Kayısı ve şeftali çekirdeği ile badem kabuğu karışımından hazırlanmış olan aktif karbon ile sulu ortamlardan anyonik ve katyonik yapılı kirleticilerin giderilmesi
Removal of anionic and cationic pollutants from aqueous solutions by using activated carbon prepared from apricot, peach stones and almond shell mixture
Yazar: ŞEYMA YÜKSEL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. RAMAZAN ORHAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Farklı türdeki endüstrilerin sebep olduğu atık suların kullanımı ve depolanması sırasında meydana gelen sızıntı sonucu yeraltı sularında, ağır metal kirliliğine rastlanmaktadır. Nikel ve krom bu kirlenmiş yeraltı sularında bulunan yaygın ağır metallerdendir.  Bu iki ağır metalde hem toksik hem de kanserojendir. Bu nedenle gerek nikel ve gerekse krom gibi ağır metal içeren atık suların çevreye verilmeden önce uygun tekniklerle arıtılması ve metal konsantrasyonunun müsaade edilebilir limite düşürülmesi gerekmektedir.
Başlıca ağır metal giderme yöntemleri olarak kimyasal çöktürme, iyon değiştirme, ters osmoz, membran filtrasyonu, çözücü ekstraksiyonu ve adsorpsiyonu sayabilir. Bu teknolojiler arasında, adsorpsiyon prosesi yüksek adsorpsiyon kapasitesi, kolay kullanımı, düşük işletme maliyeti ve çevre dostu doğa özellikleri nedeniyle ağır metal iyonlarının uzaklaştırılması için en etkili ve yaygın kullanılan yöntem olarak kabul edilmektedir. Sabit yataklı kolonların adsorpsiyon performansı ise kolon deneylerinden elde edilen breakthrough eğrileri kavramı ile açıklanmaktadır. Bu eğrinin şekli ve kırılma noktasının görünme zamanı adsorpsiyon kolonunun işleyişini ve dinamik cevabını belirlemek için önemli özelliklerdir.
Bu deneysel çalışmada kayısı ve şeftali çekirdeği kabuğu ile badem kabuğu karışımından daha önceden hazırlanmış aktif karbon kullanılarak sabit yataklı kolonda sulu çözeltilerden Ni(II) ve Cr(VI) 'nın adsorpsiyon verimi üzerine akış hızı, pH, başlangıç metal konsantrasyonu, adsorbent yatak yüksekliği ve sıcaklık gibi çalışma parametrelerinin etkisi deneysel olarak çalışılmıştır. Breakthrough eğrilerini tahmin etmek ve kolonun kinetik parametrelerini belirlemek için Adams-Bohart, Thomas ve Yoon –Nelson gibi üç farklı kinetik model kullanılmıştır.
Kolon deneylerinin 1. aşamasında Ni(II) metalinin giderimi incelendi. Yapılan iki deney sonucunda Ni(II) giderimi için kullanılan aktif karbonun, adsorpsiyon kapasitesinin düşük çıktığı görülmüştür. Bu nedenle diğer parametreler incelenmemiştir. 2. aşamasında ise Cr(VI) giderimi için deneyler yapılmıştır. Adsorpsiyon kapasitesi yatak yüksekliği ve başlangıç Cr(VI) konsantrasyonu artmasıyla artmış, ancak akış hızı, pH ve çalışma sıcaklığının artmasıyla azalmıştır. Cr(VI) 'nın aktif karbon üzerine adsorpsiyon kapasitesinin çözelti pH'ına kuvvetli bağlı olduğu görülmüştür. Adams-Bohart modelinin breakthrough eğrilerinin sadece başlangıç bölgesi için (Ct/C0 < 0.5 değeri) uygun olduğu, breakthrough eğrilerinin tamamı için ise Thomas modelinin daha uygun olduğu belirlenmiştir. 
Elde edilen sonuçlar üçlü karışımdan hazırlanmış olan aktif karbonun, sulu çözeltilerden pozitif yüklü katyonik Ni(II) iyonunu adsorplamadığı fakat anyonik yapıdaki Cr(VI) iyonlarının gideriminde etkili ve çevre dostu bir adsorbent olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Ni(II) ve Cr(VI), Adsorpsiyon, Aktif Karbon, Sabit Yataklı Kolon

Abstract:
During the storage and use  of wastewaters caused by different types of industries, result of leakage occurring groundwater is encountered heavy metal pollution. Nickel and chromium are common heavy metals found in these contaminated ground waters. Both of these heavy metals are both toxic and carcinogenic. Therefore, the wastewaters containing heavy metals such as Cr(VI), Ni(II) requires effective treatment by suitable techniques before discharging into aquatic environments and their concentrations must be reduced below the permissible limit.
Various treatment technologies such as ion exchange, reverse osmosis, chemical precipitation, membrane filtration, solvent extraction and adsorption have been developed for the removal of heavy metal from water/waste waters. Compared with other methods, adsorption is accepted as the most effective and widely used method for the removal of heavy metal ions due to its high adsorption capacity, easy use, low operating cost and environmentally friendly nature features. The adsorption performance of the fixed bed columns is described through the concept of the breakthrough curve obtained from column experiments. The shape of the breakthrough curve and the time of appearance of the breakpoint are very important characteristics for determining the operation and dynamic response of an adsorption column.
In this work, an activated carbon prepared previously from a mixture of apricot and peach stone shells and almond shell was used for the removal of Ni(II) and Cr(VI) from aqueous solutions in a fixed-bed column. The influence of several operating parameters, such as flow rate, pH value, initial metal concentration, adsorbent bed height and temperature on the fixed-bed adsorption process were investigated and three different kinetic models such as the Adams-Bohart, Thomas and Yoon-Nelson were used to determine the kinetic parameters and to analyze the breakthrough curves in the adsorption process.    
The removal of Ni(II) metal was studied in the first step of the column experiments. Two experimental results showed that the adsorption capacity of active carbon used for Ni(II) removal was low. Therefore, other parameters have not been studied. In the second step, experiments were carried out for the removal of Cr(VI). The adsorption capacity was increased with an increase of the bed height and influent Cr(VI) concentration, but decreased with the increasing the flow rate, pH and operating temperature. The adsorption capacity of Cr(VI) onto AC was also strongly dependent on the solution pH.  The results obtained indicate that Thomas model is more suitable dynamic model to full description of breakthrough while the Adams–Bohart model is only advantageous for the initial region of breakthrough curves (i.e., when Ct/C0 < 0.5).
The results show that the active carbon prepared from the triple mixture can not be adsorb positively charged cationic Ni(II) ions from aqueous solutions but can be used as an effective and environmentally friendly adsorbent for the removal of Cr(VI) ions in anionic form.

Key Words: Ni(II) and Cr(VI), Adsorption; Activated Carbon, Fixed-Bed Column