Atık sularda bulunabilen bazı organik bileşiklerin aktif karbon kumaş elektrodu kullanarak sulu çözeltilerden elektrosorpsiyon yolu ile uzaklaştırılmasının incelenmesi
Investigation of removal of some organic compounds found in waste waters by means of electrosorption from aqueous solutions using activted carbon cloth electrode
Yazar: EDİP BAYRAM
Danışman: PROF. DR. EROL AYRANCI
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Adsorpsiyon kinetiği = Adsorption kinetic ; Aromatik anyonlar = Aromatic anions ; Elektroanalitik = Electroanalytical ; Elektrokimyasal piller = Electrochemical cells ; Elektrokimyasal özellikler = Electrochemical properties ; Pestisitler = Pesticides

Özet:
Bu çalışmada, yüksek özgül yüzeyli aktif karbon kumaş (ACC) elektrodunun geniş bir potansiyel aralığında (-1,5- 5,0 V) ve değişik elektrolit içeren ortamlarda (Na2SO4 veya KH2PO4/KOH) polarizasyonu sonucu yapısal, yüzey kimyasal ve elektrokimyasal özelliklerinde meydana gelen değişimler sistematik olarak incelenmiştir. ACC'nin polarizasyonu sonucu yapısal özelliklerinde önemli değişiklikler gözlenmezken yüzey kimyasal ve elektrokimyasal özelliklerinde kayda değer değişimler gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar bazik boyaların elektrosorpsiyon davranışlarını açıklamada kullanılmıştır. Bazik boyaların elektrosorpsiyon prosesi, yerinde (in-situ) UV-VIS spektrofotometrik olarak takip edilmiştir. Kinetik veriler yalancı birinci-mertebe eşitliğine göre işlenmiş ve hız sabitleri belirlenmiştir. Bazik boyaların sulu çözeltilerinden elektrosorpsiyon yolu ile tamamen uzaklaştırılabileceği görülmüştür. Çözücü-çözünen etkileşimleri ve çözeltinin pH değerleri düşünülerek bazik mavi-7'nin Na2SO4 ve KH2PO4/KOH çözeltilerinden elektrosorpsiyonu için bir mekanizma önerilmiştir. Çalışmanın son bölümünde bazı aromatik organik asitlerin döngüsel elektrosorpsiyon (DE) ve 2,4-D pestisitinin sürekli akış elektrosorpsiyonu (SAE) prosesleri ile özel olarak tasarlanan doğrudan akış hücresinden ACC elektrodu üzerine elektrosorpsiyonu gerçekleştirilmiş, prosesler on-line UV-VIS spektrofotometrik sistem kullanılarak takip edilmiştir. Aromatik organik asitlerin elektrosorpsiyon davranışları moleküllerin dipol momentleri ve çözeltide bulunan iyonik tür miktarları ile ilişkilendirilmiştir. SAE prosesi ile 2,4-D pestisitinin ACC elektrodu üzerine elektrosorpsiyonu için kapasite 729 mg.g-1 olarak hesaplanmıştır. Doğrudan akış hücresinin kullanılmasıyla organik moleküllerin sulu çözeltilerden uzaklaştırılma hızı ve miktarında kayda değer gelişme gözlenmiş ve bu hücre, elektrosorpsiyon temelli su arıtılmasının pratik uygulamaları için önerilmiştir.

Abstract:
In this study, changes in textural, surface chemical and electrochemical properties of high specific surface area activated carbon cloth (ACC) electrode upon polarization with in wide potential range (-1,5 V - 5,0 V) and in different electrolytes (Na2SO4 or KH2PO4/KOH) were systematically investigated. Although the textural properties of ACC do not change appreciably upon polarization, significant changes were observed in surface chemical and electrochemical properties. The results were used in explaining the electrosorptive behaviors of basic dyes. Electrosorption of basic dyes was followed by in-situ UV-VIS spectrophotometric measurements. Kinetic data were treated according to the pseudo first-order model and rate constant were determined. It was seen that complete removal of basic dyes from aqueous solutions can be achieved by electrosorption. A mechanism was proposed for electrosorption of basic blue-7 from Na2SO4 and KH2PO4/KOH solutions considering the solute-solvent interactions and solution pH. In the last part of this study, electrosorption of some aromatic organic acids by cyclic electrosorption (DE) process and 2,4-D pesticides by continuous flow electrosorption process (SAE) onto ACC electrode using a specially designed flow-through cell were carried out and processes were followed by an on-line UV-VIS spectrophotometric method. Electrosorptive behaviors of aromatic organic acids were correlated with their dipole moments and amounts of their ionic species present in solution. The capacity for electrosorption of 2,4-D pesticide onto ACC electrode by SAE process was calculated as 729 mg.g-1. Considerable improvement in the rate and extent of removal of organic molecules from aqueous solutions was achieved using the flow-through cell and this cell was proposed for the practical applications of electrosorption based waste water treatments.