Ağır metallerin sulu ortamdan uzaklaştırılması amacıyla kalsiyum fosfat bileşiklerinin sentezlenmesi, tanımlanması ve kullanım kapasitelerinin belirlenmesi
Synthesis and characterization of calcium phosphate compounds for removal of heavy metals from aqueous media and determination of their capacities
Yazar: ARZU ENGİN YAKAR
Danışman: PROF. DR. İSMAİL GİRGİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kalsiyum karbonat ve fosforik asit kullanılarak sulu, karışık-sulu(EtOH-H2O) ve susuz (EtOH) ortam koşullarında kalsiyum fosfat bileşiklerisentezlenmesi için en uygun koşullar belirlenmiştir. Sentezlenen bileşiklertanımlanarak bu bileşiklerin sulu ortamdan Pb2+ ve Cu2+ iyonlarını uzaklaştırmapotansiyelleri incelenmiştir.Yapılan deneysel çalışmalarda en iyi sonuca hacimce %50 etanol içeren ortamdaulaşılmış, 80ºC sıcaklık ve 1 saatlik tepkime süresi sonucunda %93,6 saflıkta amorfkarakterde ve 3CaOÂ·P2O5Â·2,5H2O kimyasal bileşiminde bir ürün elde edilmiştir. Suortamında yeterli saflıkta ürün elde edilememesi yanında saf etanol ortamında da(NH4)2HPO4 oluşumuna bağlı olumsuzluklarla karşılaşılmıştır. En uygun koşullardasentezlenen amorf bileşiğin 750ºC sıcaklıkta kristalin hidroksiapatite (Ca5(PO4)3OH)dönüştürülebileceği anlaşılmıştır. Sentezlenen bileşiklerin tanımlanmasında kimyasal,XRD, FT-IR ve SEM analiz yöntemleri kullanılmış, amorf (ACP) ve kristalin (HAp)ürünlerin BET yüzey alanları sırasıyla 106,55 m2/g ve 25,92 m2/g olarak belirlenmiştir.ACP ve HAp'nin sulu ortamdan Pb2+ ve Cu2+ iyonlarını uzaklaştırma potansiyellerinibelirlemek için sorpsiyon deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerde ACP'nin daha etkiliolduğu görülmüş ve sulu ortamdan Pb2+ ve Cu2+ iyonlarını uzaklaştırmakapasitelerinin sırasıyla 220,62 mg/g ve 76,40 mg/g olduğu belirlenmiştir. HAp içinbulunan değerler ise 75,95 mg/g ve 27,05 mg/g'dır. Sorpsiyon işleminden sonraayrılan ACP ve HAp örnekleri üzerinde yapılan XRD ve SEM analizleri Pb2+ iyonuuzaklaştırılmasının hidroksipiromorfit (Pb5(PO4)3OH) oluşumuna dayandığınıgöstermiş ancak, Cu2+ iyonu ile yapılan deneylerde herhangi bir kristalin fazoluşumu gözlenmemiştir. Mevcut veriler dikkate alınarak sulu ortamdan Pb2+iyonlarının uzaklaştırılması çözünme-çökelme mekanizması ile açıklanmış vePb2+özellikle ACP'nin kirlilik yaratan sulu ortamlardan iyonlarınınuzaklaştırılmasında başarıyla kullanılabileceği anlaşılmıştır.Anahtar Kelimeler: Sentez, hidroksiapatit, calsiyum fosfat, kurşun, bakır, ağır metaller.Danışman: Prof.Dr. İsmail GİRGİN, Hacettepe Üniversitesi, Maden Müh. Böl.i

Abstract:
In this study optimum conditions for the synthesis of calcium phosphates fromcalcium carbonate and phosphoric acid in aqueous, mixed-aqueous (EtOH-H2O)and non-aqueous (EtOH) media were investigated. Synthesized compounds werecharacterized and their potential for the removal of Pb2+ and Cu2+ ions fromaqueous solutions were investigated.Best results in the experimental studies was reached in %50 by volume ethanolcontaining media at 80ºC for 1 hour reaction time and an amorphous product of93.6% purity with a chemical composition of 3CaOÂ·P2O5Â·2.5H2O was obtained.Besides the impossibility of reaching high reactivities in aqueous medium,unfavarable conditions were encountered in pure ethanol medium due to formationof (NH4)2HPO4. Amorphous product obtained at optimum conditions was convertedinto crystalline hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH) at 750ºC. Chemical, XRD, FT-IR andSEM analyses methods were used for the characterization of the amorphous (ACP)and the crystalline (HAp) products and their BET surface areas were determined as106.55 m2/g and 25.92 m2/g, respectively.Sorption tests were done to determine the Pb2+ and Cu2+ removal capacities of ACPand HAp from aqueous solutions. In these tests, ACP was found to be more effectiveand Pb2+ and Cu2+ removal capacities were found to be 220.62 mg/g and 76.40 mg/grespectively. Corresponding values for HAp were 75.95 mg/g and 27.05 mg/g. XRDand SEM analysis done on ACP and HAp collected after sorption tests showed thatPb2+ removal was based on formation of hydroxypyromorphite (Pb5(PO4)3OH) but, nocrystalline phase was found related with Cu2+ removal. Considering the availabledata, removal of Pb2+ ions was explained by dissolution-precipitation mechanism andit was proposed that especially ACP could be successively used for the removal ofPb2+ ions from aqueous solutions.Keywords: Synthesis, hydroxyapatite, calcium phosphate, lead, copper, heavy metals.Advisor: Prof.Dr. İsmail GİRGİN, Hacettepe University, Department of Mining Eng.ii