Sulardaki anti-depresanların magnetik nanopartiküller ile giderimi
Removal of anti-depressants in waters by magnetic nanoparticles
Yazar: SABRİYE BÜŞRA GÜNEŞ
Danışman: PROF. SENAR AYDIN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Kırmızı çamur = Red mud ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Çalışmada, sulardaki anti-depresan bileşiklerinin sentezlenen magnetik Fe3O4-kırmızı çamur nanopartikülleri ile giderimi araştırılmıştır. Carbamazepine, diazepam, lorazepam ve paroxetine bileşiklerinin Fe3O4-kırmızı çamur nanopartikülleri ile adsorpsiyon kapasitesi inceledikten sonra deneysel çalışmalara model bileşik olarak carbamazepine ile devam edilmiştir. Kesikli adsorpsiyon deneylerinde optimum giderim şartlarının tespit edilebilmesi için magnetik Fe3O4-kırmızı çamur nanopartiküllerinin hazırlanmasında kullanılan kırmızı çamur miktarı, pH, temas süresi, adsorban dozu ve sıcaklık gibi deneysel parametrelerin etkisi incelenmiştir. Carbamazepine'nin sudan etkin bir şekilde giderimi için magnetik Fe3O4-kırmızı çamur nanopartiküllerinin sentezinde kullanılan kırmızı çamur miktarı 1 g, çözelti pH değeri 6.5, temas süresi 30 dakika, nanopartikül dozu 1 g/L, sıcaklık 25 oC olarak tespit edilmiştir. Nanopartiküller kimyasal rejenerasyondan sonra üç defa kullanılmış ve sorpsiyon kapsitesi ve magnetik ayrılabilirliğinin değişmediği görülmüştür. Kinetik çalışma sonuçları yalancı ikinci derece kinetik modelin en uygun model olduğunu göstermiştir. Nanopartiküller ile carbamazepine bileşiği adsorplama kapasitesi 90.9 mg/g olarak tespit edilmiştir. Adsorpsiyon izoterm modelleri Freundlich izoterm modelinin adsorpsiyon prosesini Langmuir izoterm modeline kıyasla daha iyi tanımladığını göstermiştir. Freundlich izoterm modeli n değeri 0.94, KF değeri ise 59.9 mg/g olarak tespit edilmiştir. Adsorpsiyonun film difüzyon mekanizması tarafından kontrol edildiği belirlenmiştir. Carbamazepine, diazepam, lorazepam ve paroxetine bileşiklerinin Fe3O4 nanopartikülleri ile giderim verimi %80 ile %97 arasında elde edilmiştir. Gerçek atıksu örnekleri ile yapılan deneysel çalışmalar sonucunda giderim verimi üzerine önemli bir matriks etkisinin olmadığı gözlenmiştir. Magnetik olarak ayrılabilen kırmızı çamur nanopartiküllerinin sudaki anti-depresanların giderimi için verimli bir şekilde adsorbent olarak kullanılabilir olduğu tespit edilmiştir. Adsorban olarak kullanımından sonra sudan ayrılması zor olan kırmızı çamur, magnetik nanopartiküller haline dönüştürülerek kullanılması çalışmanın en önemli avantajını oluşturmaktadır. Ayrıca optimum giderim şartlarının suyun doğal pH değerinde ve ortam sıcaklığında elde edilmesi ekonomik olması açısından avantaj sağlamaktadır.

Abstract:
In this study, the removal of anti-depressant compounds in water by synthesized magnetic Fe3O4-red mud nanoparticles was investigated. After examining the adsorption capacity of carbamazepine, diazepam, lorazepam and paroxetine with Fe3O4-red mud nanoparticles, experimental studies were continued with carbamazepine as a model compound..In order to determine the optimum removal conditions in batch adsorption experiments, the effect of experimental parameters such as red mud amount, pH, contact time, adsorbent dose and temperature used in the preparation of magnetic Fe3O4-red mud nanoparticles were examined. For the effective removal of carbamazepine from water, the amount of red mud used in the synthesis of magnetic Fe3O4-red mud nanoparticles was determined as 1 g, solution pH value 6.5, contact time 30 minutes, nanoparticle dose 1 g / L, temperature 25 oC. The
nanoparticles were used three times after chemical regeneration and it was observed that the sorption capacity and magnetic separability did not change. Kinetic study results showed that the pseudo-second order kinetic model is the most suitable model. The adsorption capacity of the carbamazepine compound with nanoparticles was determined as 90.9 mg / g. Adsorption isotherm models showed that Freundlich isotherm model describes the adsorption process better than the Langmuir isotherm model. Freundlich isotherm model n value was determined as 0.94 and KF value as 59.9 mg / g. It has been determined that the adsorption is controlled by the film diffusion mechanism. Removal efficiency of carbamazepine, diazepam, lorazepam and paroxetine compounds was obtained between 80% and 97% with Fe3O4 nanoparticles. As a result of the experimental studies conducted with real wastewater samples, it has been observed that there is no significant matrix effect on the removal efficiency. It has been found that magnetically separable red mud nanoparticles can be efficiently used as adsorbents for the removal of anti-depressants from water. The most important advantage of the study is that red mud, which is difficult to separate from water after its use as an adsorbent, is transformed into magnetic nanoparticles. In addition, obtaining optimum removal conditions at the natural pH value of the water and at ambient temperature provides an advantage in terms of being economical.