Manyetik iyon değiştirici reçine ile klofibrik asit gideriminin araştırılması
Investigation of the clofibric acid removal by magnetic ion exchange resin
Yazar: RABİA ALTUNTERİM
Danışman: DOÇ. DR. İLDA VERGİLİ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Günümüzde gelişmiş analiz yöntemleri ve sağlık sektöründeki ilerlemeler sayesinde günlük hayatta kullandığımız pek çok maddenin dolaylı veya dolaysız olarak içtiğimiz sulara kadar ulaşabildikleri ve kanser gibi önemli sağlık sorunlarına yol açabilecekleri bilinmektedir.  Bazı ilaç aktif maddeleri biyolojik parçalanabilirliklerinin düşük olması, geleneksel arıtma tesislerinde giderilememeleri, insan ve çevre sağlığına etkilerinin tam olarak bilinmemeleri gibi nedenlerden dolayı Avrupa Birliği ve ülkemiz mevzuatında da su kaynaklarının kalitesinin belirlenmesinde izlenen belirli kirleticiler listesine alınmıştır. Klofibrik asit, çeşitli araştırmacılar tarafından doğada dayanıklılığı en yüksek maddeler listesinde yer alan bir ilaç metaboliti olması nedeniyle ülkemiz mevzuatında yer almaktadır. Bu çerçevede sulardan klofibrik asit giderimi ile çalışmalar önem kazanmıştır. Bu çalışmada, manyetik iyon değiştirici (MİEX) reçine ile klofibrik asit giderimi araştırılmış ve giderim mekanizmaları ortaya konmuştur. Temas süresi, reçine dozu, farklı başlangıç konsantrasyonları, pH, suda bulunabilecek diğer iyonlar ve sıcaklık gibi faktörlerin klofibrik asit giderimine etkisini belirlemek için kesikli deneyler gerçekleştirilmiştir. Yapılan kesikli çalışmalarda klofibrik asidin MİEX reçine ile gideriminde pH = 4 – 7 aralığı, t = 240 dakika temas süresi ve m = 26 mL/L reçine miktarı optimum koşullar olarak belirlenmiştir. İzoterm, kinetik ve termodinamik modeller uygulanarak iyon değişiminin farklı koşullarda işleyişi incelenmiştir. Termodinamik hesaplamalar MİEX- klofibrik asit iyon değişimi prosesinin termodinamik olarak uygulanabilir olduğunu ve spontanlığını göstermiştir. Freundlich izoterm modeli, iyon değişimi mekanizmasını açıklayan en uygun model olarak belirlenmiştir. Yalancı İkinci Derece kinetik; yüksek R2 (0.999 – 1), düşük %ε (1- 3.2) ve birbirine çok yakın qden ve qhes değerleri nedeniyle en uygun reaksiyon esaslı kinetik model olarak saptanmıştır. Por ve yüzey kütle difüzyonu en uygun difüzyon esaslı kinetik model olarak belirlenmiştir. Rejenerasyon çalışmaları MİEX reçine klofibrik asit iyon değişimi mekanizmasının geri dönüşlü olduğunu göstermiş ve MİEX reçinenin tekrarlı kullanımının mümkün olduğunu ortaya koymuştur. MİEX reçinenin klofibrik asit giderim performansını karşılaştırmak amacıyla konvansiyonel ticari bir anyon değiştirici olan Amberlite IRA958 reçine ile gerçekleştirilen kesikli çalışmalar sonucunda MİEX reçinenin iyon değişimi kapasitesinin Amberlite IRA958 reçinenin iyon değişimi kapasitesinin yaklaşık 1.3 katı olduğu belirlenmiştir. Suda bulunabilecek diğer iyonların etkisi klorür, karbonat ve sülfat varlığında araştırılmış ve tüm anyonların etkisi birbirine yakın bulunmuştur. Musluk suyundan klofibrik asit giderimi çalışmaları sonucunda MİEX reçinenin klofibrik asit iyon değiştirme kapasitesinde %30-50 oranında azalma görülmüştür. MİEX reçinenin ve Amberlite IRA958 anyon değiştirici reçinenin klofibrik asit ile etkileşimlerini incelemek ve rejenerasyon sonrası reçinelerde meydana gelebilecek değişimleri görmek üzere FTIR spektrumları ve MİEX reçinenin ve Amberlite IRA958 anyon değiştirici reçinenin yüzey ve por yapılarında iyon değişiminden sonra meydana gelebilecek değişimleri görmek için ise SEM çekimlerinden yararlanılmıştır. 
