Kesikli ve sürekli sistemlerde sıfır değerlikli demir nano tanecikleri ve manyetik biyosorbentin sentezi, karakterizasyonu ve sulu çözeltilerden boyar madde giderimi için kullanılabilirliği
Synthesis and characterization of zero-valent iron and magnetic biosorbent and their availibility for the removal of dyes from aqueous solutions in batch and continuous systems
Yazar: ÖZGE KUNDAKÇI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜLKER ASLI GÜLER
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, laboratuar ortamında sentezlenmiş sıfır değerlikli (yüksüz) nano demir (nZVI), S. cerevisiae (maya) ile desteklenmiş nZVI iki farklı adsorbent olarak kullanılmıştır. Azo boyar maddesi eriochrome black T (EBT) ve katyonik boyar madde olan kristal viyolet (KV) ve Safraninin sentetik atıksulardan kesikli ve sürekli sistemde adsorpsiyon yöntemiyle giderimi incelenmiştir.
Kesikli sistem deneylerinde; çözelti pH'ı (2-12), temas süresi (5-180 dk), başlangıç boyar madde konsantrasyonu (5-300 mg/L), adsorbent dozajı (1-15 g/L), sıcaklık (25-45 oC), iyon seçiciliği ve iyon (0,1 M NaCl) ve katyon (Cu+2) etkisi gibi adsorpsiyonu etkileyen faktörler çalışılmıştır. Elde edilen verilerin Langmuir, Freundlich ve D-R izoterm modellerine uyum gösterdiği belirlenmiştir. nZVI'nın,  KV, safranin ve EBT boyar maddeleri için maksimum adsorpsiyon kapasitesi sırasıyla; 98 mg/g, 122 mg/g, 5.38 mg/g olarak bulunmuştur. Manyetik biyosorbentin ise KV, safranin ve EBT boyar maddeleri için maksimum adsorpsiyon kapasitesi  sırasıyla; 124 mg/g, 265 mg/g ve 30,7 mg/g olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon kinetiğinin belirlenmesinde yalancı birinci derece, yalancı ikinci derece ve tanecik içi difüzyon kinetik modelleri kullanılmış ve iki adsorbentin de yalancı ikinci dereceden kinetik modele uyum gösterdiği belirlenmiştir. Ayrıca, ΔHo, ΔSo ve ΔGo termodinamik parametreleri hesaplanmıştır. nZVI ve manyetik biyosorbentin karakterizasyonunu incelemek için FTIR, SEM, EDX ve BET analizleri yapılmıştır. nZVI ve manyetik biyosorbentin BET spesifik yüzey alanı sırasıyla 14,98 m2/g ve 21,01 m2/g olarak bulunmuştur. Sürekli sistem çalışmalarında ise nZVI ve manyetik biyosorbent Na-aljinata tutuklandırılarak hidrojel boncukları elde edilmiştir ve bunlar sabit yataklı dolgulu kolon çalışmalarında kullanılmıştır. Dolgulu kolon sisteminde elde edilen verilere Thomas, Yoon-Nelson ve Bohart-Adams modelleri uygulanmıştır. Ayrıca her iki adsorbentinde EDTA ile rejenerasyonu ve 2. kez kullanım çalışması yapılmış ve 2. kez kullanımda verimin oldukça düştüğü gözlenmiştir. Sonuç olarak; nZVI ve manyetik biyosorbentin boyar madde içeren atıksuların arıtımında başarı ile kullanılabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, batch and fixed-bed column experiments were performed to investigate the adsorption of zero valent iron (nZVI) and S. cerevisiae (yeast) modified with nZVI (magnetic biosorbent) to remove crystal violet (CV) (azo dye), safranin and eriochrome black T (EBT) (cationic dyes) from aqueous solutions. Batch experiments were performed to examine the effect of various operational parameters such as solution pH (2-12), contact time (5-180 min), initial dye concentration (5-300 mg/L), temperature (25-45oC), ion selectivity, and the effect of ionic strenght (01.M NaCl) and cation (0.1 M Cu2+). The adsorption equilibrium data showed excellent fit to the Langmuir isotherm, Freundlich isotherm and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherm model. The maximum adsorption capacity of CV, safranin and EBT by nZVI and magnetic biosorbent was 98 mg/g, 122 mg/g, 5,38 mg/g and 124 mg/g, 265 mg/g, 30,27 mg/g respectively. Pseudo-first-order, pseudo-second-order and intraparticle diffusion kinetic model were used to examine the removal process of CV, safranin and EBT. A better fit with the pseudo-second-order model for adsorption process was observed. Thermodynamic parameters (ΔHo, ΔSo, ΔGo) were calculated in order to explain effect of temperature on adsorption mechanism. The nZVI and magnetic biosorbent were characterized using FTIR, SEM, EDX, and BET analysis. The BET specific surface area of nZVI and magnetic biosorbent was 14,98 m2/g and 21,01 m2/g, respectively. The adsorption behavior of CV, safranin, and EBT dyes by nZVI-alginate and magnetic biosorbent-alginate hydrogel beads in a fixed-bed column was studied.  Bohart-Adams, Thomas and Yoon-Nelson models were used to fit breakthrough curves. Also, regeneration of adsorbents with EDTA was studied. Efficiency of reuse of adsorbent was very low. The results presented in this study indicate that the nZVI and magnetic biosorbent can be successfully used for large scale treatment of wastewaters.