Zayıf asidik katyon değiştirici reçine ile atıksulardan Pb(2+) gideriminin araştırılması
Investigation of the Pb(2+) removal from wastewaters by weak acidic cation exchanger resin
Yazar: GULZADA SOLTOBAEVA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İLDA VERGİLİ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Kurşun giderimi = Lead removal ; İyon değişimi = Ion exchange

Özet:
Bu çalışmada, sentetik atıksulardan kurşun iyonu uzaklaştırılmasında zayıf asidik iyon değiştirici kullanımı ele alınmıştır. Çalışmayı üç bölüme ayırmak mümkündür. Birinci bölümde farklı başlangıç konsantrasyonları, temas süresi, pH, sıcaklık ve iyon değiştirici miktarlarının iyon değişimine etkisinin incelenmiştir. Kurşun iyonunun iyon değiştirici reçine ile gideriminde pH = 5, 360 dakika temas süresi ve 0.05 g iyon değiştirici miktarı optimum koşullar olarak belirlenmiştir. İyon değişimi mekanizmasının farklı koşullarda işleyişi izoterm, kinetik ve termodinamik modeller ile araştırılmıştır. İyon değişimi mekanizmasını açıklayan en uygun izoterm modeli Koble-Corrigan olarak bulunmuştur. Sıcaklığın ve başlangıç konsantrasyonunun reaksiyon ve difüzyon kinetiğine etkisi ayrı ayrı modellenmiştir. Yüksek R2 (0.991 ? 0.9998), düşük %? (1.2 ? 4.2) ve birbirine çok yakın qden ve qhes değerleri Tip 1 Yalancı İkinci Derece kinetiğinin en uygun reaksiyon esaslı kinetik model olduğunu göstermiştir. Başlangıç kurşun konsantrasyonunun ve sıcaklığın etkisinin incelendiği çalışmada sırasıyla partikül içi difüzyon ve por ve yüzey kütle difüzyonu modeli en uygun difüzyon modelleri olarak belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünü kurşun içeren çözeltilerin farklı akış hızları ile iyon değiştirici reçine doldurulmuş kolonlardan geçirilmesi ve rejenerasyon çalışmaları oluşturmuştur. Kırılma noktasına 3 m/h akış hızı ile birinci yüklemede 35033 BV, 5m/h akış hızı ile de 23805 BV kurşun çözeltisi geçirildikten sonra ulaşılmıştır. Her iki akış hızı için rejenerasyon sonrası kapasite kaybı yaklaşık %28 dir. Çalışmanın üçüncü bölümünde iyon değiştiricinin kurşun iyonu ile etkileşimlerini incelemek üzere FTIR (Fourier Transform Infrared) spektrumları ve yüzeydeki mikro yapılarda meydana gelen değişimleri görmek için ise ESEM (Çevresel Taramalı Elektron Mikroskobu) çekimlerinden yararlanılmıştır. Sonuç olarak, zayıf asidik iyon değiştirici reçineler ile iyon değişiminin özellikle düşük konsantrasyonlarda kurşun giderimi için uygun bir arıtım yöntemi olduğu ortaya konulmuştur. Uygun akış hızı ile zayıf asidik reçinelerin rejenere edilerek düşük kapasite kayıpları ile tekrar tekrar kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, lead (Pb2+) removal from synthetic wastewater by weak acidic ion exchange resin was investigated. The study was composed of three sections. In the first section, effects of different initial lead concentrations (C0), pH, temperature (T), time (t) and ion exchange resin amounts (m) were examined. The optimum conditions were determined as pH=5, t=360 min., m = 0.05 g for lead removal. Ion exchange mechanism at various conditions were observed using isotherm, kinetic and thermodynamic models. The better correlation was found as Koble-Corrigan isotherm model. Effects of temperature and initial lead concentration on the reaction and diffusion kinetics were modelled separately. The higher R2 (0.991?0.9998), lower % ? (1.2?4.2) and closer values of qexp and qcal showed that the data fitted well with pseudo second order model among the reaction based kinetic models. The intraparticle diffusion, and pore and surface mass diffusion models were determined as the most suitable diffusion models in the investigation of initial lead concentration and temperature effects, respectively. In the second section of study, column studies with different flow rates and regeneration studies were performed. It was reached to breakthrough point at 35033 BV and 23805 BV for the flow rate of 3 m/h and 5 m/h, respectively. The capacity loss was found as approximately 28% for both flow rates. In the third section of the study, FT-IR (Fourier Transform Infrared) spectra and ESEM (Environmental Scanning Electron Microscopy) images were used to determine the interaction between the ion exchange resin and Pb(2+) ions, and to investigation of microsurface of the resins, respectively. Finally, it can be concluded that ion exchange process with weak acidic ion exchangers is technically feasible for lead removal especially at low concentrations. Column studies revealed that weak acidic ion exchangers can be used after regeneration repeatedly with low capacity losses.