Deri endüstrisi kaynaklı Cr(VI)'nın misel ve polimer destekli ultrafiltrasyon ile giderimi
Removal of Cr(VI) from leather industry by micelle and polymer enhanced ultrafiltration
Yazar: BERK KÖKER
Danışman: PROF. DR. MELTEM SARIOĞLU CEBECİ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Krom = Chromium ; Krom giderme = Chromium removal ; Membran filtrasyon tekniği = Membrane filtration technique ; Membran süreci = Membrane process ; Membranlar = Membranes

Özet:
Bu tez çalışmasında bir ağır metal olan Cr(VI)'nın yarattığı kirlilik polimer, misel ve kompleks destekli ultrafiltrasyon sistemleri ile giderilmiştir. Tezde, ultrafiltrasyon membranlarının normal şartlarda tutamayacağı molekül ağırlıklarına sahip anyonik Cr(VI) türlerinin eklenen polimerler, sürfaktan ve bunların beraber kullanımı ile oluşturulan kompleks yapılar ile membranda tutulması amaçlanmıştır. Yapılan bu işlem literatürde polimer destekli ultrafiltrasyon (PEUF) ve misel destekli ultrafiltrasyon (MEUF) olarak geçmektedir. Bu kapsamda bir katyonik polimer olan kitosan, bir non-iyonik polimer olan polietilen glikol (PEG) ve bir anyonik sürfaktan olan sodyum dodesil sülfat (SDS) kullanılmıştır. Atıksu olarak sentetik Cr(VI) çözeltisi kullanılmış ve laboratuvar ölçekli bir membran hücresinde ultrafiltrasyon işlemine tabii tutulmuştur. Cr(VI) gideriminin takibi spektrofotometrik analiz yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Polimer ve sürfaktan yapılarının kontrolü bulanıklık, elektriksel iletkenlik, FTIR analizleri ve SEM-EDX ile sürdürülmüştür. Ayrıca tez kapsamında yapılan tüm deneysel çalışmalar Yanıt Yüzey Metodolojisi (RSM)'nin yüzey merkezli Merkezi Kompozit Dizayn ile gerçekleştirilmiştir. Bu sayede, sadece optimum giderimi ve süzüntü akısı değerlerini belirlemenin yanında, çalışılan faktörlerin ve bu faktörlerin etkileşimlerinin yanıtlar üzerindeki etkileri de ortaya konulmuştur. 
Elde edilen sonuçlara göre kitosan, PEG ve SDS'nin kullanıldığı PEUF ve MEUF çalışmalarında sırasıyla %100, %61,33 ve %59,8 Cr(VI) giderim verimi elde edilmiştir. Ayrıca bu bileşenlerin beraber kullanılmaları ile oluşturulan komplekslerin etkileri de ilgili bölümlerde değerlendirilmiştir. UF membranında kitosan-SDS kompleksi ile %99, kitosan-PEG kompleksi ile %61,33 ve PEG-SDS kompleksi ile %44,33 giderim verimi elde edilmiştir. En iyi Cr(VI) giderim veriminin elde edildiği kitosan ile gerçekleştirilen PEUF çalışmasında 32,32 L/h/m2 süzüntü akısı elde edilirken, kitosan-SDS kompleksi destekli UF ile giderim veriminde ciddi bir düşüş olmadan 55,06 L/h/m2 süzüntü akısı elde edilmiştir. 
Sentetik atıksu ile elde edilen modellerde ortaya konulan optimum koşullar gerçek bir deri sanayi tabaklama prosesi atıksuyuna uygulanmıştır. PEG, kitosan ve SDS destekli UF ile Cr(VI) giderimi için elde edilen giderim verimi sırasıyla %54,47, %4,40 ve %0,73'tür. Kitosan-SDS, Kitosan-PEG ve PEG-SDS kompleksi destekli UF için elde edilen Cr(VI) giderim verimi sırasıyla %98,33, %5,40 ve %98,33 olarak belirlenmiştir. Sentetik sudaki Cr(VI)'u tutmakta başarılı olan kitosan destekli UF sisteminin gerçek atıksudaki Cr(VI)'u tutamadığı görülmektedir. Kitosan-SDS ve PEG-SDS kompleksi ile desteklenmiş UF sistemi ile gerçek atıksuda %98,33 Cr(VI) giderimi elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the pollution caused by Cr(VI), a heavy metal, was removed by polymer, micellar and complex enhanced ultrafiltration membrane systems. It is aimed to remove anionic Cr(VI) species whose molecular weights are too small to be retained by the UF membrane, using UF membrane systems with added polymers, surfactants and polymer-surfactant complexes. This process is referred to as polymer-enhanced ultrafiltration (PEUF) and micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) in the literature. In this context, chitosan, a cationic polymer, polyethylene glycol (PEG), a non-ionic polymer  and sodium lauryl sulfate (SDS), an anionic surfactant, were used. Cr(VI) was prepared as a solution and ultrafiltered in a laboratory-scale membrane cell. Cr(VI) removal was analyzed spectrophotometrically. Control of polymer and surfactant structures was carried out by turbidity, electrical conductivity, FTIR and SEM-EDX analyses. In addition, all experimental studies were carried out with the face centered Central Composite Design (CCD) of the Response Surface Methodology (RSM). In this way, not only the optimum removal and permeate flux values are determined, but also the relationships between the studied factors and the resulting responses are revealed.
According to the results obtained, 100% of the Cr(VI) species were separated from the water in the PEUF study performed with chitosan. In studies where PEG and SDS were used, 61.33% and 59.8% efficiency were obtained, respectively. In addition, the effects of the structures created by the use of these components together are evaluated in the relevant sections. Removal efficiencies of chitosan-SDS enhanced UF, chitosan-PEG enhanced UF and PEG-SDS enhanced UF were 99%, 61.33% and 44.33% respectively. A permeate flux of 32.32 L/h/m2 was obtained in the PEUF study carried out with chitosan, where highest Cr(VI) removal efficiency was obtained. This flux value is the lowest optimum point flux obtained during Cr(VI) removal from synthetic wastewater. However, with the chitosan-SDS enhanced UF, a permeate flux of 55.06 L/h/m2 was obtained without a significant decrease in the removal efficiency.
Optimum conditions determined in the models were applied to a real leather industry tanning process wastewater containing Cr(VI). Cr(VI) removal efficiency obtained for PEG, chitosan and SDS was 54.47%, 4.40% and 0.73%, respectively. The Cr(VI) removal efficiency obtained for Chitosan-SDS, Chitosan-PEG and PEG-SDS enhanced UF were determined as 98.33%, 5.40% and 98.33%, respectively. It has been determined that chitosan, which is successful in retaining Cr(VI) in synthetic water, cannot remove Cr(VI) in real wastewater. However, a high level of Cr(VI) removal was obtained with chitosan-SDS and PEG-SDS enhanced UF.