Eti Maden Müdürlüğü Kırka Bor İşletmeleri atıksularında bulunan lityumun elde edilmesi için Li-Mn-O yapılı adsorbentin sentezi ve kullanımının araştırılması
Investigation of Li-Mn-O structured adsorbent usage for obtaining lithium in waste water of Eti mine directorate Kırka Boron Enterprises
Yazar: ZEYNEP AKTOSUN
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU ; PROF. DR. HÜLYA YAVUZ ERSAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Atık su = Waste water ; Bor = Boron ; Endüstriyel atık su = Industrial waste water ; Eskişehir-Seyitgazi-Kırka = Eskişehir-Seyitgazi-Kırka ; Lityum iyon pil = Lithium ion battery

Özet:
Özellikle lityum iyon pillerinin üretiminde ihtiyaç duyulan lityum bileşiklerinin eldesi ve geri kazanımı ile ilgili çalışmalar son yıllarda oldukça önem kazanmıştır. Atık pillerden, deniz suyundan, jeotermal sulardan ve lityum(I) iyonlarını içeren atıksulardan lityum(I) iyonlarının geri kazanımında son yıllarda şablon mangan oksit yapılı adsorbentlerin sentezi ve kullanımı öne çıkmıştır. Bu tez çalışmasında Kırka Bor İşletmesi atıksuyunda yer alan lityum(I) iyonlarının seçici olarak şablon mangan oksit yapılı adsorbente adsorplanarak desorpsiyonla geri kazanımı hedeflenmiştir. Adsorbent LiOH.H2O ve Mn3O4'ten katı hal reaksiyonu ile sentezlenen redoks tipli spinel LiMn2O4 yapının HCl çözeltisi ile yıkanmasıyla hazırlanmıştır. Adsorbent yapının karakterizasyon çalışmaları yapılan sentezin doğruluğunu göstermiştir. 
Deneysel çalışmalar sentetik lityum(I) çözeltisi ve Kırka Bor İşletmesi atıksuyu ile gerçekleştirilerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Çalışmaların ilk aşamasında sentetik çözeltiden lityum(I) iyon adsorpsiyonunda başlangıç pH'ının, başlangıç lityum(I) iyon derişiminin ve adsorbent derişiminin adsorpsiyon dengesi üzerine etkileri araştırılmış ve en uygun çalışma koşulları pH 10, adsorbent derişimi 10 g/L ve başlangıç lityum(I) iyon derişimi 200 mg/L olarak belirlenmiştir. Langmuir modelinden adsorbentin en yüksek lityum(I) adsorpsiyon kapasitesi 12,71 mg/g olarak saptanmıştır.  

Çalışmaların daha sonraki aşamasında ise, Kırka Bor İşletmeleri atıksuyundan lityum(I) iyonlarının adsorpsiyonu/desorpsiyonu atıksuyun içerdiği kalsiyum(II), magnezyum(II), sodyum(I),  potasyum(I), ve bor(III) gibi iyonlarla birlikte araştırılarak λ-MnO2 adsorbentin tekrar kullanılabilirliği incelenmiştir. Kırka Bor İşletmeleri atıksuyunun kendi pH değerinin 9,54 olması nedeniyle adsorpsiyon bir ön pH ayarlaması yapılmadan gerçekleştirilmiştir. 165,5 mg/L lityum(I) içeren bu atıksuda adsorbentin lityum(I) adsorpsiyon kapasitesi 8,31 mg/g olarak saptanmıştır. 

Çalışmaların son aşamasında ise, λ-MnO2 adsorbentin atıksudan adsorpladığı lityum(I) iyonlarının geri kazanımı araştırılmış ve ilk desorpsiyonda %91,5 verim elde edilmiştir. Bu adsorpsiyon/desorpsiyon çalışması 5 kez tekrarlanmış ve sonuçlar λ-MnO2 adsorbentin desorpsiyon veriminin yaklaşık %10 azalarak %91,5'ten %82,5' e düştüğünü göstermiştir.

Abstract:
Studies on the production and recovery of lithium compounds, which are especially needed in the production of lithium ion batteries, have gained importance in recent years. In recent years, the synthesis and use of template manganese oxide adsorbents has come to the fore in the recovery of lithium(I) ions from waste batteries, sea water, geothermal waters and wastewater containing lithium(I) ions. In this thesis, it is aimed to recover the lithium (I) ions in the wastewater of Kırka Boron Plant by selective adsorption to the template manganese oxide adsorbent by desorption. The adsorbent synthesized by solid state reaction by using LiOH.H2O and Mn3O4 was prepared by washing the redox type spinel LiMn2O4 structure with HCl solution. The characterization studies of the adsorbent structure showed the accuracy of the synthesis.
Experimental studies were carried out with synthetic lithium(I) solution and Kırka Boron Plant wastewater and the results were compared. In the first stage of the studies, the effects of initial pH, initial lithium(I) ion concentration and adsorbent concentration on the adsorption equilibrium in lithium(I) ion adsorption from synthetic solution were investigated and the most suitable working conditions were pH 10, adsorbent concentration 10 g/L and initial lithium(I) ion concentration 200 mg/L. The highest lithium(I) adsorption capacity of the adsorbent in the Langmuir model was found to be 12,71 mg/g.
In the next stage of the studies, the adsorption/desorption of lithium(I) ions from Kırka Boron Plant wastewater was investigated together with ions such as calcium(II), magnesium(II), sodium(I), potassium(I), and boron(III). The reusability of the λ-MnO2 adsorbent was investigated. Since Kırka Boron Plant wastewater has a pH value of 9.54 and adsorption was carried out without a preliminary pH adjustment. The lithium(I) adsorption capacity of the adsorbent in this wastewater containing 165,5 mg/L lithium(I) was determined as 8,31 mg/g.
In the last stage of the studies, the recovery of lithium(I) ions adsorbed by λ-MnO2 adsorbent from wastewater was investigated and 91.5% efficiency was obtained in the first desorption. This adsorption/desorption study was repeated 5 times and the results showed that the desorption efficiency of λ-MnO2 adsorbent decreased by about 10% from 91.5% to 82.5%.