Bakır (II), nikel (II) ve çinko (II) iyonlarının sulu çözeltilerden kimyasal olarak modifiye edilmiş demir ağacı kozalağı ile uzaklaştırılması
Removal of copper (II), nickel (II) and zinc (II) ıons from aqueous solutions by chemically modified ıron tree cone
Yazar: GİZEM SAYGI
Danışman: PROF. DR. GÜNSELİ ÖZDEMİR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı demir ağacı kozalağını modifiye ederek atık sulardan bakır (II), nikel (II) ve çinko (II) gibi ağır metalleri uzaklaştırmada kullanılacak etkili bir biyosorbent elde etmektir. Adsorpsiyon kapasitesini arttırmak için kozalağın hidrojen peroksit (H2O2), sodyum hidroksit (NaOH), hidroklorik asit (HCl) ve sülfürik asit (H2SO4) kimyasalları ile modifikasyonu gerçekleştirilmiş ve bakır (II) adsorpsiyonu kapasiteleri karşılaştırılmıştır. H2SO4 ile modifikasyon işlemi adsorpsiyon kapasitesindeki en yüksek artışı göstermiştir. H2SO4 ile işlem görmüş demir ağacı kozalağının bakır (II), nikel (II) ve çinko (II) iyonları için adsorpsiyon kapasitesi sırasıyla 35,6; 31,25; 35,1 mg/g'dır.
Bakır (II), nikel (II) ve çinko (II) iyonlarının H2SO4 ile modifiye edilmiş demir ağacı kozalağı üzerine adsorpsiyonuna, adsorbent miktarı, çözelti pH'ı, başlangıç ağır metal konsantrasyonu, iyonik şiddet ve metal iyonu türünün etkisi incelenmiştir. Denge, kinetik ve desorpsiyon çalışmaları yapılmıştır.
Adsorpsiyon denge verileri 25 ºC de Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich adsorpsiyon izotermleri ile analiz edilmiştir ve Langmuir modelinin uygun olduğu görülmüştür. Adsorpsiyon kinetik çalışmasında demir ağacı kozalağının adsorpsiyon kapasitesinin zamanla değişimi ölçülmüştür ve yalancı birinci derece, yalancı ikinci derece ve partikül içi difüzyon modelleri uygulanarak adsorpsiyon mekanizması belirlenmiştir. Demir ağacı kozalağına ağır metal iyonlarının adsorpsiyonunu tanımlamada en uygun modelin ikinci derece kinetik model olduğu görülmüştür. Demir ağacı kozalağının yeniden kullanılabilirliğini araştırmak üzere dört adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü yapılmıştır ve döngü boyunca kayda değer bir kayıp olmadan tekrar tekrar kullanılabileceği görülmüştür.
Demir ağacı kozalağının yığın karakterizasyonu Van Soest metodu kullanılarak selüloz/hemiselüloz/lignin içeriğinin belirlenmesiyle ve yüzey karakterizasyonu ATR-FTIR ve SEM (Taramalı Elektron Mikroskopu) analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Ağır metal adsorpsiyonunun, lignoselülozik demir ağacı kozalağına farklı işlemler uygulanarak kozalağın yüzeyine karboksilik, karbonil, hidroksil ve sülfonik asit gibi temel fonksiyonel grupların eklenmesi ile gerçekleştiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The aim of this study is to produce an effective biosorbent for the removal of heavy metal ions like copper (II), nickel (II) and zinc (II) by modifying iron tree cone. Iron tree cones were modified with hydrogen peroxide (H2O2), sodium hydroxide (NaOH), hydrochloric acid (HCl) and sulphuric acid (H2SO4) to increase adsorpsion capacity and their copper adsorption capacities were compared. The highest sorption capacity was reached with H2SO4 modified iron tree cone. The adsorpsion capacity of copper (II), nickel (II) and zinc (II) on the H2SO4 modified iron tree cone was 35.6, 31.25 and 35.1 mg/g, respectively.
The effects of adsorbent amount, solution pH, initial heavy metal concentration, ionic strength, and the type of metal ions for the adsorption of copper (II), nickel (II) and zinc (II) ions on the H2SO4 modified iron tree cone were investigated. Equilibrium, kinetic and desorption studies were carried out.
The adsorption equilibrium data at 25 ºC were analyzed using Langmuir, Freundlich, and Dubinin-Radushkevich isotherms. Equilibrium data agreed well with Langmuir isotherm model. In the adsorption kinetic study, change in the adsorption capacity of iron tree cone with respect to time was determined and the adsorption kinetic mechanism was evaluated by applying the pseudo-first-order, pseudo-second-order and intra-particle diffusion models. The most suitable model was found to be pseudo-second order kinetic model for the adsorption of metal ions on the modified iron tree cone. The reusability of iron tree cone for adsorption was tested by four consecutive adsorption-desorption cycles. The iron tree cone was used repeatedly without significant loss in the total adsorption capacity.
The bulk characterization of the iron tree cone was carried out through determination of their cellulose/hemicellulose/lignin content by Van Soest method and its surface characterization was accomplished by ATR-FTIR and SEM (Scanning Electron Microscopy) analyzes. It could be concluded that, adsorption of the heavy metal ions occurred on the main functional groups like carboxylic, carbonyl, hydroxyl and sulfonic acid added to the surface of the lignocellulosic iron tree cones by different treatment methods.