Karbonbazlı reçine organo kil nanokompozitler ile uranyum gideriminin araştırılması
Investigation of uranium removal with carbon-based resin organo clay nanocomposites
Yazar: ARVIN SEHHATIGDIRI
Danışman: PROF. DR. AHMET GÜRSES
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Amaç: Uranyum, genellikle çevrede altı değerlikli formda bulunan zararlı bir radyoaktif elementtir ve nükleer endüstriyel faaliyetler aracılığıyla çevreye aşırı miktarda girebilir, bu nedenle uzaklaştırılması zorunlu hale gelmiştir. Bu çalışmanın temel amacı, Melamin Formaldehit köpük (MFK) ve Melamin formaldehit organo kil nanokompoziti köpük (MFKNKK) ile sulu çözeltilerden U(VI) iyonlarının adsorpsiyonunun adsorpsiyon kapasitesini ve başlangıç uranyum konsantrasyonu, adsorpsiyon süresi, adsorban dozajı, başlangıç pH ve sıcaklık gibi çeşitli değişkenlerin giderim oranı üzerine etkisini incelemektir.
Yöntem: Bu çalışmada, melamin formaldehit köpük (MFK) ve melamin formaldehit organo kil nanokompozit köpük (MFKNKK) gibi iki yeni adsorban, termal işlem ile sertleştirilerek hazırlandı. Hazırlanan adsorbanların yapısal, kristalografik, tekstürel ve yüzey morfolojik karakterizasyonu, FTIR ve XRD gibi spektroskopik ve SEM ve HRTEM gibi mikroskopik teknikler kullanılarak yapıldı. Adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirilerek, U(VI)'nin sulu çözeltideki denge konsantrasyonu, UV-Vis spektrofotometrik (433 nm'de) ve radyoaktivite ölçümleri olmak üzere iki farklı yolla belirlendi.
Bulgular: Adsorpsiyon kinetiği ile ilgili sonuçlar, 90 dakikalık bir sürenin adsorpsiyon dengesine ulaşmak için yeterli olduğunu ve verilerin yalancı ikinci derece kinetik model ile uyumlu olduğunu gösterdi. İzoterm analizi, verilerin Tip III izotermi ve Halsey modeli ile uyumlu olduğunu ortaya koydu. Bu uyum, mevcut adsorpsiyon sistemi için elektrostatik ve kompleks oluşumu olmak üzere iki farklı adsorpsiyon mekanizmasını işaret etmektedir. MFK ve MFKNKK için izotermlerde ortaya çıkan, birinci ve ikinci bölgelere göre hesaplanmış adsorpsiyon izosterik entalpi ve entropi değerleri sırasıyla, 3,65 ve -51,02 kJ/mol ve 1,77 ve -67,28 J/mol olarak bulundu.
Sonuç: Deneysel bulgular, hazırlanan MF köpük ve MF kil nanokompozit köpük adsorbanların oldukça etkili olduklarını ve U (VI)'yi sulu çözeltilerden etkili bir şekilde uzaklaştırmak için umut vaat eden bir alternatif sunduklarını göstermektedir. Bu adsorbanların kullanımı ile çevreye zararlı uranyumun etkin bir şekilde uzaklaştırılabileceği tespit edilmiştir. Bu çalışma, nükleer endüstriyel faaliyetlerin çevresel etkilerini azaltmak için kullanılabilecek yeni ve etkili bir yöntem sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Radyoaktif madde, Nanokompozit, Adsorpsiyon, Melamin formaldehit, Adsorban

Abstract:
Purpose: Uranium is a harmful radioactive element typically found in the environment in its hexavalent form and can enter the environment in excessive amounts through nuclear industrial activities, making its removal imperative. The primary aim of this study is to investigate the adsorption of U(VI) ions from aqueous solutions using Melamine Formaldehyde foam (MFF) and Melamine formaldehyde organoclay nanocomposite foam (MFOCNF), examining the effects of various variables such as initial uranium concentration, adsorption time, adsorbent dosage, initial pH, and temperature on the removal efficiency.
Method: In this study, two new adsorbents, Melamine Formaldehyde foam (MFF) and Melamine formaldehyde organoclay nanocomposite foam (MFOCNF), were prepared and hardened by thermal treatment. Structural, crystallographic, textural, and surface morphological characterization of the prepared adsorbents was carried out using spectroscopic techniques like FTIR and XRD, and microscopic techniques like SEM and HRTEM. Adsorption experiments were conducted, and the equilibrium concentration of U(VI) in the aqueous solution was determined using UV-Vis spectrophotometry (at 433 nm) and radioactivity measurements.
Findings: Results related to adsorption kinetics indicated that 90 minutes was sufficient to reach adsorption equilibrium, and the data fit well with the pseudo-second-order kinetic model. Isotherm analysis revealed that the data conformed to the Type III isotherm and the Halsey model. This agreement suggests an adsorption mechanism comprising two regions: electrostatic interaction and complex formation. The calculated adsorption isosteric enthalpy and entropy values for MFF and MFOCNF in the first and second regions were 3.65 and -51.02 kJ/mol, and 1.77 and -67.28 J/mol, respectively.
Results: Experimental findings demonstrated that the prepared MFF and MFOCNF adsorbents were effective and offered promising alternatives for the efficient removal of U(VI) from aqueous solutions. Isotherm analysis results indicated that the adsorption mechanism involved two regions: electrostatic interaction and complex formation, with the transition between these two regions affecting the adsorption capacities. MFF and MFOCNF adsorbents were found to be promising alternatives for the removal of U(VI) ions, effectively eliminating harmful uranium from the environment. This study presents a new and effective method that can be used to mitigate the environmental impacts of nuclear industrial activities.

Keywords: Radioactive substance, Nanocomposite, Adsorption, Melamine formaldehyde, Adsorbent