Polimerik reçineler ile polisiklik aromatik hidrokarbonların (PAH) giderimi , rejenerasyonu ve çevresel ölçümlerde tekrar kullanılabilirliğinin incelenmesi
The removal and regeneration of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) using polymeric resins and investigation of reusability in environmental measurements
Yazar: AYŞEGÜL GÜVERCİNCİ
Danışman: PROF. DR. AYSEL KANTÜRK FİGEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sanayi ve enerji üretim tesislerinin faaliyeti sonucu emisyona neden olan kirleticileri kontrol altına almak amacıyla yasal mevzuatlar gereğince yetkili laboratuvarlar tarafından baca gazı ölçümleri ve analizleri gerçekleştirilmektedir. Emisyona neden olan önemli çevresel kirleticilerden Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar (PAH), insan sağlığını tehdit eden toksik ve kanserojen etkiye sahip olup, doğal ya da insan kaynaklı oluşan organik bileşiklerin eksik yanması sonucu meydana gelirler. Baca gazı (emisyon) içerisindeki PAH bileşikleri, uygun çaptaki nozulla izokinetik akış hızında ve ısıtmalı prob vasıtasıyla çekilmekte, partiküler maddeler ısıtılmış filtre üzerinde tutulmakta ve gaz fazındaki numune ise kondenserle soğutulduktan sonra katı adsorban üzerinde toplanmaktadır. PAH bileşiklerinin tutulması için katı adsorban olarak organik bileşikleri tutan Amberlite XAD-2 reçine (styrene-divinylbenzene polymer resin) kullanılmaktadır. 
Bu çalışmada, kullanılmış Amberlite XAD-2 reçinesinin atık olarak miktarının azaltılması ve ticari olarak proses maliyetinin düşürülmesi için PAH giderim proseslerinde tekrar kullanılabilirliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda rejenerasyon proses parametrelerine göre optimim deney koşulları Box-Behnken tasarım yöntemi ile belirlenmiştir. Numunedeki Polisiklik Aromatik Hidrokarbonları (PAH) ayırarak uygun çözücü hacminde toplamak için sokslet ekstraksiyon ile ön işlem gerçekleştirilmiştir. Seçilen çözücülerde ekstraksiyon sonucu toplanan PAH içerikleri Gaz kromatografisi-kütle spektrometresi (GC-MS) ile analiz edilmiştir. Gaz fazında bulunabilen veya gazlaştırılabilen PAH içerikleri, GC-MS ile kütlesel kromatografi prensibine göre ayrıştırılarak ileri seviyede moleküler tayinle belirlenmiştir. PAH gideriminde toluen ve hekzan olmak üzere iki çeşit çözücü ile çalışılmıştır. Çözücü cinsi, reçine ve çözücü miktarı, ekstraksiyon süresi, aşılama miktarı gibi değişkenler ile paralel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Her bir değişken için tekrarlı çalışmalar yapılarak teorik değer üzerinden geri kazanım ve paralelinde reçine temizleme oranları hesaplanmıştır. Tüm değişkenler ile yapılan çalışma sonuçları değerlendirildiğinde minimum % 85 temizleme oranı elde edildiği görülmüştür. Box-Behnken Tasarım yöntemi ile optimum deney koşulları belirlenmiştir.

Abstract:
In order to control the emissions thrown into the atmosphere as a result of the activities of industrial and power generation facilities, flue gas measurements and analyzes are carried out by authorized laboratories in accordance with legal regulations. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), one of the important environmental pollutants that cause emissions, have toxic and carcinogenic effects that threaten human health, and are formed as a result of incomplete combustion of natural or anthropogenic organic compounds. PAHs in the flue gas (emission) are drawn at isokinetic flow rate with the nozzle of suitable diameter and by means of the heated probe, the particulate substances are kept on the heated filter and the gas phase sample is collected on the solid adsorbent after cooling with the condenser. Amberlite XAD-2 resin (styrene-divinylbenzene polymer resin), which holds organic compounds as a solid adsorbent, is used for the retention of PAHs. 
In this study, it is aimed to investigate the reusability of used Amberlite XAD-2 resin in PAH removal processes in order to reduce its amount as a waste and reduce the process cost commercially. Accordingly, the optimum experimental conditions for the regeneration process parameters were determined by the Box-Behnken design method. PAHs were extracted with selected solvents from spiked samples and analyzed using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) instrument which can be found in the gas phase or gasified by GC-MS, were determined by mass separation and advanced molecular determination. Two kinds of solvents, toluene and hexane, were used for PAHs removal. Optimization studies were carried out in parallel with variables such as solvent type, solvent amount, extraction time, spike quantity for PAHs removal. For each variable, repetitive studies were carried out to calculate the recovery over the theoretical value and the resin cleaning rates in parallel. When the results in all variables were evaluated, it was seen that a minimum of 85% cleaning rate was obtained. Optimum experimental conditions were determined with the Box-Behnken Design method.