Demir çelik endüstrisi yüksek fırın cürufu ve zeolit kullanılarak atık sulardan kurşun giderimi
Removal of lead from wastewater by iron with steel industry blast furnace slag and zeolite
Yazar: EDA AKGÜL
Danışman: PROF. DR. FERRUH ERTÜRK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Cüruf = Slag ; Kurşun = Lead ; Zeolitler = Zeolites

Özet:
Bu çalışmada, demir çelik endüstrisi granüle yüksek fırın curufunun ve doğal bir malzeme olan zeolitin, sulu çözeltilerden kurşun gideriminde adsorbant olarak kullanımı araştırılmıştır. Çalışmalar kesikli olarak her iki adsorbant içinde yapılmıştır. Deneylerde arıtma performansına etki eden adsorbant dozu, temas süresi, giriş kurşun konsantrasyonu, sıcaklık etkileri incelenmiştir.Optimum dozaj miktarı curuf için 0,6 gr iken zelolit için 1,2 gr olarak belirlenmiştir. Adsorpsiyonun dengeye ulaşma süresi zeolit ile yapılan deneylerde 90 dakika, curufla kurşun giderimi için yapılan deneylerde is 60 dakika olarak tespit edilmiştir. 25 °C'de curufun adsorpsiyon kapasitesi 10, 25, 50, 100 mg/l giriş kurşun konsantrasyonu için sırasıyla 0,594, 1,47, 2,42, 5,25 mg/gr bulunmuştur. Aynı sıcaklıkta zeolitin adsorpsiyon kapasitesi ise 25, 50, 100, 150, 200, 250 mg/l konsantrasyon için sırasıyla 2,05, 3,98, 7,42, 8,71, 12,64, 13,25 mg/gr olarak tespit edilmiştir.Kurşun adsorpsiyonu deneysel sonuçlara Langmuir, Freundlich, Temkin ve Sips izotermleri uygulanarak değerlendirilmiştir. Kurşun adsorpsiyonunda curuf için Sips izotermi (R2:1), zeolit için Langmuir izotermi (R2:0,999) uygunluk göstermektedir.25 °C, 35 °C, 45 °C sıcaklıkları için her iki adsorbantta da termodinamik hesaplar yapılmıştır. ?H değeri zeolitle adsorpsiyonda egzotermik bir reaksiyonu gösterirken curufla adsorpsiyonda endotermik bir reaksiyon olduğunu göstermektedir. Her iki adsorbantında çalışılan tüm sıcaklıklarda ?G değerleri pozitif çıkarak kurşunun adsorpsiyonu sırasında dışarıdan enerji gereksinimi olduğunu göstermiştir. Curuf ile yapılan deneylerde pozitif ?S (0,125) değerlerinin bulunması katı/sıvı ara yüzeyindeki düzensizlik olduğunu göstermiş buna karşılık zeolit ile elde edilen sonuçlara bakıldığında negatif ?S (-0,084) değeri kurşun ve zeolit arasındaki adsorpsiyon ilişkisinin çok fazla stabil olduğunu göstermiştir.Yapılan çalışma sonucunda, zeolitin kurşun gideriminde iyi bir adsorbant olduğu curufun ise adsorpsiyon sırasında zeolitten daha az kurşun giderdiği belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Granüle Yüksek Fırın Curufu, Zeolit, Kurşun, Adsorpsiyon, İzoterm, Termodinamik

Abstract:
This study investigates the utilization of granulated blast furnace slag which is end product of iron and steel industry and the natural zeolite as adsorbents in the elimination of lead aqueous solutions. Studies were intermittently conducted for both adsorbents. The dose of the adsorbent, contact time, lead concentration, and heat impact that influenced treatment performance in tests were examined.Optimum adsorbent dose was existed 0,6 g for slag and 1,2 g for zeolite. Contact time for adsorption equilibrium appeared 60 minute for slag and for zeolite 90 minute. The adsorption capacity of slag at 25 °C for 10, 25, 50 100 mg/l inlet lead concentration was found to be 0,594, 1,47, 2,42, 5,25 mg/g respectively. The adsorption capacity of zeolite at the same temperature was determined to be 2,05, 3,98, 7,42, 8,71, 12,64, 13,25 mg/g respectively for 25, 50, 100, 150, 200, 250 mg/l concentration. Lead adsorption was evaluated by applying Langmuir, Freundlich, Temkin, and Sips isotherms to the results of the experiment. While Sips isotherm (R2 : 1) demonstrates convenient for slag in lead adsorption, Langmuir isotherm (R2 : 0,999) demonstrates coherence for zeolite.Thermodynamic calculations were made for temperatures of 25, 35, 45 °C in both of adsorbents. The positive value of ?H confirms the endothermic process for lead adsorption with zeolite. Adsorption with slag indicates exothermic reaction about negative ?H values. For both adsorbents positive value of ?G shows the energy requirement is fulfilled, the reaction proceeds in all temperatures. Experiment with slag was found positive ?S (0,125) indicate randomness at the solid/liquid interface. On the other hand, negative ?S (-0,084) exhibits stability about association with zeolite and lead molecules.As a result of study, the determination of experiments, the zeolite is a good adsorbent for lead removal and the adsorption capacity of slag less than zeolite.Keywords: Granulated Blast Furnace Slag, Zeolite, Lead, Adsorption, Isotherm, Thermodynamics