destek filtredeki giderim sırasıyla %31,3 ve %1,6 olarak hesaplanmıştır.
Destek filtrenin kitin için yüksek basınç sirkülasyon sisteminde dolgulu kolon olarak kullanılmasıyla fenolik reçineyi adsorbe edebilme özellikleri çalışılmıştır.40 g adsorbent miktarı, 2000 mL çözelti hacmi, 500 ppm başlangıç fenolik reçine derişimi, 6.25 mL/s sirkülasyon hızı ve 20 oC'de giderim %46 olarak ölçülmüştür. Bu şartlarda kitinin adsorpsiyon kapasitesi 11,6 mg/g olarak belirlenmiştir.
Alternatif adsorban olarak kitosanın fenolik reçineyi adsorbe edebilme özellikleri kesikli sistemde incelenmiştir.  Bu amaçla adsorpsiyonu etkileyecek parametreler ve optimum değerleri belirlenmiştir. Sıcaklık, adsorbat başlangıç derişimi ve adsorban miktarları parametreleri incelenmiştir. Giderimin %44 ile maksimum olduğu sıcaklık 20oC ve adsorpsiyon kapasitesi 11,0 mg/g olarak belirlenmiştir. Artan sıcaklıkla adsorpsiyon kapasitesinin düştüğü gözlenmiştir. Adsorpsiyon verilerinin Freundlich izoterm modeline ve Lagergren birinci derece kinetiğine uygun olduğu gözlenmiştir.
Literatürde kitosanın, kinine dönüştürülmüş fenolik bileşikleri adsorplama kapasitesi 21,5 mg/g olarak verilmiştir. Ayrıca, katı atıklardan elde edilmiş aktif karbonların ve kömür bazlı adsorbentlerin fenolik reçineleri adsorplama özelliği belirlenmiştir. Pirinç saplarından elde edilen aktif karbonun fenol, mono, di, triklorofenolleri adsorplama kapasiteleri sırasıyla 4,9, 11,4, 12,9 ve 14,2 mg/g olarak bulunmuştur. Reçine haline polimerize olmuş fenolik reçineler için adsorpsiyon verisine literatürde rastlanmamıştır. Bu çalışma bu alanda literatüre yeni bilgi kazandırmaktadır. Kitin ve kitosanın fenolik reçine adsorplama kapasitelerinin sırasıyla 11,6 ve 11,0 mg/g olmaları itibariyle literatürde verilen bitkisel atıklardan elde edilmiş aktif karbonun fenolik reçine adsorplama kapasiteleriyle benzer olduğu görülmüştür. Aktif karbon üzerinde fenol ve 2,4- dikolorofenol adsorpsiyon aktivasyon enerjisinin sırasıyla 6,69 kj/mol ve 9,20 kj/mol olduğu verilmiştir. Tarafımızca tespit edilen kitosan üzerine fenolik reçine adsorpsiyon aktivasyon enerjisi 6,4 kj/mol olarak tespit edilmiştir. Bu bulgular fenolik reçinelerin kitin ve kitosan üzerine adsorpsiyonunun endüstriyel uygulamalar için elverişli olduğunu göstermektedir. 

Anahtar Kelimeler: Seramik membran filtre, adsorpsiyon, kitin, kitosan, rezol fenolik

Abstract:
In this study, it is aimed to purify industrial wastewater containing phenolic resin by the use of ceramic support (alumina), micro and ultra filtration modules in direct filtration, and by using ceramic membrane support modules as columns packed with chitin/chitosan powder in a circulation adsorption system..
The ceramic membrane support, micro and ultra filters which have different pore shapes and sizes were compared. The best performance was achieved by ultrafiltration and the yield in phenolic resin removal was 78,8%. The removal with the microfilter and support filter was calculated as 31,3% and 1,6%, respectively.
By using the support filter as a packed column in the high pressure circulation system employing chitin as the filler adsorbent properties, the adsorption properties of chitin for the phenolic resin adsorption, were determined. The adsorption capacity of the chitin of the phenolic resin was determined as 11,6 mg / g.
The adsorbent properties of chitosan as an alternative adsorbent were investigated in the batch system. For this purpose, parameters that affect the adsorption and the optimum values were determined. Temperature, initial concentration of adsorbate and the amount of adsorbent were investigated as parameters. The maximum removal percentage was 44% at 20oC and the adsorption capacity was determined as 11,0 mg / g. Adsorption capacity decreased with increasing temperature. It was observed that the adsorption data were in accordance with Freundlich isotherm model and Lagergren first order kinetics.
In the literature, the adsorption capacity of chitosan of the phenolic compounds that were converted to quinine was given as 21,5 mg / g. In addition, the adsorption capacity of the activated carbon obtained from the rice stems was given as 4,9, 11,4, 12,9 and 14,2 mg / g for phenol, and mono, di, trichloro phenols, respectively. No adsorption data for -polymerized phenolic resins has been reported in the literature. This study provided new information to the literature in the field. The phenolic resin adsorption capacities of chitin and chitosan being 11,6 and 11,0 mg / g, respectively, these values were similar to those of the activated carbon produced from agricultural wastes. The activation energy of phenol and 2,4-dicholorophenol adsorption on activated carbon was reported to be 6,69 kj / mol and 9,20 kj / mol, respectively. The adsorption activation energy of phenolic resin on chitosan determined in this study was determined as 6,4 kj / mol. These findings indicate that the adsorption of phenolic resins on chitin and chitosan is favorable for industrial applications.

Keywords: Ceramic membrane filter, adsorption, chitin, chitosan, resol phenolic resin.