Atık çinko karbon pillerden çinko sülfat üretimi
Production of zinc sulfate from waste zinc carbon batteries
Yazar: FURKAN ŞANLI
Danışman: PROF. DR. NİZAMETTİN DEMİRKIRAN ; DR. GÜLİSTAN DENİZ TURHAN ÖZDEMİR
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Hidrojen peroksit = Hydrogen peroxide ; Kristalleşme = Crystallization ; Sülfürik asit = Sulfuric acid ; Çinko sülfat = Zinc sulfate ; Çözünme kinetiği = Dissolution kinetic

Özet:
Bu çalışmada, atık çinko karbon pillerdeki metalik çinkonun hidrojen peroksit varlığında sülfürik asit çözeltilerindeki çözünme kinetiği incelenmiş ve çinko sülfat üretimi gerçekleştirilmiştir. Hidrojen peroksit içeren sülfürik asit çözeltilerinde metalik çinkonun çözünürlüğü üzerine deney parametrelerinin etkileri belirlenmiş ve çözünme kinetiğini temsil eden bir matematiksel model önerilmiştir. Çinkonun çözünmesi üzerine sülfürik asit derişimi, hidrojen peroksit derişimi, katı/sıvı oranı, reaksiyon sıcaklığı ve karıştırma hızının etkileri araştırılmıştır. Sülfürik asit derişimi, hidrojen peroksit derişimi, karıştırma hızı ve reaksiyon sıcaklığının artması, katı/sıvı oranının ise azalmasıyla çinkonun çözünme veriminin arttığı gözlenmiştir. Sülfürik asit derişimi, hidrojen peroksit hacmi, katı/sıvı oranı, sıcaklık, karıştırma hızı ve reaksiyon süresinin sırasıyla 0,3 M, 2 mL, 0,2/500 g/mL, 35°C, 450 rpm ve 60 dk olduğu deney koşullarında çinkonun %90,14'ünün çözündüğü belirlenmiştir. Yapılan kinetik analiz neticesinde çözünme hızının yalancı birinci mertebe kinetiğe uyduğu tespit edilmiştir. Çözünme işlemi için aktivasyon enerjisi 22,05 kJ/mol olarak hesaplanmış ve çözünme işleminin difüzyon kontrollü olduğu sonucuna varılmıştır. Çözünme deneylerinden sonra, hazırlanan stok çözelti kullanılarak 70°C'de evaporatif kristalizasyonla çinko sülfat monohidrat bileşiği üretilmiştir. Elde edilen ürününün karakterizasyonu XRD ve SEM-EDX ile yapılmıştır.

Abstract:
In this study, the dissolution kinetics of metallic zinc in waste zinc carbon batteries was investigated in sulfuric acid solutions in the presence of hydrogen peroxide, and the production of zinc sulfate was performed. The effects of the experimental parameters on the dissolution of metallic zinc in sulfuric acid solution containing hydrogen peroxide were determined, and a mathematical model to demonstrate the dissolution kinetics was suggested. The effects of the concentration of sulfuric acid, concentration of hydrogen peroxide, solid/liquid ratio, reaction temperature and stirring speed on the dissolution of zinc were examined. It was observed that the dissolution yield of zinc increased with increasing the concentration of sulfuric acid, concentration of hydrogen peroxide, stirring speed, and reaction temperature, and with decreasing the solid/liquid ratio. While the concentration of sulfuric acid, volume of hydrogen peroxide, solid/liquid ratio, temperature, stirring speed, and reaction time were 0,3 M, 2 mL, 0,2/500 g/mL, 35°C, 450 rpm, and 60 min respectively, it was determined that 90,14% of zinc was dissolved. In consequence of the kinetic analysis performed, it was detected that the dissolution rate fit to the pseudo-first order kinetic. The activation energy for the dissolution process was calculated to be 22,05 kJ/mol, and it was deduced that the dissolution process was controlled by diffusion. After the dissolution experiments, zinc sulfate monohydrate was produced by evaporative crystallization at 70°C using stock solution prepared. The characterization of the obtained product was performed by XRD and SEM-EDX.