Çapraz bağlı polikarboksilat esaslı adsorbentle kurşun (II) adsorpsiyonunun cevap yüzey yöntemiyle optimizasyonu
Optimization of lead (II) adsorption onto crosslinked polycarboxylate based adsorbent by response surface methodology
Yazar: RUKİYE TAŞDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SIDDIKA GAMZE ERZENGİN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SİBEL YİĞİTARSLAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Kurşun, atık sulardan uzaklaştırılması gereken çevre ve insan sağlığı açısından son derece toksik bir ağır metaldir. Bu tez çalışmasında çapraz bağlı polikarboksilat esaslı adsorbent ile bir ağır metal iyonu olan kurşunun adsorpsiyonu incelenmiştir. Adsorbentin adsorpsiyon öncesi ve sonrası karakterizasyonu FTIR, SEM, EDS, XRD
ile gerçekleştirilmiştir. Kurşun adsorpsiyonuna etki eden parametrelerden başlangıç kurşun konsantrasyonu, süre, sıcaklık, adsorbent miktarı ve pH kesikli deneylerle çalışılmış ve adsorpsiyon verimleri Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi sonuçlarıyla hesaplanmıştır. 25 ppm kurşun iyonu içeren çözelti için optimum pH 5, en uygun
sıcaklık 25 °C, adsorbent miktarı 0,25 g ve süre bir saat olarak belirlenmiştir. Başlangıç kurşun konsantrasyonu, pH ve sıcaklık parametrelerinin Cevap Yüzey Yöntemiyle (RSM) çoklu optmizasyonu çalışılmıştır. Bu amaçla Box-Behnken deney tasarımı yapılmıştır. ANOVA destekli Design Expert programı kullanılarak adsorpsiyon işlemini ifade eden yüzeyin indirgenmiş kübik modele uyduğu istatistiksel olarak doğrulanmıştır. Parametrelerin adsorpsiyon üzerindeki ortak etkileri belirlenmiş ve istenilen koşullarda gerçekleşecek kurşun giderimlerini ek deney gereksinimi olmadan
öngörecek eşitlik elde edilmiştir. Çoklu optimizasyon sonucu 480,7 ppm başlangıç konsantrasyonu, pH 8 ve 25 °C için verim % 79,7'ye ulaşmıştır. Kurşun içeren atık sularda kadmiyum iyonu da birlikte bulunduğu için adsorbentin kurşun ve kadmiyum içeren sulu çözeltideki seçiciliği incelenmiştir. Adsorpsiyonun başlangıç konsantrasyonu fazla olan metal iyonu lehine olduğu bulunmuş ve iki iyonun konsantrasyonu eşitken elektronegativitenin etkisiyle kurşun daha fazla adsorplanmıştır. Kurşunun desorpsiyonu pH=2 olan HCl ortamında çalışılmıştır. Desorpsiyon sonuçları adsorpsiyon işleminin yüksek oranda kimyasal düşük oranda fiziksel olduğunu ve sadece fiziksel kısmının desorplandığını göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: polikarboksilat, çapraz bağ, adsorpsiyon, kurşun, Cevap Yüzey yöntemi

Abstract:
Lead is a heavy metal that must be removed from waste water which is highly toxic to the environment and human health. In this thesis, the adsorption of a heavy metal ion lead and crosslinked polycarboxylate based adsorbent was investigated. Characterization of adsorbent before and after adsorption was carried out by FTIR, SEM, EDS, XRD. The initial lead concentration, time, temperature, amount of adsorbent and pH were determined by batch experiments. Optimum pH 5, optimum temperature 25 ° C, adsorbent amount 0.25 g and time as an hour for solution
containing 25 ppm lead ion. Multiple optimization of initial lead concentration, pH and temperature parameters was studied by Response Surface Methodology (RSM). For this purpose, Box-Behnken experiment design was carried out. Using ANOVA supported Design Expert program, it was statistically confirmed that the surface representing the adsorption process conforms to the reduced cubic model. The common effects of the parameters on the adsorption were determined and the equation was obtained to predict lead removal under the desired conditions without the need for additional experiments. Multiple optimization results yielded an initial concentration of 480.7 ppm, a yield of 79.7 % for pH 8 and 25 ° C. Since cadmium ion was also present in lead-containing wastewater, the selectivity of adsorbent in lead and cadmium-containing aqueous solution was investigated. Adsorption was found to be in favor of metal ions with higher initial concentration and lead was adsorbed more by the effect of electronegativity when the concentration of two ions was equal. Desorption of lead was studied in HCl medium with pH = 2. Desorption results show that the adsorption process is highly chemical, low physical and only the physical part of it is desorbed.

Keywords: polycarboxylate, cross-link, adsorption, lead, Response Surface Methodology