Yeni bir adsorbent olarak merkapto ile modifiye edilmiş bentonit örnekleri ile sulu ortamlardan Hg(II) iyonlarının giderilmesi ve proses parametrelerinin optimizasyonu için cevap yüzey yöntemi (CYY)'nin uygulanması
Removal of Hg(II) ions from aqueous solutions by mercapto-modified bentonite samples as a new adsorbent and application of the response surface method (RSM) for optimization of process parameters
Yazar: FUNDA EROL
Danışman: DOÇ. DR. TEKİN ŞAHAN
Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Tasarım optimizasyonu = Design optimization ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Bu çalışmada, sulu ortamlarda bulunan Hg(II) iyonlarının 3-merkaptopropil trimetoksisilan ajanı ile modifiye edilmiş bentonit örnekleri ile uzaklaştırılması ve adsorpsiyon koşullarının optimizasyonu amaçlanmıştır. İlk olarak; adsorbentin yüzey özelliklerini ve kimyasal yapısını incelemek için BET (Brunauer-Emmett-Teller), Enerji yayılımlı X-Işını (EDX), Fourier Transform Infrared (FTIR) ve X-ışını Kırınım Yöntemi (XRD) analizleri yapılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Adsorbentin sıfır yük noktası (pHpzc) 5.42 olarak tespit edilmiştir. Merkezi Kompozit Tasarım (MKT) içeren Cevap Yüzey Yöntemi (CYY); başlangıç pH, başlangıç Hg(II) konsantrasyonu (Co), sıcaklık (T, °C) ve adsorbent miktarı (g) gibi adsorpsiyonu etkileyen önemli ortam koşullarını optimize etmek ve modellemek için bir cevap yüzeyi geliştirmek amacıyla başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Numerik optimizasyon ile quadratik modelden elde edilen optimum değerler Co=36.95 mg/L, pH=6.17, sıcaklık 37.28 ºC ve adsorbent miktarı 0.19 g olarak tespit edilmiştir. Bu koşullar altında maksimum %Hg(II) giderimi ve adsorpsiyon kapasitesi quadratik modelden sırasıyla %99.23 ve 19.30 mg Hg(II)/g adsorbent olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar deneylerle de doğrulanmıştır.
Optimizasyon aşamasından sonra; sonuçlar en çok bilinen adsorpsiyon izoterm modellerine uygulanmıştır. Adsorpsiyon denge bilgilerinin Langmuir izoterm modeline uyduğu gözlenmiştir. Ayrıca, termodinamik parametreler adsorpsiyonun endotermik karakterli ve kendiliğinden olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to remove Hg(II) ions in the aqueous medium with the bentonite samples modified with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane agent and to optimize the adsorption conditions. Firstly, BET (Brunauer Emmet Teller), Energy Dispersive X-Ray (EDX), Fourier Transform Infrared (FTIR) and X-Ray Diffraction Method (XRD) analyzes were conducted to investigate the surface properties and chemical structure of the adsorbent. The point of zero charge of the adsorbent (pHpzc)  was determined to be 5.42. Response Surface Methodology (RSM) with Central Composite Design (CCD) has been successfully applied to develop a response surface to optimize and model important environmental conditions affecting adsorption such as initial pH, initial Hg(II) concentration (Co), temperature (T, °C) and adsorbent amount (g). Optimum values obtained in quadratic model with numerical optimization were determined as Co=36.95 mg/L, pH=6.17, T=37.28 °C and adsorbent amount 0.19 g. Under these conditions, the maximum %Hg(II) removal and adsorption capacity were calculated as 99.23% and 19.30 mg Hg(II)/g adsorbent, respectively, in the quadratic model. These results have also been confirmed by experiments.
After the optimization phase; The results have been applied to the most known adsorption isotherm models. Adsorption equilibrium data were observed to be fit to Langmuir isotherm model. In addition, thermodynamic parameters have shown that adsorption is endothermic and spontaneous.