Bu tez çalışması, MİEX reçinenin klofibrik asit giderim mekanizmasının iyon değişimi olduğunu ve geri dönüşlü olduğunu ortaya koymuştur. Benzer yapıdaki bir anyon değiştiriciden daha yüksek bir iyon değişimi kapasitesinin olması dünya çapında su arıtma tesislerinde doğal organik madde gideriminde yaygın kullanımı olan MİEX reçinenin klofibrik asit gideriminde de etkili olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak MİEX reçinenin genelde sulardan negatif yüklü mikrokirletici gideriminde özelde de klofibrik asit giderimi için uygun bir alternatif olacağı ortaya konmuştur.

Abstract:
Today, by means of advanced analysis methods and advances in the health sector, it is known that many substances we use in our daily life can reach up to the waters we drink -directly or indirectly- and lead to important health problems such as cancer. Certain pharmaceutical active substances have been included in the list of specific pollutants monitored in the European Union and in the legislation of our country for the determination of the quality of water resources, for reasons such as low biodegradability, inability to remove from conventional treatment plants and precautions for human and environmental health effects. Clofibric acid is a drug metabolite that listed by many researchers as one of the most persistent pharmaceutical active compounds in the environment. In this context, it has become important to study the removal of clofibric acid from aqueous solutions. In this study, removal of clofibric acid with magnetic ion exchange (MIEX) resin was investigated and removal mechanisms were determined. Batch experiments were carried out to determine the effect of factors such as contact time, resin amount, different initial concentrations, pH, coexistent anions and temperature, on removal of clofibric acid. In batch experiments, the optimum conditions were determined as pH = 4-7, t = 240 min., m = 26 mL/L for the removal of clofibric acid with MIEX resin. Isotherm, kinetic and thermodynamic models were applied to investigate the mechanism of ion exchange. Thermodynamic calculations indicated that the ion exchange process of MIEX-clofibric acid was thermodynamically feasible and was a spontaneous process. The Freundlich isotherm model was identified as the most appropriate model for describing the ion exchange mechanism. The pseudo second order kinetic was determined as the most suitable reaction based kinetic model due to the high R2 (0.999 – 1), low %ε (1- 3.2) and very close qden and qhes values. Pore and surface mass diffusion were determined as the most suitable diffusion based kinetic model. Regeneration studies were showed that the ion exchange clofibric acid was reversible and it was demonstrated that the repeated use of MIEX resin is possible. The ion exchange capacity of MIEX resin was found about 1.3 times the ion exchange capacity of Amberlite IRA958 resin. The effect of coexistent anions was investigated in the presence of chloride, carbonate and sulfate and the effect of all anions was found to be close to each other. The reduction of ion exchange capacity of MIEX resin by 30 – 50 % was observed as a result of the studies of the removal of clofibric acid from tap water. The FTIR spectra were used to examine the interactions of MIEX resin and Amberlite IRA958 anion-exchange resin with clofibric acid and to see the changes that could occur in the resins after regeneration. SEM images were used to see changes in the surface and porous structures of MIEX resin and Amberlite IRA958 anion-exchange resin after ion exchange.
This thesis study revealed that the mechanism of removal of the clofibric acid by MIEX resin is ion exchange and is reversible. MIEX resin, which has a widespread use in natural organic matter removal in water treatment plants worldwide, has a higher ion exchange capacity than a conventional anion exchanger and is also effective in the removal of clofibric acid. As a result, it has been shown that MIEX resin is generally a suitable alternative for the removal of negatively charged micropollutants, especially for clofibric acid.