Hidrotermal yöntem kullanılarak sentezlenen nanoparçacıklar ile sulardan ağır metal gideriminin incelenmesi

Kentleşme ve sanayideki küresel artışla birlikte çevre kirliliği ve kirletici maddelerin çeşitliliği de artmaktadır. Çevre kirliliğine neden olan kirleticilerin en önemlilerinden biri de çok çeşitli endüstriyel faaliyetler sonucunda oluşan atıksulardır. Endüstriyel atıksular, uygun şekilde arıtılmadan alıcı ortamlara deşarj edilirlerse çevre ve canlılar üzerinde toksik etkiler oluştururlar. Ağır metaller ise endüstriyel atıksuların içerisinde bulunan önemli kirleticilerdendir. Ağır metallerin; biyolojik olarak parçalanamamaları, birikim potansiyeline sahip olmaları ve oluşturdukları yüksek toksik etkileri nedeniyle arıtılmaları son derece önemlidir. Sucul ortamlarda bulunan ağır metallerin gideriminde yaygın olarak kimyasal çöktürme, elektrokimyasal teknikler, membran filtrasyonu, iyon değiştirme ve adsorbsiyon gibi metotlar kullanılmaktadır. Bu metotlardan adsorpsiyon yöntemi basitlik, hızlı giderim, yüksek verim, düşük maliyet ve en az ikincil kirlenme gibi özellikleri nedeniyle en etkili teknik olarak düşünülmektedir. Adsorpsiyon proseslerinde verimli ve düşük maliyetli adsorbanlar, adsorpsiyon teknolojilerinin gelişimi ve yaygın kullanımında hayati bir önem taşımaktadır. Bu nedenle alternatif düşük maliyetli adsorban malzemelerin özellikle de nanoparçacıkları kullanımına son yıllarda büyük bir ilgi duyulmaktadır. Nanoparçacıklar geniş yüzey alanı ve yüksek adsorpsiyon kapasitesi, doymamış yüzeyleri, basit uygulama ve basit üretim gibi özellikleri nedeniyle tercih edilmektedirler. Ayrıca, manyetik özellikleri olan nanoparçacıkların hem metallere olan hassasiyeti hem de sucul ortamlardan mıknatıslanma ile kolayca toparlanabilmeleri nedeniyle arıtma çalışmalarında yoğun olarak kullanılmalarına sebebiyet vermektedir. Bu çalışmada, endüstriyel atıksular ve sulardan manyetik nanoparçacıklarla ağır metal (bakır ve nikel giderimi incelenmiştir. Bu amaçla manyetik özelliği olan Co0.1Zn0.9O nanoparçacığının sentezi ve karakterizasyonu yapılmış ve ağır metal olarak bakır ve nikel içeren sentetik atıksular oluşturulmuştur. Deneysel çalışmalar için bir tasarım yöntemi olan Response Surface Methodology yöntemi Design Expert 11.0 programı ile kullanılmıştır. RSM yönteminde yer alan farklı tasarım yöntemleri için deney setleri oluşturularak elde edilen sonuçların verileri programa girilmiş ve tasarım modellerinin değerlendirilmesi yapılmıştır. Deneysel çalışmalar ve modelleme programı ile sulardan ağır metal (bakır ve nikel giderimine adsorban miktarının, temas süresinin, başlangıç metal konsantrasyonu ve pH'ın etkileri belirlenmiştir. Ayrıca, ilave deneyler yapılarak en uygun izoterm modeli ile kinetik model tespit edilmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre bakır giderimi için en uygun RSM tasarım modelinin MKT5- 3 tekrarlı model olduğu ve bakır iyonlarının %80. 29 oranında giderildiği belirlenmiştir. Bu modelde optimum deneysel koşullar olan adsorban dozajı, başlangıç metal konsantrasyonu, temas süresi, pH ve tutma kapasitesi için sırasıyla 2.94 g/L, 67.73 mg/L, 74.13 dk, 4.74 ve 18.66 mg/g değerleri bulunmuştur. Sulardan Co0.1Zn0.9O nanoparçacığı ile nikel gideriminde deneysel tasarım olarak BBT- 5 tekrarlı tasarım modeli uygulanmış ve elde edilen sonuçlara göre optimum deneysel koşulları giderim verimi %28.54, tutma kapasitesi 17.99 mg/g, adsorban dozajı, 3.46 g/L, başlangıç metal konsantrasyonu 153. 87 mg/L, temas süresi 20.75 dk ve pH 3.20 olarak belirlenmiştir. Bu sonuçlar değerlendirildiğinde adsorban olarak kullanılan nanoparçacığın düşük giderim değeri nedeniyle sulardan nikel giderimi için verimli olmadığı görülmüştür. Sulardan bakır adsorpsiyonu için yapılan izoterm çalışmalarında en uygun modelin en yüksek R2 (0.898) değeri ile Freundlich izoterm modeli olduğu bulunmuştur. Adsorpsiyon kinetiğini belirlemek için ise hesaplanan parametrelere göre pseudo second order modelin daha uygun (R2 değeri 0 .994) olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, kinetik denklemlerinden teorik olarak elde edilen qe değerleri ile deneysel olarak bulunan qe değeri karşılaştırıldığında pseudo second order qe değeri (18.93) ile deneysel qe (18.76) değerlerinin birbirine çok yakın olduğu görülmüştür.