Geri Dön

Use of engineered nanoparticles in nitrogen and phosphorus recovery from aqueous solutions

Sulu çözeltilerden azot ve fosfor geri kazanımında tasarımlanmış nanoparçacıkların kullanımı

PDF İndir

  1. Tez No: 777016
  2. Yazar: BÜŞRA KARA
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. NESLİHAN SEMERCİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Marmara Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 101

Özet

Azot ve fosfor tüm canlılar için önemli elementlerdir ve aynı zamanda tarımda kullanılan gübreler açısından da kritik role sahiptir. Buna karşın azot ve fosforun sınır değerlerinin üzerinde doğal su kaynaklarına kontrolsüzce erişmesi/deşarj edilmesi sonucu ötrofikasyon tehdidi nedeniyle çevre kirliliği ile mücadele ve atıksu yönetiminde de rolleri son derece büyüktür. Dolayısıyla hem canlıların ihtiyaç duyması sebebiyle hem de gereğinden fazlasının yine canlıya ve doğaya zarar vermesi açısından ele alındığında bu besin elementlerinin özellikle atıksulardaki kontrolü ve yönetimi daha sürdürülebilir bir boyutta değerlendirilmelidir. Bu besin elementleri kaçınılmaz olarak atık sularda bulunduğundan,“atık”statüsü ile değerlendirerek bertarafına yoğunlaşmak yerine, gübre“hammaddesi”olarak ele alıp onları geri kazanmak çok daha akıllıca olacaktır. Özellikle fosfor yenilenemez ve sınırlı bir kaynak olduğundan atık olarak nitelendirmenin ötesinde son derece değerlidir. Bu bakımdan fosfor mineralleri (fosfat kayaçları) Avrupa Komisyonu tarafından da yayınlanan kritik hammadde listesinde yer almaktadır. Öte yandan azotun en önemli formu olarak amonyak ise, bu listede yer almasa da dünya genelinde en çok üretilen ikinci endüstriyel kimyasal olarak azot bazlı gübre üretimi için gereklidir. Sonuç olarak hem amonyak hem de fosfat için bertaraflarının yanı sıra geri kazanımlarına yönelik yapılacak çalışmalar bu bakımdan dikkate alınmalıdır. Bu çalışma, amonyak ve fosfor geri kazanımında modifiye edilmiş aktif karbon manyetik nanoparçacıkların (kompozit PAC-MNP) kullanılmasının etkinliğini araştırmak için yapılmıştır. Bu noktadan hareketle, Yüksek Hızlı Aktif Çamur (YHAÇ) sistemlerinin B aşamasından elde edilen atıksuların simülasyonu yapılarak ikincil amonyak ve fosfor kaynaklarının geri kazanılması amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında sulu çözeltiden 50 ila 1000 mg/L başlangıç konsantrasyon aralığında kesikli adsorpsiyon deneyleri yapılmıştır. Toz aktif karbon, güçlü hidroklorik asit ile modifiye edilmiş (fonksiyonelHCl – PAC) ve daha sonra“birlikte çökeltme”sentez yöntemi ile manyetit nanoparçacıkları ile emprenye edilmiştir. PAC-MNP karakterizasyonu için, Potentiyometrik Titrasyon, Zeta Potansiyel, SEM, EDX, Fourier Transform Infrared Spektroskopi (FT-IR), ve BET ölçümleri yapılmıştır. Bu deneyler Kompozit PAC-MNP'nin amonyak ve fosfat simultane adsorpsiyonunda etkili olduğunu kanıtlamıştır. Denge çalışmaları, sentetik olarak hazırlanan N-P çözeltisinin, amonyak için Fre undlich izoterm modeli ve fosfat iyonları için Redlich-Peterson modeli ile uyumlu olduğunu göstermiştir. Ayrıca, sentetik N-P çözeltisinin kinetik çalışmaları sonucunda amonyak-azotun Psedou-İkinci Derece ile, fosfatın Elovich modelleriyle uyumlu olduğu belirlenmiştir. En yüksek adsorpsiyon kapasitesi, 1000 mg/L olarak hazırlanan N-P çözeltisi ile pH 10 da, 0,3 g PAC-MNP kullanılarak fosfat için 21,74 mg/g, amonyak için 15,05 mg/g elde edilmiştir. Amonyak ve fosfatın PAC-MNP'nin yüzeyinden 1 saat ve 4 döngü boyunca gerçekleştirilen desorpsiyon deneyi için farklı elektrolit çözeltiler denenmiş, ancak optimum çözeltinin 1 M NaOH çözeltisi olduğu tespit edilmiştir. Araştırma sonuçlarına göre, adsorpsiyon yönteminin atıksulardaki amonyak ve fosfatın kontrolü ve besin kaynağı olarak Strüvit'e dönüştürülmelerinde sürdürülebilir ve etkili bir yöntem olduğu düşünülmektedir.

