Bisfenol A'nın sıfır değerlikli alüminyum ile hidrojen peroksit ve persülfat varlığında ileri oksidasyonuna su bileşenlerinin etkisi
Effect of inorganic and organic solutes on zero valent aluminum-activated hydrogen peroxide and persulfate oxidation of bisphenol A
Yazar: TUĞÇE ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. İDİL ARSLAN ALATON
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Türkiye, Dünya Sağlık Örgütü tarafından yakın bir tarihte (5-10 yıldan kısa bir süre içerisinde) su sıkıntısına maruz kalacak başlıca 15 ülke arasında gösterilmektedir. Bu nedenle atıksuların geri kazanımı, yeniden kullanımı, arıtıldıktan sonra emniyetli bir şekilde tüketilebilmeleri ve/veya atıksuların doğal alıcı su ortamlarına deşarj edilebilmeleri için, su kaynaklarında miktarları giderek artan öncelikli kirleticilerin (mikrokirleticilerin) etkin bir şekilde arıtılmaları gerekmektedir. Bu amaçla çeşitli ileri arıtma yöntemlerinin kullanılabilirliği ve arıtma performansları son yıllarda pek çok çalışmaya konu olmuştur. İleri arıtma yöntemleri arasında ileri oksidasyon prosesleri (İOP), biyolojik olarak zor ayrışan veya toksik, "sorunlu" mikrokirleticilerin su ve atıksudan giderimi amacıyla başarılı bir şekilde uygulanmaktadır. İOP'nin su ve atıksu arıtımında uygulanabilirliğine karar vermek için proseslerin sadece performans ve ekonomik (maliyet) bazında analizleri yeterli değildir; söz konusu arıtma proseslerinin özellikle gerçek doğal su matrislerinde, çeşitli organik ve inorganik su bileşenlerin varlığında performansların ve ekotoksikolojik etkilerinin de değerlendirilmesi önemlidir. Bu kapsamda toksisite testeleri en az konvansiyonel, kolektif çevre parametreleri kadar dikkate alınmalı, kirleticilerin ileri oksidasyonu sırasında biyotoksik etkilerinin de tespit edilip değerlendirilmesi gereklidir. Yapılan çalışmalar sonucunda, endokrin bozucu bileşiklerin üreme sistemi üzerinde kalıcı etkilere, hormonsal kaynaklı kanser risklerine hatta obeziteye dahi sebep olabileceği belirtilmiştir. Yaygın üretimi ve kullanımı sebebiyle endokrin bozucu bileşiklerin başında gelen Bisfenol A (BPA), atık su deşarjı, tehlikeli atık depolama sahalarından kaynaklı sızıntılar, üretim proseleri ya da depolama tesislerinden dökülme yoluyla çevreye yayılabilmektedir. BPA epoksi reçine üretiminde, içecek ve gıda ürünlerinde kullanılan metal kutuların iç yüzeyinde bulunan kaplamalarda ve sağlık sektörü gibi birçok sektör ve alanda yoğun olarak kullanılmaktadır. Tüm bu nedenlerden ötürü, bu bileşiklerin doğrudan ve dolaylı olarak oluşturabilecekleri toksik etkilerden korunabilmek için, etkili bir şekilde arıtılarak doğal ortamdan uzaklaştırılmaları gerekmektedir.  
Bu çalışmanın ilk kısmında, biyolojik olarak ayrışması güç hatta ayrışamayan, toksik etkilere sahip endokrin bozucu bir bileşik olan BPA kirleticisinin, hidrojen peroksit ve persülfat oksidanları kullanılarak, sıfır değerlikli aluminyum (SDA) ile ileri oksidasyonu ve bu oksidasyona su bileşenlerinin etkisi incelenmiştir. 
