Nanoscale aspects of solid adsorbents used for removalof emerging contaminants from wastewater

Son yıllarda giderek artan ilaç kullanımı ile beraber bu ilaçların sulara karışmasının olası tehlikeleri önemli bir konu haline gelmiştir. Hastalıkların iyileştirilmesi için kullanılan ya da tarımsal ilaç olarak kullanılan medikal ürünler ve bunların yanı sıra kişisel koruyucu bakım ürünleri her ne kadar günümüzün vazgeçilmez ürünleri olsa da bu ürünlerin suları kirlettiği de inkar edilemez bir gerçektir. Evsel atık ürünü, hastane atıkları ya da fabrika atıkları olarak sulara karışmakta olan ilaçlar ve kişisel bakım ürünleri, su kıtlığı ile karşı karşıya olduğumuz şu zamanlarda temiz su miktarını oldukça azalmaktadır. Son yıllarda, artan ilaç kullanımına bağlı olarak, bu ilaçların suyla karıştırılmasının olası tehlikeleri önemli bir konu haline gelmiştir. Hastalıkların tedavisinde kullanılan veya pestisit olarak kullanılan tıbbi ürünler ile kişisel bakım ürünleri günümüzde vazgeçilmez ürünlerdir, ancak bu ürünlerin suyu kirlettiği de inkar edilemez bir gerçektir. Evsel atık ürünler, hastane atıkları veya fabrika atıkları olarak suya karışan ilaçlar ve kişisel bakım ürünleri, artık temiz su miktarını önemli ölçüde azaltmaktadır. Son zamanlarda sudaki ilaç kirliliği dikkat çekmektedir. Her yıl yaklaşık 300 yeni farmasötik bileşik piyasaya sürülüyor, ayrıca yalnızca Avrupa ve ABD'de bugün yaklaşık 3000 farklı ilaç kullanılıyor. Farmasötik bileşikler, yüksek biyolojik etkinlikleri ve içerikleri nedeniyle, suda yaşayan organizmaları kolayca etkileyebilir. Herhangi bir organizmanın ve hücrenin üreme kabiliyetini ve genetiğini bozabilir, ayrıca toksisiteye neden olabilirler. En önemlisi de bazı bakteriler, farmasötik bileşiklerin suya girmesi nedeniyle ilaçlara direnç kazanabilir. İlaçlar insan ve hayvan sağlığının korunmasında, hastalıkların teşhisinde, tedavisinde ve önlenmesinde kullanılan kimyasallardır, ancak sürekli ilaç tüketimi ve ilaç üretimisu kirliliğine yol açar. Genel olarak, organizmalarda biyolojik bir etki yaratmak için ilaçlar üretilir. Bu yüzden hücre zarlarından geçmek için olabildiğince lipofiliktirler ve asidik pH'da hidrolize edilebilirler. Ayrıca, mümkün olduğu kadar güçlüdürler ve uzun süre içilip depolanmaları için sıvı fazda yüksek bir hareketliliğe sahiptirler. Bu özelliklerden dolayı, ilaçlardaki aktif maddeler ekosistemde birikebilir ve çeşitli olumsuz etkilere neden olabilir. İlaçlar, yeraltı veya yeraltı suları ile içme sularında tespit edilmiştir. Ayrıca insan veya hayvan atılımı, hastane atıkları veya ilaç üreten fabrikalar yoluyla doğrudan ortamda serbest bırakılabilirler. Çok sayıda ilaç ve bunların miktar araştırmaları, ilaçların atıksu arıtma tesislerinin çıkışından yüzeysel sulara tehlikeli konsantrasyonda yayıldığını göstermiştir. Farmasötiklerin ve kişisel bakım ürünlerinin yüzey ve içme suyunda ve atıksu arıtma tesislerinde tehlikeli seviyelerde bulunması hem karasal hem de sucul ekoloji için tehlike oluşturur. İlaç ve kişisel bakım ürünleri, bitkilerin yanı sıra insan veya hayvan sağlığını doğrudan veya dolaylı olarak etkilemiştir. Bu nedenle, ilaçların ve kişisel bakım ürünlerinin sudan uzaklaştırılması özenle incelenmelidir. Araştırmalarda