Aktif karbon ile çevre kirletici bazı unsurların giderilmesi
Removal of enviromental pollutants by using activated carbon
Yazar: İLKÜN ORBAK
Danışman: DOÇ. DR. REHA YAVUZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Ağır metaller = Heavy metals

Özet:
Bu çalışma, Tunçbilek linyitinden çeşitli aktivasyon ve ön işlemler uygulanarak aktif karbon üretimi, atıksulardan ağır metal iyon giderimi, gaz fazdan SO2 giderimi ve bunların modellenmesi şeklinde gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, çeşitli aktivasyon (fiziksel ve kimyasal) ve ön işlemler uygulanarak, Tunçbilek linyiti esaslı farklı gözenek ve yüzey özelliklere sahip aktif karbon numuneleri üretilmiştir. Üretilen aktif karbon numunelerinin karakterizasyonu, azot ve karbondioksit gazlarının kullanıldığı adsorpsiyon izotermleri, kısa ve elementel analiz, Boehm titrasyonu, FTIR, SEM, zeta potansiyel ölçümleri, iyot sayısı tayini, mineral madde analizleri yapılarak gerçekleştirilmiştir. Ağır metal iyonu ile ilgili çalışmalar, öncelikle ortamda sadece ilgili ağır metal iyonun bulunması esasına göre gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte, ağır metal iyonlarının bir arada bulunması, ortamda organik ve inorganik diğer bazı anyon ve katyonların bulunması durumları da, bunların olası etkilerini ortaya çıkarmak amacıyla incelenmiştir. Gaz fazdan SO2 giderim çalışmalarında, SO2 derişiminin, adsorpsiyon ortam sıcaklığının ve tane boyutunun etkileri incelenmiştir. Atık sudan giderilmesi amacıyla seçilmiş olan ağır metal iyonları için ne tür aktif karbonun uygun olduğu ve aktif karbon ile olan olası adsorpsiyon mekanizması, kinetik ve termodinamik modellerle belirlenmeye çalışılmıştır. Elde edilen deneysel verilere çeşitli adsorpsiyon izoterm modelleri uygulanmıştır. Ağır metal iyonları adsorpsiyonunun aktivasyon enerjisi, ortalama serbest adsorpsiyon enerjisi, izosterik adsorpsiyon ısısı ile ?G?, ?H?, ?S? gibi termodinamik parametreleri hesaplanarak adsorpsiyon mekanizması aydınlatılmaya çalışılmıştır. Sabit SO2 derişiminde, adsorpsiyon hızı ile aktivasyon enerji ve frekans faktörü gibi adsorpsiyon kinetik parametreleri hesaplanmıştır. SO2 adsorplama miktarının bulunması için Knudsen difüzyon modelini temel alan intraparticle difüzyon modeli ile Freundlich izotermi (veya Henry izotermi) uygulanmıştır.

Abstract:
This study consists of the following two main sections; active carbon production from Tunçbilek lignite with different activation and pre-treatment methods, and removal of high metal ion and SO2 gas including their modeling. First, activation (both physical and chemical) and pre-treatment methods are used to produce samples with different pore structures and surface properties. Characterization of produced samples are accomplished with N2 and CO2 adsorbent method, Boehm titration, FTIR analysis, SEM measurements, zeta potential, iodine determination, and mineral substance analysis. The heavy metal adsorption studies are accomplished under the assumption that only relevant heavy metal ion is present in the environment. Nonetheless, coexistence of heavy metal ions and existence of some organic and inorganic anions and cations in the environment are also examined in order to identify their possible effects. For the SO2 adsorption, the effects of SO2 concentration, adsorption temperature and sample size are investigated. The appropriate active carbon for the selected heavy metals that will be removed from waste water and adsorbent mechanism of this selected active carbon with the kinetic and thermodynamic models are also determined. Various isotherm models are applied to the obtained experimental data. It is also aimed to explain the adsorption mechanism with the calculated thermodynamic parameters such as activation energy of adsorption of heavy metal ions, average free adsorption energy, isosteric adsorption temperature and ?G?, ?H?, ?S?. For a fixed SO2 concentration, the rate of adsorption and adsorption kinetic parameters such as activation energy and frequency factor are obtained by fitting experimental data. An intraparticle diffusion model based on Knudsen diffusion and Freundlich isotherm (or Henry isotherm) is applied for the prediction of the amount of SO2 adsorbed.