Adsorbsiyon yöntemi ile sulu ortamlarda Cu(II) ve Cr(III) iyonlarının gideriminde adsorban olarak midye (Mytilus edulis) kabuğu  kullanımının araştırılması
Investigation of the usage of common blue mussel (Mytilus edulis) shell as adsorbent for the removal of Cu(II) and Cr(III) ions in aqueous media via adsorption method
Yazar: MELİKE ÖZSOY
Danışman: DOÇ. DR. SELÇUK ÖZCAN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Ağır metal endüstrilerinin katı ve özellikle de metal iyonu çözeltisi şeklindeki atıkları toksik etkileri nedeniyle doğada kirletici etki göstermektedir ve bu sebeple ağır metal içeren sulu atıkların doğaya deşarj edilmeden önce metal içeriklerinin  uzaklaştırılması önem kazanmaktadır. Ağır metallerin sulu ortamlardan gideriminde pek çok yöntem kullanılmakla beraber son yıllarda doğal kaynaklardan basit süreçlerle elde edilen adsorbentler kullanılarak ağır metal giderimi yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu araştırmada adsorbsiyon yöntemiyle Cu(II) ve Cr(III) iyonlarının gideriminde öğütülmüş midye (Mytilus edulis) kabuğunun adsorbent olarak kullanımının incelenmesi amaçlanmıştır. Yapılan çalışma neticesinde Cr(III) için 293 K sıcaklık değerinde adsorbsiyonun Langmuir ve Freundlich izoterminin her ikisine de uyduğu, 303K ve 313K sıcaklıkta ise Freundlich izotermine, 333K sıcaklıkta ise Langmuir izotermine uyduğu görülmüştür. Cu(II) için ise 293K sıcaklık değerinde adsorbsiyonun Freundlich izotermine, 303K sıcaklıkta ise Langmuir izotermine uyduğu tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, başlangıç derişimi 50-200 ppm olan Cr(III) ve Cu(II) iyonları  için adsorbsiyon veriminin 293 – 333 K sıcaklık aralığında genel olarak 303 K'de en yüksek değerine ulaştığı tespit edilmiştir. En yüksek adsorbsiyon veriminin, Cr(III) iyonu için 50 ppm başlangıç derişiminde yaklaşık %96 olduğu ve başlangıç derişimlerinin 100 ve 200 ppm'e yükselmesi ile hafif düştüğü, Cu(II) iyonu için 200 ppm başlangıç derişiminde yaklaşık %98 olduğu ve başlangıç derişiminin artması ile arttığı bulunmuştur. Cr(III) iyonunu için adsorbsiyon kapasitesinin yaklaşık 18 mg/g, ve Cu(II) iyonu için 19.5 mg/g olduğu tespit edilmiştir. Birinci derece Lagergren kinetiğine göre Arrhenius denkleminden hesaplanan aktivasyon enerjileri Cu(II) için yaklaşık 8 kJ/mol ve Cr(III) için yaklaşık 7 kJ/mol'dür.  
Öğütülmüş midye kabuğu, aktif karbon ile karşılaştırıldığında (yaklaşık olarak Cu(II) için 45 mg/g, Cr(III) için 16 mg/g) adsorpsiyon kapasitesinin karşılaştırılabilir olduğu ve öğütülmüş midye kabuğunun Cu(II) ve Cr(III) gideriminde adsorban olarak kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Adsorbsiyon; Ağır Metal; Cu(II); Cr(III); Langmuir izotermi; Freundlich izotermi; Lagergren kinetiği

Abstract:
The solid and also especially the metal ion solution wastes of heavy metal industries are rendered as pollutants to the nature due to their toxicity. Therefore, it is imperative to treat such metal ion containinng aqueous wastes before being discharged to the environment. Although a variety of methods are being used for the treatment of aqueous wastes with heavy metal content, inrecent years the use of adsorbents produced by simple methods from natural sources are becoming more prominent in the heavy metal stripping. In this study, the use of grinded common blue mussel shell (Mytilus edulis) as an adsorbent in the treatment of Cu(II) ve Cr(III) ions with adsorption, was investigated. As a result of the study it was found that the Cr(III) adsorption at 293 K was in accord with Langmuir and Freundlich isotherms, while at 303 K - 313 K it conformed with Freundlich isotherm, still at the higher temperature of 333 K it obeyed Langmuir isotherm. On the other hand, for Cu(II) at 293 K  the adsorption correlated with Freudlich isotherm and at the higher temperature of 303 K it correlated with Langmuir isotherm. It was concluded that, the adsorption yield for both the Cr(III) and Cu(II) ions with the initial concentrations of 50-200 ppm, reached their maximums in betweeen 293 K – 333 K, in general at 303 K. It was found that the adsorption yield for Cr(III) with the 50 ppm initial concentration reached 96%, and with the initial concentrations raised to 100 ppm and 200 ppm the yield declined slightly, and the adsorption yield for Cu(II) with the 200 ppm initial concentration was 98% with an increasing trend with increasing initial concentration. The adsorption capacity of the adsorbent for Cr(III) ion was determined to be 18 mg/g, while its adsorption capacity for Cu(II) ion was determined as 19.5 mg/g. According to the Lagargren adsorption kinetics which is of first degree, the activation energies of Cr(III) and Cu(II) on the adsorbent were approximately 7 kJ/mol and 8 kJ/mol, respectively. 
When the adsorption capacity of the ground shell was compared with that of activated carbon of 16 mg/g for Cr(III) and 45 mg/g for Cu(II), it was concluded that ground common blue mussel shell could be employed as an adsorbent for the adsorption treatment of aqueous solutions of Cr(III) and Cu(II) ions.

Key Words: Adsorption; Heavy Metal; Cu (II); Cr (III); Langmuir isotherm; Freundlich isotherm; Lagergren kinetics