Biyopolimer-kil nanokompozit adsorbenti ile Cu(II) giderimi ve geri kazanımı
Cu(II) removal and recovery with biopolymer-clay nanocomposite adsorbent
Yazar: BURAK CAN GÜNEY
Danışman: PROF. DR. YASİN ARSLAN
Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Ağır metal giderimi = Heavy metal removal ; Ağır metaller = Heavy metals ; Bakır = Copper ; Bentonit = Bentonite ; Desorpsiyon = Desorption ; Sorpsiyon izotermleri = Sorption isotherms

Özet:
Atık sular organik ve inorganik bileşikler, ağır metaller, patojenik mikroorganizmalar gibi birçok kirletici içerebilmektedir. Bu kirletici maddelerden olan ağır metaller insanlar, hayvanlar ve bitkiler için tehlikelidir. Atık suların arıtılması, ağır metallerin atık sulardan uzaklaştırılması ve suyun geri kazanılması için uygun maliyetli çözümler gerekmektedir. Kontrol edilebilen özelliklere sahip, biyolojik olarak parçalanabilen, çevre dostu adsorbent malzemelerin geliştirilmesi önemli bir araştırma konusudur. Bentonit sahip olduğu yüksek adsorpsiyon kapasitesi nedeniyle istenmeyen maddeleri sulu çözeltilerden uzaklaştırmak için tercih edilen bir malzemedir. Kitosan ise biyouyumluluğu ve biyobozunurluğu nedeniyle biyolojik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kitosan ile modifiye edilen bentonitler, ağır metal kontaminasyonunu önlemek ve su kalitesini iyileştirmek için önemli bir adsorbent adayıdır. Bu tez çalışmasında kitosan ve bentonit kullanılarak nanokompozit adsorbent sentezlenmiştir ve bu sentezlenen adsorbent ile Cu(II) ağır metalinin uzaklaştırılması gerçekleştirilmiştir. Bunun için pH değerleri 1 ile 6 arasında, temas süresi 5 dakika ile 1440 dakika arası zamanlarda, adsorbent miktarı 0.5 ile 3 g/L ve sıcaklık 25 ile 35 °C arasında olacak şekilde, bu parametrelerin etkileri optimize edilmiştir. pH=3, temas süresi 1440 dakika, adsorbent miktarı 1 g/L ve 25 °C optimum koşulları altında adsorpsiyonun en verimli hale geldiği ve Cu(II)'nin sulu çözeltiden %99.74 oranında giderimi elde edilmiştir. Ayrıca bu adsorpsiyon verileri Langmuir, Freundlich ve Temkin İzotermleri ile modellenmiştir. Langmuir Adsorpsiyon İzoterminin Cu(II) için en uygun adsorpsiyon izoterm modeli olduğu belirlenmiştir. Kitosan-Bentonit Nanokompozit (KBNK) adsorbentin maksimum adsorpsiyon kapasitesi (qm), Cu(II) için 214.28 mg/g bulunmuştur. Ayrıca sözde ikinci dereceden reaksiyon kinetik modeli Cu(II) adsorpsiyonu için en uygun kinetik modeldir. Daha sonra adsorbent molekülünün geri eldesi için desorpsiyon deneyleri uygulanıp, 2 mol/L HNO3 kullanılarak KBNK yüzeyinden desorpsiyon verimi %99.36 olmuştur. Bu sonuçlar, KBNK'nin hem %99.74 uzaklaştırma verimliliği hem de 214.28 mg/g adsorpsiyon kapasitesine dayalı olarak Cu(II) giderimi için oldukça etkili, ekonomik ve önemli bir alternatif adsorbent olarak kabul edilebileceğini ortaya koymuştur.

Abstract:
The wastewater may contain many pollutants such as pathogenic microorganisms, organic and inorganic compounds and heavy metals. Heavy metals from these pollutants are dangerous for humans, animals and plants. Cost-effective solutions are required to treat wastewater, remove heavy metals from wastewater and recyle water. The development of environmentally friendly, biocompatible and biodegradable adsorbent materials with controllable properties is an important research topic. Bentonite is a preferred material for removing unwanted substances from aqueous solutions due to its high adsorption capacity. Chitosan is a preferred material in adsorption applications due to its biodegradability and biocompatibility. Chitosan-modified bentonites are an important adsorbent candidate to prevent heavy metal contamination and improve water quality. In this thesis study, nanocomposite adsorbent was synthesized using chitosan and bentonite and the removal of Cu(II) heavy metal was carried out with this synthesized adsorbent. For this, the effects of these parameters were optimized so that the pH values were between 1 and 6, the contact time between 5 minutes and 1440 minutes, the amount of adsorbent between 0.5 and 3 g/L and temperature between 25 °C and 35 °C . Under optimum conditions of pH=3, contact time of 1440 minutes, amount of adsorbent 1 g/L and 25 °C, adsorption became the most efficient and 99.74% removal of Copper(II) from aqueous solution was obtained. In addition, these adsorption data were modeled with Langmuir, Freundlich and Temkin Isotherms. It was determined that Langmuir Adsorption Isotherm is the most suitable adsorption isotherm model for Cu(II). The maximum adsorption capacity (qm) of Chitosan-Bentonite Nanocomposite adsorbent was found to be 214.28 mg/g for Cu(II). In addition, the pseudo-second-order reaction kinetic model is the most suitable kinetic model for Cu(II) adsorption. Then, desorption experiments were applied to recover the adsorbent molecule and the desorption efficiency from the KBNK surface was 99.36% by using 2 mol/L HNO3. These results revealed that KBNK can be considered as a highly effective, economical and important alternative adsorbent for Cu(II) removal based on both 99.74% removal efficiency and 214.28 mg/g adsorption capacity.