Manganez/nikel oksit partikülleri ile sentetik atıksularda krom(VI) giderimi
Removal of hexavalent chromium from synthetic wastewater using manganese/nickel oxide particles
Yazar: İREM DOĞU
Danışman: PROF. DR. ÖNDER AYYILDIZ
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında, asidik koşullarda sentezlenen manganez/nikel (Mn/Ni) oksit partikülleri hexavalent krom (Cr(VI)) gideriminde test edilmiştir.  Sentezlenen Mn/Ni oksit partiküllerin mineral içeriği ve yüzey alanı X Işını Kırınımı (XRD) ve Brauner-Emmett-Teller (BET) yöntemleri ile belirlenmiştir. Sentezlenen oksit partikülleri yüksek oranda hausmannit ve mangan hidroksit gibi oksit mineralleri içermektedir. Ayrıca yüksek porositeli Mn/Ni oksit partiküllerin geniş bir yüzey alana sahip olduğu (130 m2/g) BET analizleri ile tespit edilmiştir. 
Mn/Ni oksit partikülleri ile Cr(VI) giderimi farklı deneysel koşullarda ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Bu kapsamda Mn/Ni kütlesel oranı, partikül dozu, karıştırma hızı, adsorpsiyon süresi, pH, sıcaklık, iletkenlik ve başlangıç Cr(VI) konsantrasyonu gibi pek çok farklı parametrelerin Cr(VI) giderimine etkileri analiz edilmiş ve bu parametreler için optimum değerler belirlenmiştir. Mn/Ni oksit partikülleri ile Cr(VI) gideriminde adsorpsiyon süresi, Mn/Ni kütlesel oranı ve partikül dozu için optimum değerler sırasıyla, 2 saat, 3/1 ve 2 g/L olarak elde edilmiştir. pH ve iletkenliğin artmasıyla birlikte krom adsorpsiyon kapasitesi azalırken sıcaklık artışı ile birlikte adsorpsiyon hızı artmıştır. Karıştırma hızı 300 rpm'e kadar krom giderimine olumlu bir katkı sağlamış, fakat daha yüksek karıştırma hızlarında giderim veriminin azaldığı gözlemlenmiştir.  
Mn/Ni oksit partikülleri ile Cr(VI) gideriminde önem arz eden mekanizmaların açıklığa kavuşturulması için adsorpsiyon-desorpsiyon ve XRD deneyleri gerçekleştirilmiştir. Alkali koşullarda (pH > 10) Cr(VI) partikül yüzeyinden desorbe edilerek sulu çözeltilerde absorbans değerleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre Mn/Ni oksit partikülleri ile Cr(VI) giderimi adsorpsiyona dayalı olarak gerçekleşmektedir. Deneysel verilerin Freundlich izoterm modeli ile uyumlu olduğu tespit edilmiştir. Yapılan termodinamik analizler sonucunda adsorpsiyon için reaksiyonun endotermik olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, manganese/nickel (Mn/Ni) oxide particles were synthesized under acidic conditions in an aim to explore the removal of hexavalent chromium (Cr(VI)) ion from water.  Mineral distribution and surface area of Mn/Ni oxide particles were examined using X-Ray Diffraction (XRD) and Brauner-Emmett-Teller (BET) methods. Results have demonstrated that synthesized oxide particles contain high percentage of oxide minerals such as hausmannite and manganese hydroxides. In addition, such particles have been found to be highly porosed with a large BET surface area up to 130 m2/g. 
The removal of hexavalent chromium by Mn/Ni oxide particles have been investigated in different experimental conditions. In this respect, the effects of various parameters including Mn/Ni mass ratio, particle dose, mixing rate, adsorption time, pH, temperature, saltiness, and initial Cr(VI) concentration were examined and their optimum values were determined. The optimum values of adsorption time, Mn/Ni mass ratio and particle dose were obtained as 2 hr, 3/1, and 2 g/L, respectively. The adsorption capacity of Mn/Ni oxide particles decreased with increasing pH or saltiness, while increasing temperature induced a positive influence on the adsorption process. The chromium adsorption capacity increased with increasing mixing velocity up to 300 rpm.   
Adsorption-desorption experiments and XRD analyses were conducted to explain the mechanism involved in the removal of hexavalent chromium by Mn/Ni oxide particles. The Cr(VI) ions attached on the surface of manganese-nickel particles were desorbed under alkaline conditions (pH > 10) and its absorbance values were measured in spectrophotometer. Results have clearly demonstrated that adsorption was the sole important mechanism responsible for the removal of Cr(VI) by Mn/Ni oxide particles. The adsorption data seems to fit well with Freundlich Isotherm model. According to thermodynamic analysis of the adsorption process the reaction of adsorption seems to be endothermic.