Fındık kabuğu ve üzüm çekirdeğinden üretilen aktif karbonlar ile kurşun iyonlarının adsorpsiyonu
Adsorption of lead ions by activated carbons produced from hazelnut shell and grapeseed
Yazar: SEVİL MUTLU
Danışman: PROF. DR. AYŞEGÜL ERSOY MERİÇBOYU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Adsorpsiyon kinetiği = Adsorption kinetic ; Faktöriyel tasarım = Factorial design ; Fındık kabuğu = Hazelnut shell ; Kurşun = Lead ; Üzüm çekirdeği = Grape seeds

Özet:
Hızla ilerleyen sanayileşme ile doğru orantılı olarak miktarları giderek artan çeşitli endüstriyel atıklar çevre kirliliğine sebep olmakta ve toprak, su ve atmosfere karışarak canlı organizmaların yaşamını etkilemektedir. Özellikle endüstriyel atık sularda yer alan önemli bir kirletici türü olan ağır metaller, biyolojik süreçlerde parçalanamayıp organizmalarda birikebilmekte ve sınır değerleri aştığında canlı yaşamını tehdit edebilmektedir.Kolay şekil alabilme, düşük elektrik iletkenliği ve düşük erime noktası gibi özellikleriyle kurşun metali; maden cevheri işleme, demir çelik üretimi, pil ve akü imalatı, boya katkı maddelerinin üretimi gibi endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılan bir metaldir. Bu türden endüstriyel işlemler sonrasında açığa çıkan atık sular, fazla miktarda kurşun bileşiği içerdiğinden bir takım işlemlerden geçirilerek standartlara uygun hale getirilmelidir. Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından belirlenen içme sularındaki kabul edilebilir kurşun iyonu derişimi(0,02 mg/L) dikkate alındığında, yüksek miktarda kurşun bileşiği içeren endüstriyel atık sulardan kurşun iyonlarının ekonomik bir yöntemle giderilmesi daha da önemli bir hal almaktadır. Atık sulardaki ağır metal iyonlarının giderilmesinde kimyasal çöktürme, ters osmoz ve ultrafiltrasyon gibi membran prosesleri, iyon değiştirme ve adsorpsiyon gibi fizikokimyasal yöntemler uygulanmaktadır. Bu proseslerin birçoğunun yüksek yatırım maliyeti, fazla enerji tüketimi ve karmaşık proses aşamaları gibi dezavantajları vardır. Adsorpsiyon proseslerinde de kullanılan adsorbanların yüksek maliyetleri işletme maliyetlerini artırmaktadır. Fakat, atık/artık niteliği taşıyan maddelerden üretilen adsorbanların kullanımı bu maliyeti düşürmektedir.Bu çalışmada; bitkisel artık maddeler olan fındık kabuğu ve üzüm çekirdeğinden üretilmiş aktif karbonlar ile adsorpsiyon yöntemiyle sulu çözeltiden kurşun iyonlarının giderilmesi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, farklı özelliklere sahip aktif karbonlar ile, adsorpsiyon sistemlerinin tasarımda önemli olan adsorbat çözeltisinin pH ve sıcaklık değerleri ile kurşun iyonu derişimi gibi proses parametrelerinin adsorpsiyon kapasitesi üzerine etkileri deneysel olarak incelenmiş ve adsorpsiyon mekanizmasının aydınlatılması için Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modelleri ile deney sonuçları arasındaki uyum incelenmiştir. Deneysel sonuçlar kullanılarak türetilen izoterm modellerinden en uygun olanının Freundlich izoterm modeli olduğu belirlenmiştir. Adsorbat çözeltisinin pH ve sıcaklık değerleri ile kurşun iyonu derişiminin adsorpsiyon kapasitesine olan etkileri iki seviyeli tam faktöriyel tasarım tekniğine göre değerlendirilmiş ve her bir aktif karbon için ampirik denklemler türetilmiştir. Ayrıca, adsorpsiyon sürecini temsil eden kinetik parametreler, hayali ikinci mertebeden kinetik model ile hesaplanmıştır. Son olarak; fındık kabuğu ve üzüm çekirdeğinden üretilmiş aktif karbonların adsorpsiyon öncesi ve sonrasındaki mikroyapı görüntüleri karşılaştırılmış ve bu adsorbanlarla sulu çözeltiden kurşun iyonlarının adsorplanabildiği gözlenmiştir.

Abstract:
The amount of various industrial wastes increases proportionally with the rapid industrialization and causes environmental pollution when negatively effects living organism by getting into the soil, water and atmosphere. Heavy metals, that are exist in industrial waste water, are one of the most important contaminants since they do not undergo biological degradation and tend to accumulate in organism. Thus, these contaminants threat the life if they increased beyond the permissible level.Lead metal is widely used in different industrial areas such as mine ore processing, battery, iron and steel, dye addition agents manufacturing, because it is easily formed and it has lover conductibility and melting point. Since the waste waters resulting from these industrial processes contain large amount of lead ions, some operations should be applied to reduced the lead ion concentration to the standard limit values. The permissible lead ion concentration level in drinking water as set by World Health Organization (WHO) is 0,02 mg/L; thus, the removal of these ions from waste waters with a cost effective treatment becomes more important. For the removal of heavy metal ions from waste waters, chemical precipitation, membrane processes as ultrafiltration and reverse osmosis and some physicochemical methods such as ion exchange and adsorption have been applied. Most of these methods have some disadvantages such as high investment and operating costs, high energy consumption and complicated operation steps. In the adsorption process, on the other hand high cost of the adsorbent used screw up the operating expenses. But, these prices can be reduced by the use of adsorbent produced from different waste materials.In this study, the uptake of lead ions from aqueous solution were achived with the adsorption method by using activated carbons produced from hazelnut shell and grapeseed which are vegetable wastes. For this purpose, effects of some important design parameters such as pH and temperature values and lead concentration of adsorbate solution on the adsorption capacity were investigated experimentally. The fitting between the experimental results and Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm equations were studied to describe the adsorption mechanism. It was observed that Freundlich isotherm is the best fitting model derived from experimental result. Effects of pH and temperature values and lead ion concentration of adsorbate solution on adsorption capacity were statistically analyzed by using two level full factorial design technique and empirical equations were derived for each adsorbent. Furthermore, kinetic parameters related to adsorption mechanism were calculated by using pseudo second order kinetic model equation. Finally, the microstructure images of activated carbon produced from hazelnut shell and grape seed were compared before and after adsorption and it was proved that lead ions can be removed from aqueous solution by using these adsorbents.