Fındık kabuğu ve ceviz kabuğunun pirolizi ile biyokömür üretimi ve sulu çözeltilerden ağır metal gideriminde adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Production of biochar with pyrolysis of hazelnut shell and walnut shell and investigation of their adsorption characteristics in removal of heavy metal ions from aqueous solutions
Yazar: FERHAT ARSLAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NİHAN KAYA
Hitit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Canlılar üzerinde pek çok fizyolojik ve toksik etkileri bulunan ağır metallerin uygun arıtma teknikleri kullanılarak sucul ortamdan uzaklaştırılması büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, ülkemizde bol miktarda bulunan tarımsal atıklardan olan fındık kabuğu ve ceviz kabuğunun pirolizi ile elde edilen biyokömürlerin, sulu çözeltilerden kurşun ve bakır iyonlarının gideriminde adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Ham biyokütlelerin ve piroliz yöntemi ile elde edilen biyokömürlerin karakterizasyonu FT-IR, TGA-DTG, BET, SEM, kısmi ve elementel analiz teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Farklı koşullarda gerçekleştirilen kesikli adsorpsiyon deneyleri ile belirtilen ağır metallerin sulu çözeltiden etkin bir şekilde giderimi için adsorpsiyon parametrelerinin (başlangıç ağır metal konsantrasyonu, sıcaklık, adsorban miktarı, pH, temas süresi ve karıştırma hızı) etkisi incelenerek, optimum şartlar belirlenmiş ve elde edilen deneysel sonuçların Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modellerine uygunluğu araştırılmıştır. Bununla birlikte hesaplanan termodinamik parametreler ile adsorpsiyon mekanizması açıklanmaya çalışılmıştır. Adsorpsiyon işlemine ait kinetik modelin belirlenebilmesi için deneysel veriler yalancı birinci derece kinetik model, yalancı ikinci derece kinetik model ve partikül içi difüzyon modeline uygulanarak, model sabitleri ve korelasyon katsayıları incelenmiştir. Sonuç olarak, biyokömürlerin sulu çözeltilerden Cu+2 ve Pb+2 iyonlarınının uzaklaştırılmasında etkin birer adsorban oldukları ve su kaynaklarından çevresel kirleticilerin ekonomik bir şekilde uzaklaştırılmasında değerlendirilmelerinin mümkün olabileceği ortaya konulmuştur.

Abstract:
Removal of heavy metals, which have many physiological and toxic effects on living things, from the aquatic environment using appropriate treatment techniques is of great importance. In this study, it was aimed to investigate the adsorption properties of the biochar obtained by pyrolysis of hazelnut shell and walnut shell from agricultural wastes which are abundant in our country for removal of lead and copper ions from aqueous solutions. The characterization of raw biomass and also biochars produced by pyrolysis  were performed using FT-IR, TGA-DTG, BET, SEM, partial and elemental analysis techniques. The optimum conditions were determined by investigating the effect of adsorption parameters (initial heavy metal concentration, temperature, adsorbent amount, pH, contact time and mixing speed) for efficient removal of heavy metals from aqueous solution by batch adsorption experiments carried out under different conditions and the experimental results were investigated in terms of Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models. Together with the calculated thermodynamic parameters, the adsorption mechanism was tried to be explained. In order to determine the kinetic model of the adsorption process, the experimental data were applied to the pseudo first-order kinetic model, the pseudo second-order kinetic model and the intra-particle diffusion model, and the model constants and correlation coefficients were investigated. As a result, it has been demonstrated that biochar is an effective adsorbent for the removal of Cu2+ and Pb2+ ions from aqueous solutions and that it is possible to evaluate in removal of environmental pollutants from water sources in an economical way.