Bısfenol a'nın aktıf karbona adsorpsiyonu
The adsorption of bisphenol a by activated carbon
Yazar: MUHAMMED ALİ
Danışman: PROF. DR. UĞUR SALGIN
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bisfenol A gibi endokrin bozucular su güvenliği açısından büyük bir endişe yaratmaktadır. Bu tez çalışmasında, endokrin bozucu bisfenol A'nın (BPA) ticari olarak üretilen aktif karbona (AC) sulu çözeltilerden adsorpsiyon yöntmiyle adsorpsiyon verimi araştırılmıştır. Bu çalışmanın amacı, sulu çözeltiden BPA'nın AC'ye adsorpsiyonunu sağlayarak optimum adsorpsiyon koşullarının belirlenmesi ve adsorpsiyon kinetiğinin, izoterminin ve termodinamğinin değerlendirilmesidir. BPA'nın 10 ppm ile 100 ppm arasında değişen başlangıç derişimlerinin etkisi incelenmiş ve optimum adsorpsiyon verimi ve kapasitesine 80 ppm başlangıç kirletici derişiminde ulaşılmıştır. Başlangıç çözelti pH'ının adsorpsiyon etkinliği üzerine etkisi, 2-12 pH aralığında çalışılmıştır. Çözelti pH'ı 2-7 aralığında olduğunda pH değerinin adsorpsiyon üzerinde dikkate değer bir etkisi bulunmazken, 8'den yüksek pH seviyelerinde BPA'nın iyonizasyonu nedeniyle  % adsorpsiyon verimi azaltmaktadır. Dolayısıyla doğal pH değeri (7.18) adsorpsiyon için uygun pH değeri olarak kabul edilebilir. 1−3 g/L arasındaki adsorban derişimleri etkisi araştırılmış ve BPA'nın adsorpsiyon verimi ve adsorpsiyon kapasitesi için 2 g/L'de optimum değerlere ulaşmıştır. Karıştırma hızının etkisi 100 rpm ile 400 rpm arasında araştırılmıştır. Karıştırma hızı 100 rpm'den 200 rpm'ye yükseltildiğinde % adsorpsiyon veriminde bir artış gözlemlemiş, ancak daha yüksek karıştırma hızlarında bu değer azalmıştır. Bu nedenle 200 rpm karıştırma hızı optimum değer kabul edilmiştir. 15oC ile 55oC arasında değişen ortam sıcaklığının BPA adsorpsiyonu üzerindeki etkisinin incelendği deneyler sonucunda, sıcaklığın 15oC'den 25oC'ye yükseltilmesi % adsorpsiyon verimini hızlı bir şekilde artırmıştır ancak daha yüksek sıcaklıklarda artış miktarı oldukça düşüktür. Bu nedenle 25oC, adsorpsiyon için ideal bir sıcaklıktır. Dört farklı tuzun (NaCl, KCl, MgCl2 ve CaCO3) iyonik kuvvetinin etkisi, 0.01 M ile 0.5 M arasındaki derişimlerde araştırılmış. NaCl ve KCl'nin adsorpsiyona farkedebilir bir etkisi olmadığı halde MgCl2 ve CaCO3 % adsorpsiyon verimini azalmıştır. Dört farklı adsorpsiyon kinetik modeli incelenmiş olup, verilere en az uyan model birinci dereceden kinetik modeldir (r2=0.97). İkinci dereceden kinetik model, karışık mertebeli kinetik model ve n'inci dereceden kinetik model daha yüksek korelasyon katsayısıyla (r2=0.99) daha uygun bulunmuştur. Adsorpsiyonun optimum koşulları; Co=80 ppm, doğal pH, 25oC ve CAC= 2 g/L ve 200 rpm olarak belirlenmiştir. Optimum koşullarda gerçekleştirilen adsorpsiyon deneyeri sonucunda ulaşılan % adsorpsiyon verimi  % 95.23'tür. İzoterm modellerinden Langmuir, Temkin, Toth, Freundlich, Redlich−peterson ve sips modelleri inelenerek sips izoterminin adsorpsiyon verilerine en yüksek uyum gösteren model olduğu hesaplanmıştır (r2=0.994). Sips modeline göre maksimum adsorpsiyon kapasitesi 49.37 mg/g olarak bulunmuştur.

Abstract:
Endoctrine distruptors such as bisfenol a are a major concern for water safety. In this study adsorptive rempval of endocrine disruptor bisphenol A (BPA) by a commercially produced activated carbon (AC) in aqueous solutions was investigated. The goal of this study is to determine the optimal conditions for BPA adsorption in aqueous for different parameters and evaluating the adsorption kinetics, adsorption isotherms and adsorption thermodynamics. The effect of  intial concentrations of  BPA between 10 ppm to 100 ppm has been studied and based on % adsorption yield  and adsorption capacity optimal adsorpsion was determined at 80 ppm. The initial pH level from 2−7 had no noticable effect on the adsorption while pH levels higher than 8 reduced the % adsorption yield due to the ionization of BPA, thus a natural pH level at 7.18 deemed optimal for adsorption. Adsorbent concentraions between 1−3 g/L was investigated and based on % adsorption yield of BPA and adsorbent capacity an optimal value was reached at 2 g/L. Mixing speed of the solutions was investigated betwen 100 rpm and 400 rpm. Intitially an increase of % adsorption yield was observed as the mixing speed increased from 100 rpm to 200 rpm then decreased at higher mixing speeds making  200 rpm the optimal mixing speed. The temprature effect on BPA adsorpstion between 15oC and 55oC wich showed an increase in % adsorption yield as the temprature increased from 15oC to 25oC, however at higher tempratures a slight increase was observed, making 25oC a suitable temprature for adsorption. Ionic strength for four different salts (NaCl, KCl, MgCl2, and CaCO3) was investigated at concentreation between 0.01 M to 0.5 M. NaCl and KCl had no noticable impact on adsorption while MgCl2 and CaCO3 decreased % adsorption yield. Four different adsorption kinetic models were investigated and the model that fits the data the least is the first order kinetic model (r2=0.97). The second order kinetic model, the mixed order order kinetic model and nth order kinetik model were more suitable with a higher correlation coefficient (r2=0.99). The optimum conditions of adsorption were (Co=80 ppm, natural pH, 25oC, and CAC= 2 g/L and 200 rpm. The % adsorption yield at optimum conditions is % 95.23. Six isotherms (Langmuir, Temkin, Toth, Freundlich, Redlich peterson and sips ) were investigated and sips isotherm had the highest fittnet for adsorption data (r2=0.994) and a maximum  adsorption capacity of 49.37 mg/g.