Özet (Çeviri)

Nitrogen and phosphorus are important elements for all living things and also play a critical role in fertilizers used in agriculture. On the other hand, due to the threat of eutrophication as a result of the uncontrolled access/discharge of nitrogen and phosphorus to natural water resources above the limit values, they also play an extremely important role in the fight against environmental pollution and wastewater management. When considered the necessity of the nutrients to living species as well as their excessive amounts somehow occurring in water bodies are considered, the control and management of these nutrients, especially in wastewater, should be evaluated in a more sustainable way. As these nutrients are inevitably found in wastewater, it would be wiser to conceive them as fertilizer“raw material”and recycle them, rather than evaluating as“waste”and disposing them. Especially since phosphorus is a non-renewable and limited resource, it is extremely valuable beyond characterizing it as waste. In this respect, phosphorus minerals (phosphate rocks) are included in the critical raw material list published by the European Commission. On the other hand, ammonia, as the most important form of nitrogen, is required for the production of nitrogen-based fertilizer as the second most produced industrial chemical in the world, although it is not included in this list. As a result, studies to be carried out for the recovery of both ammonia and phosphate rather than their disposal should be considered in this regard. This study was conducted to investigate the effectiveness of using modified activated carbon magnetic nanoparticles (composite PAC-MNPs) in ammonia-nitrogen and phosphorus recovery. From this point, it was intended to recover the secondary ammonia and phosphorus sources by simulating the effluents obtained from B-stage of High Rate Activated Sludge (HRAS) systems. In the scope of the study, batch experiments were carried out for adsorption studies within the initial concentration range of 50 to 1000 mg/L from an aqueous solution (N-P solution). Powdered activated carbon was modified with strong hydrochloric acid (functionalizedHCl – PAC) and then impregnated with magnetite nanoparticles (MNPs) by“co-precipitation”method. For PAC-MNP characterization, Potentiometric Titration, Zeta Potential, SEM, EDX, FTIR, and BET measurements were performed. These experiments proved that Composite PAC-MNP is effective in simultaneous adsorption of ammonia-nitrogen and phosphate species. Equilibrium studies showed that the synthetically prepared N-P solution was consistent with the Freundlich isotherm model for ammonia-nitrogen and Redlich-Peterson for phosphate ions. As a result of the kinetic studies of the synthetic N-P solution, it was determined that ammonia was consistent with the Psedou-Second Order and Phosphate was consistent with the Elovich models. The highest adsorption capacity was achieved to be 21.74 mg/g for phosphate, 15.05 mg/g for ammonia at pH 10 by employing 0.3 g PAC-MNPs to N-P solution prepared as 1000 mg/L. For the desorption experiment of N and P species from the surface of PAC-MNP for 1-hour and until four cycles, different electrolyte solutions were tried, but it was determined that the most appropriate solution was 1 M NaOH. According to the results of the study, it is considered that the adsorption method is a sustainable and effective method for the control of ammonia and phosphate in wastewater as well as their conversion to struvite as nutrient source.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    335780

    Determination of nanotoxicological effects of silver (Ag0) and aluminium (Al0) nanoparticles on microbial community structure in activated sludge

    Gümüş (Ag0) ve aluminyum (Al0) nanoparçacıklarının aktif çamurdaki mikrobiyal yapıya olan nanotoksikolojik etkilerinin belirlenmesi

    ELİF BUKET PARLAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU

  2. Tez No

    512801

    Leaching behavior of ZnO nanoparticles in municipal solid waste

    ZnO nanopartiküllerinin evsel katı atıktaki sızma davranışı

    EMİNE TUĞÇE SAKALLIOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Çevre MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Çevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BURAK DEMİREL

  3. Tez No

    455245

    İnsan yapımı nanopartiküllerin kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) olan bireylerin bronş epitel hücre kültür permabilitesine etkileri

    Effects of engineered-nanoparticles on permeability of bronchial epithelial cell cultures from subjects with chroni̇c obstructive pulmonary disease (COPD)

    SEDAT İLHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Tıbbi BiyolojiGaziantep Üniversitesi

    Temel Solunum Biyolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN BAYRAM

    PROF. DR. AYTEN FİLİZ

  4. Tez No

    798785

    Titanyum dioksit nanopartikülleri ile gıda bileşenlerinin etkileşiminin incelenmesi

    Investigation of the interaction between titanium dioxide nanoparticles and food components

    NURDAN ERSÖZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Gıda MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FAHRİYE CEYDA DUDAK ŞEKER

  5. Tez No

    255347

    Localized surface plasmons in metal nanoparticles engineered by electron beam lithography

    Elektron demet litografisi ile işlenmiş metal nanoparçacıklarda lokalize yüzey plazmonları

    URCAN GÜLER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

Geri Dön