Killi tınlı ve tınlı toprakta titanyum dioksit nanopartiküllerinin taşınımına etilendiamindisüksinik asitin etkisi
Effects of ethylenediamindisuccinic acid on titanium dioxide nanoparticle transport in clay loam and loam soil
Yazar: SEZER KARA
Danışman: PROF. DR. NURCAN KÖLELİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Son yıllarda doymamış bölgedeki (vadoz zon) çözünen metal iyonlarının veya metal nanopartiküllerin taşıma parametrelerinin karakterize edilmesi konusu, toprak ve çevre bilimlerindeki araştırmacıların ilgi odağı olmuştur. Özellikle son yıllarda Dünyada titanyumdioksit nanopartükül (TiO2-NP) üretim ve kullanımının artması hem toprak hem de yeraltı suyu kaynaklarının kirlenme olasılığını artırmıştır. Bu nedenle ekosistem ve insan sağlığı için çevresel risk değerlendirmesi yapmak ve olası kirliliği kontrol altına almak amacıyla farklı tekstüre sahip toprak gibi heterojen ve gözenekli ortamlarda TiO2-NP'lerin hareketliliğini ve alıkonmasını araştırmak oldukça önemlidir. Çalışmanın amacı, parçacık boyutları 29,73 nm ile 57,14 nm arasında değişen TiO2-NP'lerin, tınlı (L) ve killi tınlı (CL) olmak üzere iki farklı tekstüre sahip toprak kolonlarında kısmen doymuş koşullar altında taşınmasını ve alıkonmasını araştırmaktır. Kolona giriş konsantrasyonu (C0) 100 mg/L olan bir TiO2-NP süspansiyonu, toplam 10 mL'de kolonlara enjekte edilmiştir. Ayrıca toprağa uygulanan etilendiamindisüksinik asit (EDDS)'nin metal taşınımını artırma olasılığı gözönüne alınarak yapılan araştırmada 10 mM EDDS'nin TiO2-NP'lerin taşınımını artırıp artırmadığı test edilmiştir. Toprak dolu kolonların dispersiyon katsayısı, gözenek hacmi, su hızı gibi bazı fiziksel özelliklerini belirlemek amacıyla kolonlara reaktif olmayan bromür çözeltisi (8,5 mg/L NaBr) verilmiş ve çıkış suyunda toplanan numunelerde titanyum (Ti) ve bromür (Br) içerikleri İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometresi (ICP-MS) cihazında belirlenmiştir. Tınlı ve killi tınlı toprakta 100 mg/L TiO2-NP süspansiyonu ile yapılan kolon deneylerinde denge koşulları kabul edilerek bromür bitme eğrisi, CXTFIT'de uygulanan STANMOD kullanılarak modellenmiştir. Deney sonuçları, TiO2-NP'lerin mobilitesinin toprak tekstürü tarafından etkilendiğini ve toprağa ilave edilen EDDS'nin TiO2-NP'lerin taşınımını artırdığını göstermiştir. Toprakta kilin artması nanopartiküllerin kolonda birikimini ya da alıkonmasını arttırmaktadır. Toprakta TiO2-NP'lerinin taşınımı artan kil içeriği ile azalırken, EDDS varlığında arttığı görülmüştür. Nispeten büyük çaplı toprak parçacıklarına sahip tınlı topraklarda, TiO2'nin önemli bir kısmı (% 36,7) toprak kolonlarından kolayca geçer iken, daha yüksek kil içeriğine sahip killi tınlı toprakta önemli ölçüde (% 81,5) alıkonmuştur. Tınlı ve killi tınlı toprakda TiO2-NP'lerin taşınımı ve buna EDDS'nin katkısı, yeraltı su kirliliği açısından potansiyel olarak çevresel risk teşkil etmektedir.

Abstract:
In recent years, the issue of characterizing the transport parameters of dissolved metal ions or metal nanoparticles in the unsaturated (vadose) zone has been the focus of interest for researchers in soil and environmental sciences. The increase in the production and use of titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NPs) in the world, especially in last years, has increased the possibility of contamination of both soil and groundwater resources with TiO2-NPs. It is very important to investigate the mobility and retention of nanoparticles (NPs) in porous media such as soil to assess and control the environmental risks of NPs for the environment (ecosystem) and human health. Before a pollutant in the soil reaches any aquifers, it often passes through an unsaturated zone, but due to the difficulty in meeting these conditions in the laboratory, the retention and removal tests of the pollutants are carried out under saturated conditions. In this study, the retention and transport of TiO2-NP with a very low solubility or degradability, which has a very low solubility or degradability, which is increasing day by day and is added to the ecosystem with various cycles, especially in the water cycle, and the effect of soil texture (tissue) on it. . The aim of the study is to investigate the transport and retention of TiO2-NPs with particle sizes ranging from 29.73 nm to 57.14 nm under two different textures (loam (L) and clay loam (CL)) under unsaturated conditions. A suspension of TiO2-NP with column inlet concentration (C0) 100 mg/L was injected into the columns in a total of 10 mL. In addition, in the research conducted considering the possibility of increasing the metal transport of EDDS applied to the soil, it was tested whether 10 mM EDDS increased the transport of TiO2-NPs. Non-reactive bromide solution (8.5 mg/L NaBr) was given to the columns to determine the physical properties of soil filled columns, such as dispersion coefficient, pore volume, water velocity, and the contents of titanium (Ti) and bromide (Br) were detected using an Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer (ICP-MS) in each sample collected in the outlet water. In column tests performed with 100 mg/L TiO2-NP suspansion in loamy and clay loam soil, the bromide finishing curve was modeled using CXTFIT implemented STANMOD by accepting equilibrium conditions. The experimental results showed that the mobility of TiO2-NPs is affected by soil texture and EDDS added to the soil increases the transport of TiO2-NPs. Increasing clay in the soil increases the accumulation or retention of nanoparticles in the columns. While the transportation of TiO2-NPs in the soil decreases with increasing clay content, it was observed that it increased in the presence of EDDS. In loamy soils with relatively large diameter soil particles, a significant portion (36.7%) of TiO2-NPs passes through soil columns, while a considerable (81.5%) retention in clay loam soil with higher clay content. Transport of TiO2-NPs in loam and clay loam soil and the contribution of EDDS potentially occurs environmental risk in terms of groundwater pollution.