Deneysel adsorpsiyon verilerine kinetik ve termodinamik modellerin uygulanması ve incelenmesi
Application and investigation of kinetic and thermodynamic models to experimental adsorption data
Yazar: GÜLŞEN FİKİR
Danışman: DOÇ. DR. DİLEK ÖZMEN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez kapsamında, literatürden alınan deneysel adsorpsiyon verilerine, 16 farklı izoterm modeli, 2 farklı kinetik modelin uygunluğu araştırılmış ve termodinamik hesaplamalar yapılmıştır. Tüm bu hesaplamalar, model parametreleri ve hata hesabı için MATLAB programlama dili kullanılmıştır.
Çalışılan 16 izoterm modeli için izoterm katsayıları ve izoterm eğrileri elde edilmiştir. Üç farklı sıcaklıktaki deneysel veriler için ayrı ayrı RMSE (Root Mean Square Error) hata değerleri hesaplanmıştır. En küçük hata değerleri 25, 35, 45 oC'ler için sırasıyla 4.610-4 (Halsey izotermi), 3.1910-4 (Halsey izotermi) ve 1.3210-2 (Baudu izotermi) olarak bulunmuştur. En büyük RMSE değerleri ise 1.7710-1; 2.1010-1 ve 5.2310-1 olarak hesaplanmıştır. Bu değerler sırasıyla 25 oC için Fritz- Schlunder (IV), 35 oC için Langmuir ve 45 oC için Freundlich izotermleri içindir.
Ayrıca kinetik çalışma için, üç farklı başlangıç konsantrasyonu için elde edilmiş deneysel verilere Lagergren Yalancı Birinci Derece ve Parçacık içi Difüzyon modelleri uygulanmış ve hangi kinetik modelin deneysel verilere daha uygun olduğunu belirlemek için RMSE hesaplanmıştır. Termodinamik hesaplamalar için yazılan kodlar ise 2 farklı başlangıç pH değeri ve 3 farklı sıcaklık için verilen adsorpsiyon verileri ile test edilmiştir. Elde edilen entalpi (H°), serbest Gibbs enerjisi (G°) ve entropi (S°) değerleri orjinal yayındaki değerler ile kıyaslanmış ve benzer sonuçlar alındığı görülmüştür.
Genellikle adsorpsiyon çalışmaları sunulurken 2 veya 3 izoterm modeli, 1 veya 2 kinetik model ve termodinamik hesaplamalar yapılır. Bu tez çalışması ile, literatürde yer alan veya yeni çalışılacak olan adsorpsiyon deney verilerinin, 1Şekil 16 farklı izoterm, 2 farklı kinetik model ve termodinamik hesaplamaları için kodlar yazılmıştır. Model parametrelerinin bulunmasında genetik algoritma tabanlı optimizasyondan faydalanılmıştır.

Abstract:
In this thesis, correlation of 16 isotherm models and 2 kinetic models using experimental adsorption data taken from literature were investigated. All calculations model parameteres and error values were performed using MATLAB. Isotherm constants and isotherm curves were obtained for 15 different isotherm models and then RMSE (Root Mean Square Error) error values were calculated for experimental data for three different temperatures. The fact that the RMSE value is close to zero is a sign of the model and its compatibility with the experimental data.The smallest error values were 4.610-4 (Halsey isotherm), 3.1910-4 (Halsey isotherm) and 1.3210-2 (Baudu isotherm) for 25, 35, 45°C, respectively. The biggest RMSE values are 1.7710-1; 2.1010-1 and 5.2310-1. These values are for Fritz- Schlunder (IV) for 25°C, Langmuir isotherms for 35°C and Freundlich isotherm 45°C respectively. For the kinetic study, Lagergren False First Degree and Particle Internal Diffusion models were applied to the experimental data obtained for three different initial concentrations obtained from the literature. The codes written for thermodynamic calculations were tested
with 2 different starting pH values and adsorption data for 3 different temperatures. The obtained ΔH °, ΔG°, ΔS ° values were compared with the values in the original publication and similar results were obtained. Generally, while adsorption studies submitted, 2 or 3 isotherm models, 1 or 2 kinetic models and thermodynamic calculations are performed. With this study, 16 different isotherms, 2 different kinetic models and thermodynamic calculations are written for the adsorption test data to be studied in the literature. Genetic algorithm based optimization has been used to find the model parameters.