Tarımsal esaslı biyokütle karışımı ve bundan hazırlanan aktif karbonla sulu çözeltilerden Cr(VI) giderimi
Removal of Cr(VI) from aquatic solutions with agricultural based biomass mixture and activated carbon prepared from them
Yazar: AYŞEGÜL ÇELİK
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERDEM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Atık su arıtma = Waste water treatment ; Ağır metaller = Heavy metals ; Krom = Chromium ; Tarımsal atıklar = Agricultural wastes

Özet:
Uygulama kolaylığı ve çevre dostu olarak kabul edilen adsorpsiyon prosesi atıksuların ileri arıtımında en sık uygulanan arıtma yöntemlerinden biridir. Adsorpsiyon prosesi ucuz ve bol bulunan tarımsal atıklar ve bunlardan üretilen etkin adsorbentlerin kullanımıyla tercih edilen bir proses olmuştur. Bu çalışmada; Ülkemizde tarımsal faaliyetlerinin yaygınlığı nedeniyle önemli miktarlarda üretilen ve agro-endüstrilerde işlenen kayısı, badem ve şeftali çekirdeklerinin kabukları karışımından ve bu karışımın KOH ile kimyasal aktivasyon ve piroliziyle elde edilen aktif karbon (AC) olmak üzere iki adsorbent hazırlanmıştır. Her bir adsorbent; kül tayini, elementel analiz, BET yüzey alanı, gözenek hacmi, pHzpc, FT-IR, Boehm titrasyonu ve SEM analizleriyle karakterize edilmiştir. Hazırlanan her bir adsorbentin adsorplama etkinliğini ortaya koymak ve ticari AC ile kıyaslamak amacıyla, her bir adsorbentle ayrı ayrı Cr(VI) adsorpsiyon deneyleri yapılmıştır. Adsorpsiyon deneylerinde Cr(VI)'nın giderilmesi üzerine; başlangıç pH'sı, adsorbent dozu, temas süresi, sıcaklık, başlangıç Cr(VI) konsantrasyonu ve yabancı iyon varlığının etkileri incelenmiş, elde edilen sonuçlar adsorpsiyon izotermlerine, kinetik modellere uygulanmış ve elde edilen aktif karbonun Cr(VI) adsorpsiyon kapasitesi ve bazı termodinamik parametreler hesaplanmıştır.
Üçlü karışımdan doğrudan hazırlanan adsorbentin 5.32276 m2/g yüzey alanı ve 0.0048 cm3/g gözenek hacmine sahip olduğu, en iyi özelliklere sahip aktif karbonun (AC) ise üçlü karışımın KOH/üçlü karışım oranı 6/40 olacak şekilde KOH ile kimyasal aktivasyonu ve takiben piroliziyle elde edilmiştir. Elde edilen yeni AC'nin 1413 m2/g yüzey alanı ve 0.5937 cm3/g gözenek hacmine sahip olduğu belirlenmiştir. Ham karışımdan hazırlanan adsorbent, yeni AC ve ticari AC'nin sulardan 50 mg/L Cr(VI)'yı giderimi için en uygun pH, adsorbent dozu ve dengelenme süresinin; yeni AC için; pH 2, 4 g/L adsorbent dozu ve 30 dk, ticari AC için; pH 2, 5 g/L adsorbent dozu ve 90 dk, üçlü karışım için; pH 2, 20 g/L adsorbent dozu ve 60 dk olduğu belirlenmiştir. Kinetik verilerin üçlü karışımda birinci, yeni AC ve ticari AC'de ise 2. derece kinetik eşitliklere uyduğu tespit edilmiştir. Her bir adsorbent için aktivasyon enerjilerinin sırasıyla 19.499, 37.956 ve 69.24 kJ/mol olduğu hesaplanmıştır. Veriler Cr(VI) hadsorpsiyonunun Langmuir izotermine uyduğunu, termodinamik parametreler ise adsorpsiyonun eksotermik davranış gösterdiği ve kendiliğinden bir mekanizmayla meydana geldiğini göstermiştir.

Abstract:
Adsorption, which is considered to be easy to apply and environmentally friendly, is one of the most frequently applied treatment methods in the advanced treatment of wastewater. It has been a preferred process with the use of cheap and abundant agricultural wastes and effective adsorbents produced from them. In this study; a triple mixture of apricot and almond shells and peach stones that are produced in significant quantities due to the prevalence of agricultural activities in our country and processed in agro-indutries, and an activated carbon (AC) obtained from the triple mixture chemically activated with KOH by prolysis were prepared. Each adsorbent were characterized with ash content, elemental analysis, BET surface area, pore volume, pHzpc, FT-IR, Boehm titration and SEM analysis. In order to demonstrate the adsorbing efficiency of each adsorbent and to compare them with commercial AC, Cr(VI) adsorption experiments were carried out with each adsorbent separately. Effects of initial pH, adsorbent dosage, contact time, temperature, initial Cr(VI) concentration and presence of foreign ions on Cr(VI) adsorption were investigated. The obtained results were applied to adsorption isotherms and kinetic models, and the Cr(VI) adsorption capaties and some thermodynamic parameters were calculated. 
The adsorbent directly prepared from the triple mixture has a surface area of 5.32276 m2/g and a pore volume of 0.0048 cm3/g. New AC with the best properties was obtained from the triple mixture chemically activated with KOH/triple mixture ratio of 6/40 followed by pyrolysis. It was determined that the obtained new AC had a surface area of 1413 m2/g and a pore volume of 0.5937 cm3/g. The optimum pH, adsorbent dosage and equilibration time for the removal of 50 mg-Cr(VI)/L with the each adsorbent were found to be pH 2, 4 g/L adsorbent dosage and 30 min for new AC, pH 2, 5 g/L adsorbent dosage and 90 min for commercial AC, pH 2, 20 g/L adsorbent dosage and 60 min for triple mixture. It was determined that the kinetic data fit to the first order in the triple mixture and fit the second order kinetic equations for the new AC and commercial AC. The activation energies for each adsorbents were calculated to be 19.499, 37.956 and 69.24 kJ/mol, respectively. The data showed that Cr(VI) adsorption fit the Langmuir isotherm, and thermodynamic parameters showed that the adsorption is exothermic and occurre by a spontaneous mechanism.