Sudan Diklofenak'ın aktif karbon adsorpsiyonu ile giderimi ve tükenen aktif karbonun asidik ve persülfat oksidasyonu ile rejenerasyon proseslerinin optimizasyonu
Optimization of diclofenac removal by adsorption of activated carbon from water and regeneration processes by acidic and persulfate oxidation of spent activated carbon
Yazar: EZGİ ERKİŞİ
Danışman: PROF. DR. NEVİM GENÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Diklofenak = Diclofenac ; Pareto analizi = Pareto analysis ; Taguchi deneyleri = Taguchi experiments ; Varyans analizi = Variance analysis

Özet:
Bu çalışmada, ticari hindistan cevizi kabuğu bazlı granüler aktif karbon (GAC) ile Diklofenak'ın (DCF) adsorpsiyonu, doymuş GAC'nin HCl, persülfat (PS) ve (Mikrodalga (MW)+PS) prosesleri ile rejenerasyonu araştırılmıştır. Diklofenak'ın GAC yüzeyine adsorpsiyonunu tanımlamak için izoterm, kinetik ve termodinamik çalışmalar yapılmıştır. Adsorpsiyon proses şartları yüksek adsorpsiyon verimi için optimize edilmiştir. Rejenerasyon prosesleri ise düşük işletme maliyeti ve yüksek adsorplama kapasitesi için optimize edilmiştir. Optimizasyonda Taguchi L9 Deney Tasarımı yaklaşımı kullanılmıştır. HCl prosesi ile rejenerasyon işleminde optimum koşullar 3 ml HCl dozu, 5 dakika rejenerasyon süresi ve 40 0C sıcaklık olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda 6,847 mg DCF/g GAC adsorptif kapasite 0,05 €/g GAC işletim maliyeti ile elde edilmiştir. (MW+PS) işleminde optimum koşullar; 0,3 g PS dozu, 406 W MW gücü, 8 dk rejenerasyon süresi ve pH 7 olarak bulunurken, PS işlemleri için belirlenen optimum koşullar 1,5 g PS, 15 dakikalık rejenerasyon süresi ve 9 pH olarak bulunmuştur. Optimum koşullarda, MW+PS ve PS proseslerinde sırasıyla 9,8 mg DCF/g GAC adsorptif kapasite 0,020 €/g işletme maliyeti ile ve 5,0 mg DCF/g GAC adsorptif kapasite 0,077 €/g işletme maliyeti ile bulunmuştur. HCl prosesi için Pareto ve ANOVA analizlerinde adsorpsiyon ve rejenerasyon süreçlerini etkileyen en etkili parametrelerin sırasıyla GAC boyutu ve HCl dozu olduğu bulunmuştur. (MW+PS) ve PS proseslerinde ise ANOVA analizi ile her iki rejenerasyon süreci için yanıtlara en etkili parametrenin PS dozu olduğu bulunmuştur. Ham, doymuş ve rejenere edilmiş GAClar için SEM ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
This study aims at investigating the adsorption of commercial coconut shell-based granular activated carbon (GAC) with Diclofenac (DCF) and regeneration of spent GAC with HCl, microwave (MW), persulfate (PS) and (MW+PS). Isotherm, kinetic, and thermodynamic studies have been carried out to describe the adsorption of diclofenac onto the GAC surface. Adsorption process conditions have been optimized for high adsorption efficiency. Regeneration processes have been optimized for low operating costs and high adsorption capacity. Taguchi L9 Experimental Design method was used for optimization. The optimum conditions for the regeneration process with the HCl process were determined as 3 ml HCl dose, 5 minutes regeneration time and 40 0C temperature. Under these conditions, the adsorptive capacity of 6,847 mg DCF/g GAC was achieved with an operating cost of 0.05 €/g GAC.Optimum conditions in the (MW+PS) process; 0.3 g PS dose, 406 W MW power, 8 min regeneration time, and pH 7 were found. The optimum conditions determined for PS processes were observed as 1.5 g PS, 15 minutes regeneration time and 9 pH. With optimum conditions, an adsorptive capacity of 9,8 mg DCF/g GAC with an operating cost of 0,020 €/g GAC and an adsorptive capacity of 5,0 mg DCF/g GAC with an operating cost of 0,077 €/g GAC were found for (MW+PS) and PS processes, respectively. In Pareto and ANOVA analyzes, the most effective parameters affecting the adsorption and regeneration processes are GAC size and HCl dose in the HCl regeneration process. ANOVA analysis found that the most effective parameter to the responses for (MW+PS) and PS regeneration processes was the PS dose. SEM and FTIR analyzes were performed for raw, spent and regenerated GAC.