İnorganik ve organik katyonlarla modifiye edilen Kula volkanitlerinin uranyum adsorpsiyonlarının incelenmesi
Investigating adsorption capacities ofuranium on modified Kula volcanics with inorganic and organic cations
Yazar: ÜMİT HÜSEYİN KAYNAR
Danışman: PROF. DR. MERAL ERAL ; YRD. DOÇ. DR. ÜMRAN HİÇSÖNMEZ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Atık su arıtma = Waste water treatment ; Uranyum = Uranium

Özet:
Uranyum, toksisitesi ve radyoaktifliğinden dolayı en önemli ağır metallerden biridir. Teknolojik aktivitenin (maden endüstrisi, zenginleştirme faktörleri gibi) artmasıyla birlikte çevresel kirlenme de artmış ve radyonüklitlerin özellikle uranyumun sulu çözeltilerden uzaklaştırılması gerçek bir problem olmuştur. Nükleer endüstriler ile uranyum ve toryum madenciliğinden kaynaklanan radyoaktif elementlerin arıtılması ve ayrılması konularında teknolojik açıdan uygulanabilir ekonomik metotlara ve gelişmiş tesislere ihtiyaç duyulmaktadır.Bu tez çalışmasında, uranyumun adsorpsiyonu için Kula volkanitleri kullanılarak, inorganik ve organik katyon modifiyeli volkanitler hazırlanmış ve elde edilen adsorbanların uranyum adsorpsiyonunda etkinliği incelenmiştir. Ayrıca inorganik ve organik katyon modifiyeli volkanitlerin bazı yapısal özellikleri FT-IR, SEM, XRD, TGA/DTA, ZETA ve yüzey alanı analizleri ile belirlenerek karakterizasyonu yapılmıştır.Çalışmada, inorganik ve organik katyon modifiyeli volkanitler olarak, Zn-volkanit, düz zincirli organik HDTMA-volkanit ve benzen halkalı organik BTEA-volkanit kullanılarak sulu çözeltilerden uranyum adsorpsiyonunu etkileyen; inorganik ve organik katyon konsantrasyonu, çalkalama süresi, çözelti pH'ı, V/m oranı etkisi, çözeltideki uranyum konsantrasyonu ve sıcaklık gibi parametreler incelenmiş ve optimum alım koşulları saptanmıştır. Elde edilen değerler sırasıyla; HDTMA-volkanit için % 95.04 ±0.76 ve 765 mL/g, BTEA-volkanit için % 94.13 ±3.06 ve 542 mL/g ve Zn-volkanit için % 74.35 ±0.43 ve 124 mL/g olarak bulunmuştur.Uranyumun modifiye edilen volkanit üzerine adsorpsiyonu için, adsorpsiyon entalpisi (?H), serbest enerji değişimi (?G) ve entropi değişimi (?S) gibi termodinamik parametreler hesaplanmıştır. Üçünün de adsorpsiyon prosesinin endotermik karakterde olduğu, adsorpsiyon işleminin istemli gerçekleştiği bulunmuştur. İnorganik ve organik volkanitler ile sulu çözeltilerden adsorplanan uranyum için elde edilen deneysel verilerin Langmuir, Freundlich izotermlerine uygunluğu araştırılmıştır.Elde edilen sonuçlara göre, inorganik ve organik -volkanit üzerine sulu çözeltilerden uranyum adsorpsiyonu için yüksek verim ve geri kazanımla kullanılabilirliği saptanmıştır. Geri kazanım işlemlerinde farklı konsantrasyonlarda HCl, HNO3 ve H2SO4 kullanılmıştır. Uranyumun geri alınmasında HDTMA-volkanit için % 86 verim ile 0.5 N HNO3, BTEA-volkanit için % 84 verimle 0.5 N HNO3, Zn-volkanit için % 80 verimle 1N HNO3 en iyi desorpsiyon sonuçlarını vermiştir. Son zamanlarda, özellikle ucuz adsorban kullanımı ve farklı maddelerle modifiye edilerek aktifleştirilen adsorbanların, adsorpsiyon kapasitelerinin arttırılması üzerine yoğun olarak çalışılmaktadır. Çalışmamızda kullanılan Kula volkaniti daha önceki çalışmalarda yüksek oranda ağır metal adsorpsiyonu göstermiştir. Kula volkanitinin, inorganik ve organik katyonlarla modifiye edilip adsorpsiyon kapasitesinin arttırılması, atık olarak giderilmesi büyük maliyetli nükleer atıkların uzaklaştırılmasında uygulanabilir ve avanajlı bir metot olabilir.

Abstract:
Uranium is one of the important heavy metals due to its radioactivity and toxicity. By increasing of the technologic activities (industry, enrichment factories, etc), environmental pollution has increased and radionuclides, especially uranium removing from aqueous solutions has become a big problem. It has been needed to the technologically applicable economic methods and developed plants for the studies of purification and separation of the radioactive elements arising from uranium and thorium mines and nuclear industry.In this thesis, inorganic and organic-modified Kula volcanics were used for the adsorption studies. Uranium adsorption characteristics of adsorbents was investigated. Moreover, some physical properties of modified vulcanite with inorganic and organic cations were examined and their morphological characterizations were conducted by FT-IR, SEM, XRD, TGA/DTA, ZETA techniques and analysis of surface area.In the study, the parameters effected uranium adsorption in aqueous solutions, such as organic cation concentration, contact times, pH of the solution, V/ m ratio effect, concentration of uranium and temperature were investigated by using straight-chain organic HDTMA-volcanic, organic benzene ring BTEA-volcanic and Zn-volcanit and optimum conditions for adsorption process were determined. The results have been evaluated by means of their percent adsorption percent and distribution coefficient (Kd, mL/g). under the optimized experimental conditions. The adsorption percent and distribution coffecient for HDTMA-volcanit were 95.04 % ±0.76 and 765 mL/g ; for BTEA-volcanit uranium ions were 94.13 % ±3.06 and 542 mL/g; and for Zn-volcanit 74.35 % ±0.43 ve 124 mL/g, respectively.Thermodynamic parameters such as adsorption enthalpy (?H), free energy change (?G) and entropy (?S) were calculated for adsorption of uranium onto modified volcanics. The thermodynamic parameters obtained for uranium adsorption onto modified volcanics show endothermic in nature and the process is spontaneous. Langmuir and Freundlich isotherm equations were applied to describe the adsorption characteristics of uranium by inorganic and organic volcanics.According to the results, uranium adsorption efficiency from aqueous solutions on inorganic and organic volcanics was wery high. Different concentrations of HCl, HNO3 and H2SO4 were used to recovery processes. The best desorption results were obtained with a uranium recovery yield of %86 for HDTMA-volcanics by 0.5 N HNO3 solution and %84 for BTEA-volcanics by 0.5 N HNO3 solution and %80 for Zn-volcanite by 1N HNO3 solution. Current studies are especially on using cheap adsorbents and modifiying the adsorbents with different chemicals for increasing adsorption capacities. Kula volcanics used in our study was showed high heavy metal adsorption capacity in previous studies. By increasing the adsorption capacity of Kula volcanics modification with inorganic and organic cations, became veyr adventageus method for removing of the nuclear waste.