Çeşitli yöntemlerle tarımsal atıklardan üretilen aktif karbonların karakterizasyonu ve kesikli sistemde boyar madde giderimine uygulanması
Characterization of activated carbons produced from agricultural waste with various techniques and application of dyestuff removal in batch system
Yazar: HİLAL ARSLANOĞLU IŞIK
Danışman: YRD. DOÇ. NİLÜFER NACAR KOÇER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çimento Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Adsorpsiyon kinetiği = Adsorption kinetic ; Aktif karbon = Activated carbon ; İzotermler = Isotherms

Özet:
Bu çalışmada Reactive Black 5 ve Vat Yellow 33 'ün sulu ortamdan uzaklaştırılmasında tarımsal kaynaklı olan 8 farklı aktif karbon kullanılmıştır. Ayrıca ceviz kabuğu ve şeftali çekirdeğinden üretilen bu aktif karbonların özellikleri de belirlenmiştir.Üretilen bu aktif karbonlar içerisinden Reactive Black 5 ve Vat Yellow 33'ü adsorplama kapasitesi en yüksek olan ceviz ve şeftali hammaddelerinden elde edilen aktif karbonlarla kesikli sistemde adsorpsiyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Başlangıç pH'sının, boyar madde başlangıç konsantrasyonunun, süre ve sıcaklığın adsorpsiyon verimine etkileri araştırılmış, sıcaklığa bağlı olarak elde edilen denge verilerine Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modelleri uygulanmıştır. Seçilen aktif karbonlar ile gerçekleştirilen Reactive Black 5 ve Vat Yellow 33 adsorpsiyonun en iyi Langmuir modeline uyum sağladığı bulunmuştur. 30 oC'de ŞF 700 ve CF 700 ile gerçekleştirilen Reactive Black 5 adsorpsiyonunda Langmuir adsorpsiyon kapasitesi 61,35 mg/L - 42,86 mg/ L, ŞK 700 ve CK 700 ile gerçekleştirilen Vat Yellow 33 adsorpsiyonunda Langmuir adsorpsiyon kapasitesi 95,24 mg/L ? 75,76 mg/L olarak hesaplamıştır.Kesikli sistemde gerçekleştirilen boyar madde adsorpsiyonunda hız kontrol basamağını belirlemek amacıyla dış kütle transfer katsayıları ve iç difüzyon katsayıları belirlenmiştir. Ayrıca boyar madde adsorpsiyonunda, adsorpsiyon kinetiğini incelemek üzere deneysel verilere birinci ve ikinci mertebe pseudo kinetik modeller uygulanarak, her bir sistem için kinetik sabitler hesaplanmıştır. Yapılan adsorpsiyon prosesleri için en uygun modelin pseudo ikinci mertebe kinetik model olduğu tespit edilmiştir. Bu modelden elde edilen hız sabitleri kullanılarak Arrhenius eşitliğinden hesaplanan aktivasyon enerjileri 5,59 kj/mol - 16,75 kJ/mol arasında değişmektedir. Langmuir enerji sabiti kullanılarak termodinamik parametreler hesaplanmış ve adsorpsiyon prosesinin endotermik olduğu tespit edilmiştir.Deneysel çalışmada elde edilen veriler kullanılarak yapay sinir ağlarının adsorpsiyon veriminin tahmin edilmesinde uygulanabilirliği araştırılmış ve elde edilen sonuçlar deneysel verilerle ile karşılaştırılmıştır. YSA modeli olarak geriye yayılımlı çok katmanlı YSA kullanılmıştır. YSA modelinin performansı orta katmandaki nöron sayısı, giriş sayısı, öğrenme katsayısı gibi parametreler değiştirilerek ayarlanmıştır.Anahtar Kelimeler: Aktif Karbon, Adsorpsiyon, Boyar Madde, İzoterm, Kinetik, Yapay Sinir Ağları.

Abstract:
In this study, eight different active carbon produced from walnut shells and peach stone whose properties determined are used for the removal of Reactive Black 5 ve Vat Yellow 33 from watery ambient.Adsorption process of activated carbon, produced from raw materials, of walnut and peach having the highest adsorption capacity in comparison of the other produced active carbons, was accomplished in batch systems. In order to determine the effect of removing characteristics of the Reactive Black 5 (RB 5) and Vat Yellow 33 (VY 33) dyestuffs, batch adsorpsiyon experiments have been carried out by using these activated carbons and the effect of initial dye concentration, contact time and temperature on the dye removal process have been investigated. Langmuir, Freundlich and Temkin İsotherms were used for the analysis of adsorption data for adsorbent. From the İsotherm Langmuir, Freundlich and Temkin constants were determined. Langmuir model have been found in order to provide the best fit for the Reactive Black 5 and Vat Yellow 33 dye adsorption on the selected activated carbon. For the temperature of 30 oC, Langmuir adsorption capacities of activated carbon ŞF 700 and CF 700 for Reactive Black 5 have been estimated as 61,35 - 42,86 mg/ L, ŞK 700 and CK 700 for Vat Yellow 33 have been estimated as 95,24 ? 75,76 mg/L. Batch studies were carried out to identify the potential rate controlling steps for dye adsorption and to determine external film mass transfer and intraparticle diffusion coefficients. The result of applying experimental datas to pseudo first and second order kinetic models have revealed that the most appropriate model for the adsorption process pseudo second order kinetic model. Activation energies calculated from Arrhenius equation by using rate constants obtained from this model, have been found to be in the range of 5,59 kj/mol - 16,75 kJ/mol. Thermodynamic parameters have been calculated using Langmuir energy consant and it has been found that the adsorption process is endothermic.Using the datas taken from the experimental study, the applicability of artificial neural network on the estimation of adsorption efficiency result were compared to experimental output. Back-propagation multi-layer artificial neural networks were used for the estimation of adsorption efficiency. Performance of artificial neural networks was adjusted by changing the number of neurons in hidden layer, learning rate and momentum constant.