Bu deneysel çalışma kapsamında, pH 3'te Klorür, Nitrat, Sülfat ve Fosfat gibi inorganik ve hümik asit gibi organik bileşenlerin, Sıfır Değerlikli Aluminyum (SDA; 1 g/L) ile aktive edilmiş Hidrojen Peroksit (HP; 0,25 mM) veya Persülfat (PS; 0,25 mM)  oksidanları varlığında Bisfenol A (BPA; 8,8 mM; 2 mg/L) giderimine olan etkisi incelenmiştir. Bu organik ve inorganik su bileşenleri reaksiyon çözeltisine ilave edilmediği takdirde, PS/SDA arıtma prosesi HP/SDA arıtma prosesine göre BPA giderim verimi (sırasıyla %72 ve %100 BPA giderimi ile sonuçlanmıştır) ve kinetiği açısından daha üstün bulunmuştur. HP/SDA arıtma prosesinin Nitrat ilavesinden (50 mg/L) fazla etkilenmediği, bunun yanında 250 mg/L olarak ilave edilen klorürün PS/SDA arıtma prosesi üzerinde herhangi önemli bir etkisi olmadığı gözlenmiştir. İnorganik anyonların BPA giderimi üzerine olumsuz etkisi genellikle artan yük ile doğru orantılı olarak aşağıdaki sırayla artış göstermiştir: HP/SDA arıtma prosesi için NO3- (inhibisyon yok)

Abstract:
Turkey, by the World Health Organization in the near future (5-10 years within a short time) is shown in the main 15 countries will be exposed to water shortages. For this reason, it is necessary to effectively refine the priority pollutants (microcirculators) in the water resources so that the wastewater can be recovered, reused, safely consumed after treatment, and / or discharged to the natural receiving water environments of the wastewater. For this purpose, the availability and purification performances of various advanced treatment methods have been subject to many studies in recent years. Among advanced treatment methods, advanced oxidation processes (IOPs) have been successfully applied for the removal of biologically difficult dispersant or toxic, "problematic" microchillers from water and wastewater. Only performance and economic (cost) analysis of the processes is not sufficient to determine the feasibility of the API in water and wastewater treatment; it is important to evaluate the performance and ecotoxicological effects of the treatment processes in question, especially in real natural water matrices, in the presence of various organic and inorganic water components. In this context, toxicity tests should be considered as at least as conventional, collective environmental parameters, and the biotoxic effects of pollutants during advanced oxidation must also be determined and evaluated. Endocrine disrupting compounds have recently become an important research topic for researchers because they imitate hormones on the living body, cause permanent damage to the endocrine system and cause many diseases accordingly. As a result of these studies, it has been stated that endocrine disrupting compounds may cause permanent effects on the reproductive system, even hormone-induced cancer risks or even obesity. Bisphenol A (BPA), one of the endocrine disrupting compounds due to its widespread production and use, can be spread around the wastewater discharge by spills from leachates, production processes or storage facilities from waste water disposal sites. BPA is used extensively in many sectors such as epoxy resin production, coatings on the inner surface of metal boxes used in beverage and food products, and health sector. For all these reasons, it is necessary to remove these compounds from the natural environment in order to be able to be protected from toxic effects, which can be produced directly and indirectly. 
Bisphenol A, also known in the literature as 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, is a physically white, crystalline powder compound consisting of the chemical composition of two moles of phenol and polycarbonate molecules. The chemical formula of Bisphenol A with a molecular weight of 229.9 g / mol is shown as C15H16O2 and the CAS number is 80-05-7. The density at 25 ° C is 1,1-1,2 g / L and the water solubility is 300 mg / L. The melting temperature is 153-156 ⁰C, the boiling temperature is 220 ⁰C at a pressure of 0,5 kPa and the inflammation temperature is 207 ⁰C. 
Bisphenol A is a high-yielding compound used in the production of other materials such as polycarbonate plastics, epoxy resins and flame retardants. Among these production areas, polycarbonate plastic is the material with the highest production volume with approximately 70% ratio. Bisphenol is used in many sectors such as automotive and other transport systems sectors, optic storage systems (CD / DVD), electrical / electronic equipment, construction sector, thermal and carbonless paper coating, baby bottles, water and milk bottles production, dentisty because of its high durability and performance. 
Due to the known harmful effects of Bisphenol A, there have been restrictions on legal regulations day by day. The use of baby bottles containing bisphenol A was banned in Canada in April 2008 and in Denmark in April 2010. In 2011, the production of polycarbonate bottles containing BPA was banned in member states of the European Union. Parallel to this situation in our country, the use of BPA in polycarbonate plastics is prohibited in the same year. 
In the EU legislation and the Turkish Food Codex, the specific migration limit for the BPA compound is limited to 0.6 mg / kg. BPA concentration should not exceed 0.6 milligrams per kilogram for that food in case of BPA migration in any food for human nutrition where BPA is present in the polycarbonate packaging material. Within the year 2018, the European Union is aiming to reduce this limit from 0,6 mg / kg to 0,05 mg / kg. 
Demand for advanced oxidation processes, which are advantageous in terms of high efficiency and ease of application, has increased in cases where conventional methods for increasing water and wastewater containing biodegradable and toxic contaminants are inadequate. Advanced oxidation processes (AOP) are processes based on the formation of highly free radicals with high oxidation potential and the reaction of these radicals with pollutants and can be applied to the treatment of surface water and industrial wastewater. 
In recent years, advanced oxidation processes (AOPs) based on the production of free radicals have come to an important place in the treatment of inert or difficult-to-remove contaminants. In this study, further oxidation of BPA pollutant, a biodegradable and non-biodegradable endocrine disrupting compound with toxic effects, with hydrogen peroxide and persulfate oxidants, and the effect of water components on this oxidation were investigated. 
In this study, the effects of inorganic compounds such as Chloride, Nitrate, Sulfate and Phosphate and organic humic acid, Zero Validity Aluminum (SDA; 1 g / L), Hydrogen Peroxide (HP; 0,25 mM) and Persulfate (PS; 0,25 mM ) to oxidize Bisphenol A (BPA; 8,8 mM, 2 mg / L) in the presence of oxidants. The PS / SDA purification system is superior to the HP / SDA system in terms of BPA removal rates and kinetics when these organic and inorganic components are not present. It was observed that the HP / SDA process was not affected by addition of Nitrate (50 mg / L), but chlorine added at 250 mg / L had no effect on the PS / SDA system. The negative effect of inorganic anions on BPA removal generally speaking increased with increasing charge in the following order: NO3-(no inhibition)