Kaolinit kilinin adsorpsiyon kapasitesinin arttırılmasına yönelik modifikasyon denemeleri
Modification trials towards increasing the adsorption capacity of kaolinite clay
Yazar: İBRAHİM HALİL SAMAK
Danışman: PROF. DR. AYŞE DİLEK ATASOY
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Su arıtımında kil mineralleri en önemli malzemelerden biridir. Tehlikeli kirleticilerin su ortamından kil mineralleri ile giderilmesi oldukça önemli bir işlemdir. Adsorban olarak kullanılan killer, ağır metallerle kirletilmiş atık sulardaki metal katyonlarının, kilin tabakaları arasındaki katyonlarla yer değiştirmesine olanak sağlar, bu özelliği ile kil, atıksuların arıtılmasına katkıda bulunur. Son zamanlarda, yüksek verimlilik, kullanımının kolaylığı ve geri kazanım avantajlarından dolayı, su arıtımı amacıyla kaolinit ve simektit killerin kullanımı çok yaygınlaşmıştır. Modifikasyon, gözenek boyutunu ve aktif yüzey alanını arttırdığından, bu işlemle kil yüzeyinin adsorpsiyon özellikleri geliştirilmiş olur. Modifikasyonun ekonomik ve çevreci yaklaşımları göz önüne alındığında çağımız dünyasında önemli bir yere sahip olduğu görülmektedir. Geçmişten günümüze kadar çeşitli uygulamaları bulunan ve halen devam eden çalışmalar bilinmektedir. Bu çalışmada kaolinit kilinin adsorpsiyon kapasitesi üzerinde önemli etkiye sahip yüzey özellikleri değişik modifikasyonlarla değiştirilerek ham kil ile modifiye killerin karakterizasyonları incelenmiştir. Modifikasyon çalışmaları ısı ile, asit ile ve tuz çözeltisi ile ayrı ayrı gerçekleştirilmiş ve kil yapısındaki olası değişimler ham kil ve modifiye killer arasında XRD, XRF sonuçları ve SEM-EDX görüntüleri ile karşılaştırılmıştır. Modifiye killer; ham kaolinit kilinin, magnezyum klorür (MgCl.6H2O) ile doyurulmasıyla (K- MgCl.6H2O), 500 oC' de kalsine edilmesiyle (K-500) ve Sülfürik asit (H2SO4) ile doyurulması ile (K- H2SO4) elde edilmiştir. Elde edilen modifiye killerin yüzey gözeneklerindeki değişim ve karakterizasyonları, XRD ve SEM görüntüleme yöntemleriyle belirlenmiştir. Modifiye edilmiş kil yüzeyleri ham kaolinit kil yüzeyi ile karşılaştırılmıştır. Yüzey gözeneklerindeki artış en fazla K- MgCl.6H2O modifikasyonuyla elde edilmiştir. K-500 ve K- H2SO4 modifikasyonlarında da aktif yüzey alanı artmıştır. Modifiye killerin bileşenleri için SEM-EDX analizi sonucunda modifiye edilmiş kil içeriğinde ağırlıklı olarak Alüminyum (Al), Silisyum (Si), Oksijen (O2), Magnezyum (Mg), Mangan (Mn), Krom (Cr), Kalsiyum (Ca) ve Kükürt (S) elementlerine rastlanılmıştır. Ayrıca görüntülemenin yapılabilmesi için analiz sırasında altın kaplama işlemi nedeniyle Altın (Au) elementi yüksek oranda tespit edilmiştir.

Abstract:
In water treatment, clay minerals are one of the most important materials. The removal of hazardous substances from the water environment through the adsorption of clay minerals is a highly important process. Kaolinite, used as an adsorbent, enables the exchange of metal cations in wastewater contaminated with heavy metals with cations between the layers of clay, contributing to the purification of wastewater. In recent times, due to its high efficiency, ease of use, and the advantage of adsorbent recovery, the use of kaolinite for the removal of water pollutants from water has become widespread. Modification, by increasing pore size and active surface area, enhances the adsorption properties of the clay surface through this process. Considering the economic and environmental approaches of these modifications, they hold a significant place in today's world. Various applications have been found from the past to the present, and ongoing studies in this field exist. In this study, experiments were conducted on the surface modification of natural clay minerals to increase the adsorption capacity of kaolinite clay. Modified clays were obtained through saturation of raw kaolinite clay with magnesium chloride (K-MgCl.6H2O), calcination at 500°C (K-500), and saturation with sulfuric acid (H2SO4) (K-H2SO4). Changes in the surface pores and the components of the modified clays were observed and mapped using XRD and SEM imaging techniques, in comparison to the raw kaolinite clay. The greatest increase in surface pores was achieved with the K-MgCl.6H2O modification. The K-500 and K-H2SO4 modifications also resulted in an increased active surface area. SEM-EDX analysis revealed that the modified clay content primarily consisted of Aluminum (Al), Silicon (Si), Oxygen (O2), Magnesium (Mg), Manganese (Mn), Chromium (Cr), Calcium (Ca), and Sulfur (S) elements. Additionally, a high quantity of Gold (Au) was detected due to the gold coating process during analysis, which allowed for imaging.