Atık sulardan bor gideriminde modifiye doğal kil minerallerinin kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of usage of modified natural clay minerals for removal of boron from wastewater
Yazar: PELİN BARAN
Danışman: PROF. DR. GÜLHAYAT NASÜN SAYGILI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Doğada genellikle Borik asit (H3BO3) ve Borat iyonu (B(OH)4-) olarak bulunan Bor elementinin endüstride çok çeşitli kullanım alanları bulunmaktadır. Evsel ve endüstriyel atıkların deşarjıyla önemli su kaynakları olan göller, nehirler, denizler ve yer altı suları kirletilmektedir. Bitkiler için oldukça gerekli bir besin maddesi olan Bor elementinin yüksek konsantrasyonlarda bulunması toksik etkiye neden olmaktadır. Bunun yanı sıra, insanlara ve çevreye olan etkileri de göz önünde bulundurulduğunda sulardan ve atık sulardan Bor gideriminin büyük önem taşıdığı görülmektedir.
Bu çalışmada, perlit ve vermikülit doğal mineralleri HDTMA ve GA varlığında uygun şartlarda, borat anyonunun atık sulardan uzaklaştırılmasında adsorban olarak kullanılmışlardır. Perlit ve vermikülit killerinin yapısal analizi, yüzeyin homoiyonik forma getirilmesi, katyon değişim kapasitelerinin bulunması, HDTMA ve GA sorpsiyonlarının incelenmesi, HDTMA/GA konsantrasyonu, temas süresi, pH, izoterm denemesi, inert elektrolit, sıcaklık gibi parametrelerin Bor giderimi üzerine olan etkileri incelenmiştir. Elde edilen veriler ışığında, adsorpsiyon izotermleri, izoterm modellemeleri, adsorpsiyon kinetiği ve adsorpsiyon termodinamiği irdelenmiştir. En son olarak da, kesikli sistem çalışmaları sonucunda perlit ve vermikülit killeri kullanılarak yapılan Bor giderimi çalışmalarından elde edilen uygun parametreler ışığında endüstriyel atık su için Bor adsorpsiyonu denemesi yapılmış ve Bor giderim verimi incelenmiştir. 
Son aşamada, gerçekleştirilmiş denemeler ışığında bor içerikli atıksu için proses şeması belirlenmiş ve ön ekonomik analiz yapılmıştır. Vermikülit ve perlit killeri için adsorpsiyon işlemi öncesi ve sonrası için karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiş ve bu bağlamda XRD, SEM ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Boron exists in form of boric acid (B(OH)3) or borat ion (B(OH)4-) in nature. Boron and its compounds are widely used in industry. Chemical products which are used in agricultural and industrial wastewater which is composed from prosessing activities in factories are especially rich in borate. Water pollution is a serious problem in lakes, sea and ground water due to the discharge of houses and especially industrial waste products. Boron is an important nutritinal element for plants but higher concentrations of borat has toxic effects. Furthermore, borat removal from wastewater is extremely important when we consider its effects on human and environment.
Experimental studies were performed in batch system. In the first part of the study, chemical composition analysis, convertion of the surfaces to their homoionic forms, finding cation exchange capacities and HDTMA and GA sorption analysis of perlite and vermiculite clays were completed. Effect of HDTMA/GA concentration, contact time, pH, isotherms, isotherm models, inert electrolyte and temperature on boron removal were studied. Adsorption kinetics and thermodynamics were studied by using experimental data.  Optimum conditions obtained from batch system studies of boron removal of boron were applied to industrial wastewater and observed boron removal performance. At the next step, characterization of clay minerals before and after adsorption were done. Also, process scheme and pre-economical analysis were done. At the end of this study, data which were obtained from these studies is compared to find the best conditions for boron removal.