Kaolin destekli nano boyutlu sıfır değerlikli demir partikülleri ile sulu ortamdan fosfat giderimi
Phosphate removal from aqueous medium by kaolin-supported nano-scale zero-valent iron particles
Yazar: MERVE ÖZTANRIKULU
Danışman: DR. MÜSLÜN SARA TUNÇ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kaolin destekli nano boyutlu sıfır değerlikli demir (K-nZVI) partikülleri ile sulu ortamdan fosfat giderimi araştırılmıştır. Bunun için K-nZVI, laboratuar ortamında demir(III)'un borhidrür ile kimyasal indirgeme yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Kaolin destek materyali olarak kullanılmıştır. Çalışmada ayrıca aynı yöntemle kaolin kullanılmadan nano boyutlu sıfır değerlikli demir (nZVI) de sentezlenmiştir. Kaolin, nZVI ve K-nZVI materyalleri fosfat gideriminde kullanıldığında en iyi giderim verimi K-nZVI ile sağlanmıştır. Fosfat giderimi için en etkili kaolin:nZVI kütle oranını belirlemek için farklı kaolin:nZVI kütle oranlarına sahip K-nZVI hazırlanmış ve en iyi fosfat giderim verimi kaolin:nZVI kütle oranı 1:1 oranına sahip K-nZVI ile elde edilmiştir.
Çalışmada, fosfat giderim verimi üzerinde başlangıç çözelti pH'ı, K-nZVI miktarı, başlangıç fosfat konsantrasyonu, sıcaklık ve klorür, sülfat ve bikarbonat anyonu gibi parametrelerin etkisi de incelenmiştir. Giderim verimi pH'ya bağlı olmuş ve en iyi giderim verimi pH 3 değerinde sağlanmıştır. Fosfatın etkili adsorpsiyonu için 0.5 g/L K-nZVI dozajı yeterli olmuştur. Başlangıç fosfat konsantrasyonunun artışıyla fosfat giderim veriminin azaldığı ve sıcaklık artışı ile fosfat giderim veriminin arttığı görülmüştür. Klorür ve sülfat anyonu giderim verimini etkilemezken bikarbonat varlığında giderim verimi azalmıştır.
Langmuir ve Freundlich izoterm modelleri denge verilerine uygulanmış ve Langmuir izoterm modelinin Freundlich izoterm modelinden daha iyi uyum sağladığı görülmüştür. Ayrıca, K-nZVI üzerine fosfat adsorpsiyon prosesinin yalancı ikinci derece kinetik modele uyduğu belirlenmiştir. K-nZVI kullanılarak gerçek atıksulardan fosfat etkili bir şekilde giderilmiştir.  Mevcut veriler dikkate alındığında, K-nZVI partiküllerinin sulu ortamlardan fosfatın gideriminde başarılı bir şekilde kullanılabileceği anlaşılmıştır.

Abstract:
In tis study, phosphate removal from aqueous medium by kaolin-supported nano scale zero-valent iron (K-nZVI) particles was investigated. Therefore, K-nZVI was prepared using the ferric iron chemical reduction method by borohydride in laboratory. Kaolin was used as a support material. In the study, nano scale zero-valent iron (nZVI) was also synthesized by using the same method without kaolin. When kaolin, nZVI and K-nZVI materials are used, the best removal efficiency was achieved using K-nZVI. To determine the most effective kaolin: nZVI mass ratio for phosphate removal, K-nZVI with different kaolin: nZVI mass ratios was prepared and the best phosphate removal efficiency was obtained with K-nZVI having a kaolin: nZVI mass ratio of 1:1.
In the study, the effect of parameters such as initial solution pH, K-nZVI amount, initial phosphate concentration, temperature and chloride, sulfate and bicarbonate anions on phosphate removal efficiency were also examined. The removal efficiency was dependent on pH and the best removal efficiency was achieved at pH 3. For effective adsorption of phosphate,  K-nZVI dosage of 0.5 g/L was sufficient. It was observed that phosphate removal efficiency decreased with increasing initial phosphate concentration and increased with raising temperature. Chloride and sulfate anions did not affect the removal efficiency, but the removal efficiency decreased in the presence of bicarcarbonate. 
Langmuir and Freundlich isotherm models were applied to equilibrium data and it was shown that Langmuir isotherm model achieved better fit than Freundlich isotherm model. It was also determined that the process of phosphate adsorption onto K-nZVI was well fitted the pseudo second order kinetic model. Phosphate from actual wastewater was effectively removed using K-nZVI. By considering the available data, it was understood that K-nZVI particles can be used successfully in the removal of phosphate from aqueous medium.