Kalıcı organik kirleticilerin su ortamından nanopartiküllerle arıtılabilirliği

Çevrede kalıcılıkları uzun olan, biyolojik olarak akümüle olan ve çevre şartları ile uzak noktalara dahi bozunmadan taşınabilen maddeler kalıcı organik kirleticiler olarak isimlendirilmektedir. Sanayileşme ile kullanımı artan bu kimyasallar ya tarım ilacı, ya yalıtım sağlamak amacıyla yalıtım malzemelerinde ya da yakma sonucu oluşan maddelerdir. İlk kez 2001 yılında yapılan milletlerarası toplantı sonrası imzalanan Stockholm Sözleşmesi ile bazı kalıcı organik kirleticilerin kullanımları ve çevreye salınımları yasaklanmıştır. Yasaklanan kimyasallar arasında DDT, dünya çapında en çok kullanılan pestisitler arasında olup, halen yeni nesil pestisitlerin ana maddesi olarak kullanılmaktadır. 2005 yılında Türkiye'nin de taraf olduğu Stockholm Sözleşmesi ile doğayı ve insan sağlığını olumsuz yönde etkileyen kalıcı organik kirleticilerin kullanımını yasaklaması son yıllarda bu kirleticiler üzerindeki ilgiyi önemli miktarda artmıştır. Pestisitlerin zor parçalanabilir bağlara sahip olmaları biyolojik olarak bozunmalarını oldukça zorlaştırmaktadır. Ülkemizde su kaynaklarında bulunabilen bu maddelerin, arıtılmış olan sudan giderilmesi için uygun tekniklerin geliştirilmesi gereklidir. Halen literatürde pestisit giderimi konusunda; adsopsiyon, kimyasal oksidasyon, elektrokimyasal arıtım ve membran sistemlerinin kullanımı gibi yöntemlere sıkça rastlanmaktadır. Bu yöntemler arasında en yaygın olarak kullanılanı ise ileri oksidasyon prosesleridir. Adsorpsiyon proseslerine alternatif olarak daha fazla yüzey alanına ve gözeneklere sahip olan hem adsorpsiyon yapabilen hem fenton benzeri reaksiyonlar yapabilen nanopartiküllerin çevre kirliliği kontrolü amacıyla kullanımı genel olarak toprak kirliliğinin iyileştirme çalışmaları üzerine olsa da, son yıllarda su kirliliği üzerine yapılan çalışmaların yavaş yavaş artmaya başlaması, bu konuda nanopartiküllerin kullanımının küresel anlamda önem kazanacağını göstermektedir. Bahsi geçen bu nanopartiküller arasında en çok karşılaşılanları karbon nanotüpler, titanyum oksit ve nano sıfır değerlikli demirdir. Sadece birkaç pestisitin sudan giderimi konusunda nanopartiküllerin kullanımı üzerine yapılan sınırlı sayıdaki çalışmada bu nanopartiküllerin etkili bir şekilde kullanıldıkları görülmektedir. Yapılan bu doktora tezinde öncelikle, literatürde en çok kullanılan sentezleme metodu olan borohidrür yönteminin hem partikül boyutu hem de zeta potansiyeli açısından çoklu optimizasyon yöntemi kullanılarak optimum nano sıfır değerlikli demir sentezleme metodu modifiye edilmiştir. Optimum sentezleme yöntemi kullanılırken seçilen bağımsız değişkenler demir sülfat konsantrasyonu, etanol oranı ve borohidrür çözeltisinin debisi kullanılmıştır. Belirlenen optimum sentezleme metodu ile sadece partikül boyutu göz önüne alındığında en düşük partikül boyutu 70nm olarak elde edilebilirken, hem partikül boyutu hem de zeta potansiyeli açısından bakıldığında 88 ,2nm boyutunda nZVI üretilebilmiştir. Ayrıca nZVI'nin etkisinin arttırılması konusunda katalitik element olan paladyum kullanılarak bimetalik Fe/Pd nanopartikülü sentezlenmiş olup, dünyada en yaygın kullanılmış olan kalıcı organik kirletici pestisitlerinden DDT'nin hem nZVI ile hem de Fe/Pd nanopartikülü ile giderimi araştırılmıştır. Suda çözünme oranı düşük olan DDT'nin literatüdeki çok yüksek konsantrasyonlarda yapılmış çalışmaların aksine bu doktora tezinde giriş DDT konsantrasyonu olarak suda bulunabilecek konsantrasyonlar ile araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Düşük konsantrasyonlarda yapılan bu çalışmalarda pH, adsorban konsantrasyonu, giriş DDT konsantrasyonu ve temas süresi değişkenlerin etkileri araştırılmış olup, giderim mekanizması ortaya konmak amacıyla GC-MS taraması yapılmıştır. Adsorpsiyon dışında deklorizasyonun mekanizmasının etkili olup olmadığı da gözlenerek hem nZVI'nin hem de Fe/Pd bimetalik nanopartiküllünün etkisi ortaya konmuştur. DDT çıkış konsantrasyonunu kanserojen limiti olan 0,23 g/L altında elde edebilmek için kullanılabilecek en yüksek giriş DDT konsantrasyonu hem nZVI hem de Fe/PD bimetalik nanopartikülü için araştırılmıştır. nZVI ile arıtılabilecek en yüksek konsantrasyonun 88,33 mg/L iken, Fe/Pd ile bu konsantrasyon 109, 95 mg/L seviyelerinde gerçekleşmiştir. Giriş DDT konsantrasyonu 88,33 mg/L olan çalışmada nZVI ile giderimin sağlanabilmesi için 48,6 dakikalık temas süresi ve 550 mg/L adsorban konsantrasyonu gerekmekte iken, Fe/Pd ile giderim sağlandığında temas süresi 44,3 dakikaya ve adsorban konsantrasyonu 472 mg/L'ye düşmüştür.