İçme sularından mangan ve arsenik gideriminde doğal ve modifiye edilmiş zeolitlerin kullanımı
Using natural and modified zeolites for removal of manganese and arsenic from drinking water
Yazar: İNCİ ÖZKAN
Danışman: DOÇ. DR. AYTEN ATEŞ
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Doğal zeolit  (NZ), Türkiye'nin Sivas-Yavu bölgesinden elde edilmiş ve iyon değişimi (NH4NO3) ile, NaOH ile alkali muamelesi ile ve Al2(SO4)3 kullanarak alüminyum yüklenmesiyle modifiye edilmiştir. Doğal ve modifiye edilmiş zeolitler XRF, XRD, N2 sorpsiyon, FTIR, NH3-TPD, partikül boyutu dağılımı, SEM ve TGA ile karakterize edilmiştir. Doğal zeolitin NH4NO3 muamelesi, NH4+ ile Na+ ve Ca+2 katyonlarının iyon değişimi ve Fe+3 ve Mg+2 katyonlarının kısmi değişimi ile sonuçlanmıştır. Doğal zeolitlerin NaOH ile muamelesi zeolitlerin katyon içeriğinde önemli bir değişime neden olmamaktadır. Ancak, bu muamele doğal zeolitin belirgin miktarda dealuminasyona ve desilikasyonuna sebep olmaktadır. FTIR ve TGA sonuçları, NaOH ile muamele ile yapıda dekatyonizasyon, dealüminasyon ve desilikasyon ile birlikte zeolitin hidrofilik doğasını artırmaktadır. Bununla birlikte, örneklerin mangan sorpsiyonu, örneklerin hidrofilik doğasını artırmaktadır. İyon değişimi ve alüminyum yüklemesi örneklerin yüzey alanı, gözenek hacmini ve yüzeydeki asit merkezlerinin sayısını artırırken, NaOH ile alkali muamele desilikasyon, dealüminasyon ve sinterlemeden dolayı yapının kısmı çöküşü nedeniyle örneklerin yüzey alanı, gözenek hacmini ve yüzeydeki asit 
merkezlerinin sayısını azalmakatdır. Tüm modifikasyonlar, iyon değişimi, alkali muamele, alüminyum yüklemesi, doğal zeolitlerin mangan ve arsenik adsorpsiyon kapasitesini artırmaktadır. Heterojen yüzeylerin varlığından dolayı, Freundlich izoterm modeli Mn(II) adsorpsiyonundan sağlanmış verilerle iyi uyum göstermiştir. As (V) adsorpsiyonu ise homojen yüzeylerde geçerli olan Langmuir izoterm model ile uyum göstermektedir. Katyonların adsorpsiyon izotermleri arasındaki bu farklılık, Mn(II) ve As (V)'in zeolitin farklı iyon değişim merkezlerinde adsorpsiyonun bir sonucu olabilmektedir.
Anahtar kelimeler: Doğal zeolit; Mangan; Dealüminasyon; Desilikasyon; Adsorpsiyon; Mangan; Arsenik

Abstract:
The natural zeolite (NZ) was obtained from Sivas- Yavu of Turkey and modified by ion-exchange (NH4NO3), alkali treatment using NaOH and addition of aluminum using Al2(SO4)3.  The natural and modified samples were characterized by XRF, XRD, N2 sorption, FTIR, NH3-TPD, particle size distribution, SEM and TGA. Ion-exchange with NH4+ of NZ results in the exchange of the Na+ and Ca+2 cations and the partial exchange of the Fe+3 and Mg+2 cations. While the treatment of the NZ with NaOH leads to insignificant change of almost all cations, it causes significant dealumination and desilication of the NZ. FTIR and TGA results showed that decationisation, dealumination and desilication give rise to a decrease in hydrophilic nature of NZ. However, manganese sorption of samples increases their hydrophilic nature. Ion exchange and aluminum introduction increases surface area and pore volume of samples as well as surface acidity, whereas alkali treatment with NaOH decreases them due to partial collapse of structure with significant desilication and dealumination and sintering. All modifications, ion exchange, alkali treatment, aluminum introduction, increase the manganese and arsenic sorption capacity of natural zeolites. The Freundlich isotherm model was best fitted to the isotherm data obtained from Mn(II) sorption due to a heterogeneous surface existence. The Langmuir isotherm was best fitted to the isotherm data obtained from As (V) sorption due to a homogenous surface existence. The differences between the isotherms of Mn(II) and As (V) may be a result of different of sorption sites responsible for the sorption of Mn(II) and As (V)
Keywords: Natural zeolite; Manganese; Dealumination; Desilication; Sorption; Manganese; Arsenic