Yüksek fırın cüruflarının sulu çözeltilerden ağır metallerin giderilmesinde kullanılması
The use of blast furnace slag in the removal of heavy metals from aqueous solutions
Yazar: GÜVEN YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. NURDAN SARAÇOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
CaO, SiO2, Al2O3 ve diğer metal oksitlerden oluşan yüksek fırın cürufu sık bulunan çelik endüstrisi yan ürünüdür. Bu çalışmada granüle yüksek fırın cürufu (GYFC), sulu çözeltilerden Cu(II) ve Pb(II) uzaklaştırmak için adsorbent olarak kullanılmıştır. İlk önce başlangıç pH'ının, GYFC miktarının, tane boyutunun ve temas süresinin Cu(II) ve Pb(II) uzaklaştırmasına etkisi araştırılmıştır. Yüksek fırın cürufunun ortamı nötrleştirme veya alkali etkisi, cüruf ile ağır metal uzaklaştırma prosesinin farklılığını ve kompleks yapısını belirlemektedir. En etkin Cu(II) ve Pb(II) uzaklaştırmasının, cürufun en fazla hidroliz olup, Ca+2, OH- ve diğer iyonları saldığı, başlangıç pH'ı 2'de gerçekleştiği görülmüştür.Çalışılan konsantrasyon aralığında (25-300 mg/L), Cu(II) ve Pb(II) için sorpsiyon verisi Langmuir eşitliği ile tanımlanmaktadır. 25 ºC'de maksimum adsorpsiyon kapasitesi Cu(II) ve Pb(II) için sırasıyla 5,79 mg/g ve 12,64 mg/g olarak elde edilmiştir. Ayrıca Cu(II) ve Pb(II) için yüksek fırın cürufu ile sorpsiyon kinetiğinin yüksek korelasyon sabiti ile, ikinci derece kinetik modeli ile ifade edilebileceği bulunmuştur.Son olarak pH 2'de başlangıç iyon konsantrasyonu (29,3-170,7 mg/L) ve GYFC konsantrasyonu (0,76-9,24 g/L) gibi değişkenlerin Cu(II) ve Pb(II) için % uzaklaştırma, qe (mg/g) ve son pH üzerine etkisi Box-Wilson istatiksel metodu kullanılarak incelenmiştir. Yüksek regrasyon katsayıları, ikinci derece polinom modellerin deneysel veriyi en iyi temsil ettiğini göstermektedir.

Abstract:
Blast furnace slag which consist of CaO, SiO2, Al2O3 and other metal oxides is an abundant by-product in steel making industry. In this study granulated blast furnace slag (GBFS) was used as adsorbent to remove Cu(II) and Pb(II) ions aqueous solutions. First, the influence of initial pH, particle size, slag dosage and contact time on Cu(II) and Pb(II) removal was investigated. The alkali or neutralization effect of blast furnace slag on medium determines the peculiarities and complex nature of the process of elimination of heavy metal ions by slag. It was found that the efficient Cu(II) and Pb(II) removal occured at initial pH 2 which promoted at most the hydrolysis of slag and the release of Ca++, OH- and other ions.In the range of concentrations (25-300 mg/L), the sorption data for Cu(II) and Pb(II) have been described by Langmuir equation. The maximum adsorption capacity at 25 ºC for Cu(II) and Pb(II) obtained as 5,79 mg/g and 12,64 mg/g respectively. It was also found that blast furnace slag sorption kinetics for Cu(II) and Pb(II) can be represented well by the pseudo-second order kinetics with high correlation coefficients.Finally at initial pH 2, influence of initial metal concentration (29,3-170,7 mg/L) and blast furnace concentration (0,76-9,24 g/L) variables on % removal of Cu(II) and Pb(II), qe (mg/g) of Cu(II) and Pb(II) and final pH were examined using Box-Wilson statistical method. High regression coefficients indicates very good representation of experimental data by second order polynomial regression models.