Endüstriyel atık sulardan biyoremidasyon ile kromun detoksifikasyonu, doğal ve kimyasal/biyolojik yöntemlerle modifiye edilmiş kil üzerine krom adsorpsiyonunun merkezi kompozit tasarım yöntemi kullanılarak incelenmesi
Detoxification of chromium via bioremediation with industrial wastewater, investigation of chromium adsorption onto natural and chemical/biological modified clay by using composite design method
Yazar: BERAT ÇINAR ACAR
Danışman: PROF. DR. ZEHRANUR YÜKSEKDAĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Çalışmada, Bolu-Gerede bölgesi deri endüstrisi atık suyundan 13 bakteri izole edilmiş ve farklı derişimlerde (25−500 mg/L) K2Cr2O7 ve CrO3'ün Nutrient besi ortamına ilave edilmesiyle bakterilerin MİK konsantrasyonları belirlenmiştir. En yüksek MİK değerine sahip BCA13 (500 mg/L) izolatının, farklı pH (4-10) koşullarında Cr(VI)'yı indirgeme etkisi tespit edilmiş ve optimum pH değeri pH 6,5 olarak belirlenmiştir. BCA13 izolatı ile pH 6,5'te 50, 100, 150, 200 ve 250 mg/L derişimlerdeki Cr(VI)'nın sırasıyla 32, 56, 64, 80 ve 96. saatlerde tamamının indirgendiği görülmüştür. BCA13 izolatının 16S rDNA analizi ile moleküler tanımlaması yapılmıştır. Renklerine göre dört farklı kod ile isimlendirilen (Beyaz, Kumlu-Beyaz, Gri ve Yeşil) bentonit numuneleri arasından en yüksek katyon değişim kapasitesine (118,57 meq/100 g) sahip beyaz renk kodlu bentonitin iki farklı asit ile (H2SO4 ve HCl) farklı derişimlerde asit aktivasyon çalışmaları yapılmıştır. Ham ve asit ile aktive edilmiş beyaz bentonitlerin XRD, XRF, Yüzey alanı ve porozite, TG/DTA, FT-IR, SEM ve EDX analizleri ile karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Adsorpsiyon çalışmalarında adsorban olarak en yüksek yüzey alanına sahip (493 m2/g) 1 M H2SO4 ile muamele edilmiş numune kullanılmıştır. Cr(VI) ve Cr(III) alım deneyleri için kesikli yöntem uygulanarak pH, sıcaklık, başlangıç krom derişimi ve temas süresinin krom adsorpsiyonuna etkisi Merkezi Kompozit Tasarımı kullanılarak 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 analizi incelenmiş ve model ile deneysel bulguların uyumuna bakılmıştır. En yüksek Cr(III) adsorpsiyonu, 60oC sıcaklıkta, pH 4,9 ve 250 mg/L başlangıç Cr(III) derişiminde Q değeri 219,8 mg/g olarak tespit edilmiştir. Adsorban üzerine Cr(III) adsorpsiyonundan elde edilen deneysel verilerin, Langmuir, Freundlich ve Dubinin−Radushkevich izotermlerine uygunluğu belirlenmiştir. Adsorban üzerine Cr(III) adsorpsiyonu için ΔH°, ΔS° ve ΔG° gibi termodinamik parametreler hesaplanmış ve adsorpsiyonun Langmuir tek tabaka izotermine uygunluk gösterdiği, adsorpsiyonun endotermik karakterli olduğu ve kendiliğinden (istemli) gerçekleştiği belirlenmiştir. Yalancı ikinci derece ve Lagergren kinetik modelleri kullanılarak Cr(III) adsorpsiyonun kinetik çalışmaları yapılmış ve adsorpsiyonun yalancı ikinci dereceden kinetik modeline uygunluk gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
In the study, 13 bacterias have been isolated from leather industry waste water in Bolu-Gerede location and with the addition of K2Cr2O7 and CrO3 's addition to nutrient media in different concentrations (25−500 mg/L), MIK concentrations of the materials were determined. Reduction impact of BCA13 (500 mg/L) isolate that has the highest MIK value over Cr(VI) in different pH conditions (4−10) has been determined and optimum pH condition has been determined as pH 6.5. With BCA13 isolate in pH 6.5, for 50, 100, 150, 200 and 250 mg/L concentrations of Cr(VI), all have been seen to have reduced in 32nd, 56th, 64th 80th and 96th hours respectively. BCA13 isolate's molecular identification has been made with 16S rDNA analysis. Between bentonite samples that have been named with 4 different codes according to their colors (White- Sandwhite, Grey and Green), acid activation studies have been done for white code bentonite that has the highest cation change capacity (118,57 meq/100 g) between the samples with 2 different acids (H2SO4 ve HCl) under different concentrations. XRD, XRF, surface area and porosity, TG/DTA, FT-IR, SEM and EDX analysis and characterization studies have been done for white bentonites that are activated with raw and acid. In adsorbtion studies, the sample with the highest surface area(493 m2/g), treated with 1 M H2SO4,  has been used. For Cr(VI) and Cr(III) uptake experiments, intermittent method has been applied and pH, temperature, starting chromium concentration and the impact of contact time to chromium adsorption have been determined with the use of Central Composite Design. With the use of the least squares method, regression factors are determined, response surface graphics have been created according to the polinomal equation acquired from Central Composite Design. Applied models ANOVA analysis between % 95 confidence interval has been investigated and findings between model and experimental findings have been determined. The highest Cr(III) adsorption in 60oC, pH 4,9 and 250 mg/L initial Cr(III) concenration, Q value has been determined as 219,8 mg/g. Experimental data, acquired from Cr(III) adsorption over adsorban has been determined that they are convenient with Langmuir, Freundlich and Dubinin−Radushkevich isotherms. For Cr(III) adsorption, some parameters like ΔH°, ΔS° ve ΔG° have been calculated on adsorban and it has been determined that adsorption is coherent with Langmuir monolayer isotherm, adsorption has endothermic character and has deliberately occured. By using liar second degree and Lagergren kinetic models, Cr(III) adsorptions kinetic studies have been applied and it has been determined that the adsorption has shown suitability with liar second degree kinetic model.