görülen şudur ki ibuprofen ve ketoprofen, en yaygın kullanılan ilaçlardır, ayrıca kafein ve teofilin, esasen yalnızca ilaç içerisinde değil, aynı zamanda bazı doğal yiyeceklerde ve içeceklerde bulunması nedeniyle de çevreyi tehdit etmektedir. Bu bileşenler sürekli olarak çevreye salınıyor ve insanlar, hayvanlar ve bitkiler için akut veya kronik sorunlara neden oluyor. Bu nedenle bu ilaçların sudaki mevcudiyeti, araştırma alanındaki en önemli konulardan biri olmuştur. Bu bağlamda, atıksuda önemlikonsantrasyonda tespit edilen bu dört ana ilaç, bu tezde bazı ileri nano boyutlu adsorbanlar üzerinde adsorbat olarak kullanılmıştır. Atıksuları her türlü kirlilikten arındırmak için birçok yöntem ve bu yöntemleri son teknoloji ile kombine etmiş atıksu arıtma tesisler bulunmaktadır. Ancak bu arıtma tesisleri ilaç giderimi için yeterli arıtmayı yapamamaktadır. Atıksu tesislerinin çıkış akımında gözlemlenen tehlikeli dozlardaki ilaçlar bu kouda önlem alınması gerektiğini göstermektedir. Bu bağlamda atıksu arıtımı için var olan yöntemler geliştirilmelidir, bunlardan biri de geliştirilmiş nano boyutlu adsorbent malzemeleri kullanmaktır. Bu tezde, nano boyutlu adsorban olarak hidrotalsit, SBA- 15 ve shungit kullanılmıştır. Hidrotalsit ve SBA-15'in sentezlenmesi ve işlevselleştirilmesi kolay olduğundan, bu malzemeler kısa sürede düşük maliyetle elde edilebilir. Ayrıca, hidrotalsitin yüzey hafıza etkisi sayesinde, birçok adsorpsiyon döngüsünde kullanılabilir. SBA-15'in organo grupları ile işlevselleştirilmesi ile SBA-15'in adsorpsiyon kabiliyeti artabilir. Shungit ise, grafen ve fonksiyonlu yapılara yol açan yüksek düzeyde karbon içeren doğal bir mineraldir. Bu yapılar sayesinde shungit, birçok uygulama alanında ve adsorpsiyon işleminde kullanılabilir. Özelliklerini geliştirmek için asit bazlı işlem veya termal işlem yöntemleriyle değiştirilebilir. Bu tez çalışmasında üç farklı geliştirilmiş adsorban malzemelerinin, spesifik olarak seçilen dört farklı ilaç üzerine adsorpsiyon özellikleri incelenmiştir. Doğal mineral olan shungit ve kolaylıkla sentezlenip modifiye edilebilen hydrotalcite ve SBA- 15 malzemeleri adsorbent olarak kullanılmıştır. İlaç seçimi ise, literatür araştırmaları neticesinde atıksularda en fazla bulunan ibuprofen ve ketoprofen ve giderimi oldukça zor olan cafein ve teofilin kulanılmıştır. Adsorbentlerin kristal özellikleri XRD ile, adsorpsiyon özellikleri Uv-Vis ile ve por çapları thermoporometry ile incelenmiştir. Sonuçlara göre, tüm adsorban materyaller başarıyla sentezlenebilir ve değiştirilebilir. Hidrotalsit başarılı bir şekilde laboratuvar ortamında sentezlenebilir ve kalsine edilebilir, SBA-15, bazı organo grupları ile fonksiyonel hale getirilebilir ve shungit, asit bazlı işlemle modifiye edilebilir. Dört ilacın adsorpsiyonu açısından, bu adsorbanlar, dört ilacın adsorpsiyonunda farklı adsorpsiyon özellikleri göstermiştir. Hidrotalsit, yüzey belleği etkisi sayesinde 5 döngü adsorpsiyonda kullanılabilir. SBA-15, ketoprofen ve ibuprofen'i etkili bir şekilde adsorbe edebilir. Shungit, her tür ilaç için mükemmel adsorpsiyon özellikleri göstermiştir. Ayrıca, üç adsorban arasında sadece shungitin, kafeini yüksek oranda adsorbe edebildiği görülmüştür.