Zirai atık kömüründen elde edilen farklı nanokompozitleri kullanarak sulu çözeltilerden Cr(VI) gideriminin incelenmesi

Abstract

Ağır metallerin oluşturduğu su kirliliği, endüstriyel atıkların çevreye verdikleri zararların arasında önemli bir yer teşkil etmektedir. Atık sulardaki ağır metal kirliliğinin en önemli sebeplerinden birisi de, oldukça toksik bir iyon olan Cr(VI)'nın sulardaki varlığıdır. Bu tez çalışmasında hedeflenen; atık sulardan yüksek oranda Cr(VI) adsorpsiyonu kapasitesine sahip, doğal, ucuz ve kolay bulunabilen bir adsorban sentezini gerçekleştirmektir. Bu amaçla, vişne çekirdeği kabuğundan kömür (pirolitik çar) sentezlenmiştir. Sentezlenen vişne çekirdeği kabuğu pirolitik çarı (VÇKÇ) kullanılarak kompozit boncuklar elde edilmiş, sonrasında pirolitik çarın ve kompozit boncukların Cr(VI) adsorpsiyonunda kullanılabilirliği araştırılmıştır. Kompozit olarak vişne çekirdeği kabuğu pirolitik çarı/kitosan kompoziti (K-VÇKÇ) ve vişne çekirdeği kabuğu pirolitik çarı/kitosan/Fe2O3 nanokompoziti (Fe-K-VÇKÇ) hazırlanmıştır. Adsorbanların karakterizasyonları elementel analiz, FT-IR, SEM/EDX ve BET analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Kesikli adsorpsiyon denemeleri ile adsorpsiyona etki eden; adsorban miktarı, konsantrasyon, pH, temas süresi, sıcaklık parametreleri optimize edilmiştir. Buna göre VÇKÇ, K-VÇKÇ ve Fe-K-VÇKÇ adsorbanları ile 55 mg/L'lik Cr(VI) çözeltisinden Cr(VI) adsorpsiyonu için optimum adsorban miktarları sırasıyla 5 g/L, 1,5 g/L ve 3 g/L olarak belirlenmiştir. Optimum temas süresi tüm adsorbanlar için 120 dk, optimum pH VÇKÇ için 1,56, K-VÇKÇ ve Fe-K-VÇKÇ için 2'dir. Sıcaklık artışının adsorpsiyonu arttırıcı yönde etkilediği; ancak bu artışın düşük düzeyde olduğu görülmüştür. Denge adsorpsiyon verileri kullanılarak Langmuir, Freundlich, Scatchard, Dubinin-Radushkevich ve Temkin izotermleri çizilmiş, bu izotermlerden adsorpsiyon parametreleri hesaplanmıştır. Adsorpsiyon Langmuir izotermine daha uyumlu bulunmuştur. Langmuir izotermi ile hesaplanan maksimum adsorpsiyon kapasiteleri VÇKÇ için 14,455 mg/g, K-VÇKÇ için 86,3 mg/g ve Fe-K-VÇKÇ için 47,576 mg/g'dır. Ayrıca kinetik hesaplamalar sonucunda adsorpsiyonun yalancı-ikinci mertebeden kinetik model ile uyumlu olduğu, termodinamik parametrelerin hesaplanması sonucunda da adsorpsiyonun istemli gerçekleştiği ve endotermik doğada olduğu belirlenmiştir.

Water pollution caused by heavy metals constitutes an important place among the harms caused by industrial wastes to the environment. One of the most important causes of heavy metal pollution in wastewater is the presence of Cr (VI), a highly toxic ion, in the water. The aim of this thesis study is to synthesize an adsorbent that is natural, cheap, easy-to-find and has high Cr (VI) adsorption capacity from waste water. For this purpose, pyrolytic charcoal has been synthesized from the shell of cherry kernel. Composite beads were obtained using the synthesized cherry kernel shell pyrolytic charcoal (CKSC) and then the availability of pyrolytic charcoal and composite beads in Cr(VI) adsorption was investigated. Cherry kernel shell pyrolytic charcoal/chitosan composite (C-CKSC) and cherry kernel shell pyrolytic charcoal/chitosan/Fe2O3 nanocomposite (Fe-C-CKSC) were prepared as composite. Characterizations of the synthesized adsorbents were performed by SEM/EDX, BET, FTIR and elemental analysis. Adsorbent dosage, concentration, pH, contact time and temperature parameters affecting the adsorption were optimized as a result of batch adsorption experiments. The optimum adsorbent dosages for Cr(VI) adsorption from 55 mg/L Cr(VI) solution were found to be 5 g/L for CKSC,1.5 g/L for C- CKSC and 3 g/L for Fe-C-CKSC. Adsorption reached equilibrium at a contact time of 120 minutes for all adsorbents. The optimum initial pH values were found to be 1.56 for CKSC and 2 for C-CKSC and Fe-C-CKSC. With the increase in temperature, adsorption increased slightly. Langmuir, Freundlich, Scatchard, Dubinin-Radushkevich and Temkin isotherm models were applied with equilibrium data and the adsorption parameters were calculated. The adsorption equilibrium data fitted well with Langmuir isotherm model. The maximum adsorption capacities from this isotherm model were calculated as 14.455 mg/g for CKSC, 86.298 mg/g for C- CKSC and 47,576 mg/g for Fe-C-CKSC. As a result of calculations on the adsorption kinetics, adsorption was found to be consistent with the pseudo second order kinetic model. Thermodynamic calculations have shown that the adsorption is spontaneous and and has endothermic nature.