Dogal ve demir kaplı zeolit karakterizasyonu ve sulardan ağır metallerin giderilmesinin araştırılması
The investigation of natural and iron-covered zeolite charecterization and cleaning water from heavy metals
Yazar: NECLA DİLARA ATALAY TEKİN
Danışman: PROF. DR. MELTEM SARIOĞLU CEBECİ ; YRD. DOÇ. DR. ÜLKER ASLI GÜLER
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, zeolitin, biyokütlelerinin doğal ve ön işlemden geçirilmiş halleri adsorbent olarak kullanılarak, çinko(II), nikel(II) ve kurşun(II) ağır metal iyonları ile kesikli ve sürekli sistemde tek bileşenli ve iki bileşenli olmak üzere sentetik atıksudan adsorpsiyonu incelenmiştir. İstatiksel modellemeye göre deneyde kullanılacak parametreler ve aralıkları belirlendikten sonra deneyler yürütülmüştür. Response Surface Methodology (RSM) adlı dizayn programı; dizayn değerleri ve cevap değerleri arasındaki fonksiyonel ilişkiyi tahmin ederek istatiksel ve teknik anlamda değerlendirilmesi şeklin de özetlenir. Bu istatiksel bir yaklaşımla deney faktörleri ve bulunan sonuçlar arasındaki ilişkiyi değerlendirmek için kullanılmıştır.
Bu amaçla, kesikli sistem deneylerinde adsorpsiyonu etkileyen faktörler (pH, temas süresi, derişim, sıcaklık, adsorbent dozajı) çalışılmış, elde edilen verilere Langmuir, Freundlich ve D-R izoterm modelleri uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre tüm adsorbentlerin Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izotermlerinin her ikisine de uyum gösterdiği belirlenmiştir. D-R modelinden elde edilen ortalama adsorpsiyon enerjisi (E), adsorpsiyon mekanizmasının fiziksel iyon değişimi ile meydana geldiğini göstermiştir. Adsorpsiyon kinetiğinin belirlenmesinde sözde ikinci derece hız kinetik modelleri kullanılmış ve her iki adsorbent için, Zn(II), Ni(II) ve Pb(II) adsorpsiyonunu sözde ikinci dereceden hız eşitliğinin temsil ettiği belirlenmiştir. Ayrıca tanecik içi difüzyon modelinden iki doğrusal bileşen (birincisi sınır tabakası difüzyonu, ikincisi ise tanecik içine difüzyon ile ilgili) elde edilmiştir. Zn(II), Ni(II) ve Pb(II) iyonları için tüm adsorbentlere zeolit ve demir kaplı zeolit adsorpsiyonunda termodinamik parametrelerden ΔH, ΔS ve ΔG değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca tüm adsorbentler ile desorpsiyon çalışmaları, iyonik şiddetin etkisi (NaCl), iki bileşenli giderim çalışmaları yapılmıştır. İki adsorbentin yapısal karakteristigini belirlemek amacıyla FT-IR spektrumları ile SEM görüntüleri çekilmiştir. FT-IR ölçüm sonuçlarına göre adsorbentlerin farklı fonksiyonel gruplara sahip olduğu belirlenmiştir.
Sürekli sistem çalışmalarında ise zeolitin doğal hali ve demir kaplı zeolit adsorbent kullanılarak dolgulu kolonda çalışmalar sentetik çözelti ile yürütülmüştür. Ayrıca doğal ve demir kaplı zeolitin HCl ile rejenerasyonu ve 2. kez kullanım çalışması yapılmış, 2. kez kullanımda verimin oldukça düştüğü gözlenmiştir. Dolgulu kolon sisteminde elde edilen verilere Thomas, Yoon-Nelson ve Bohart-Adams modelleri uygulanmıştır. Deneysel Breakthrough eğrileri ile model öngörüleri arasında iyi bir uyum olduğu gözlenmiştir.
Sonuç olarak çalışılan tüm materyallerin Zn(II), Ni(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonunda adsorbent olarak kullanılabilir özellikte oldukları görülmüştür.

Anahtar kelimeler: Adsorpsiyon, Zn(II), Ni(II) ve Pb(II) ağır metal, doğal zeolit, demir kaplı zeolit, RSM

Abstract:
In this study, by using their natural and pre-treated biomass states, the adsorption of zeolite with zincum (II), niccolum (II) and plumbum (II) heavy metals from synthetic and real waste-water in batch and continuous systems was studied under single-component and binary-components. According to statistical modelling, experiments will be conducted after parameters which will be used in experiments and their intervals are determined. The design software which is called Response Surface Methodology (RSM) is briefly explained as evaluation of design values and response values in terms of statistical and technical meaning by estimating functional relation between them. The software was used to evaluate the relation between experiment factors and finding results with a statistical approach. 
With this purpose, the factors (pH, contact period, concentration, temperature, adsorbent dosage) effecting adsorption in batch system experiments were studied, and Langmuir, Freundlich and D-R isotherm models were applied to the results. According to the finding results, it was found out that all of the adsorbents were compatible to both Langmuir's and Freundlich's isotherm models. The mean adsorption energy values (E) evaluated from the D–R model has showed that the adsorption mechanism was formed from physical ion-exchange. To determine the adsorption kinetics, pseudo-quadratic speed kinetics models were used and it was found out that pseudo-quadratic speed equality stood for Zn (II), Ni (II) and Pb (II) adsorptions for both adsorbents. Additionally, two linear components (one is boundary layer diffusion and the other is particle diffusion) attained from intraparticle diffusion model. For Zn(II), Ni(II) and Pb(II) ions, ΔH, ΔS and ΔG values from thermodynamic parameters were calculated for all adsorbents in zeolite and zeolite-covered irons. Additionally, desorption studies, ionic severity effect (NaCl), binary component relief studies were conducted with all adsorbents. With the aim of determining their structural characteristics, SEM images of two adsorbents were taken with FT-IR spectrums. 
On the other hand, in continuous system studies, the studies in packed columns were conducted with synthetic solution by using natural state of zeolite and zeolite-covered iron. Additionally, the regeneration of activated sludge with HCl and second time usage studies were conducted, and it was observed that the output decreased considerably in the second time usage. Thomas, Yoon-Nelson and Bohart-Adams models were applied to the finding results of the packed column system. It was observed that there was a good harmony between experimental Breakthrough curves and model predictions. 
After all, it was found out that all of the materials that were studied has the ability to be used as an adsorbent in the adsorption of Zn (II), Ni (II) and Pb (II) ions.

Key Words: Adsorption, Zn (II), Ni (II) and Pb (II), heavy metal, natural zeolite, iron-covered zeolite, RSM