Investigation of heavy metal ion removal by cellulose based adsorbents with ionic functional groups
İyonik fonksiyonel gruplara sahip selüloz esaslı adsorbanlarla ağırmetal iyon gideriminin araştırılması
- Tez No: 809509
- Danışmanlar: PROF. DR. ZEHRA SEMRA CAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Ağır metal kirliliği, kentsel ve endüstriyel gelişimin artmasıyla tüm dünyada etkisini hissettirmeye başlamıştır. Nehirlerin, göllerin ve diğer su kaynaklarının ağır metal kirliliği, yetersiz su ve atık su arıtımı ve artan endüstriyel faaliyetlerin bir sonucudur. Bu soruna çözüm üretmek amacıyla, son yıllarda, çok sayıda çalışma, su ve atıksuların ağır metal kirliliğinden arındırılması için yeni adsorbanların geliştirilmesine odaklanmıştır. Bu çalışmada, doğada bol ve yaygın olarak bulunan, ucuz ve erişimi kolay bir kaynak olan selüloz kullanılarak sudaki ağır metalleri tutabilecek iyonik fonksiyonel gruplara sahip yeni bir adsorban malzemenin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Adsorban malzemenin üretiminde kullanılacak selülozun yüzeyindeki hidroksil gruplarını daha erişilebilir hale getirmek ve bu sayede selülozun daha reaktif olmasını sağlamak amacıyla sentezlemenin ilk adımında selüloz aktivasyon işlemi uygulanmıştır. PUF sentezinde kullanılan izosiyanat yapısının ağır metal giderim verimine etkisini araştırmak amacıyla, selüloz bazlı poliüretan köpük numunelerinin sentezinde, iki farklı diizosiyanat; alifatik diizosiyanat, 1,6-heksametilen diizosiyanat ve aromatik diizosiyanat, 1,4-fenilen diizosiyanat, kullanılmıştır. Bu yaklaşımla toplam altı farklı selüloz bazlı köpük adsorban sentezlenmiştir. Sentezlenen her köpük örneğinin ağır metal giderim kapasitesinin belirlenmesi için Co2+, Cu2+ ve Ni2+ iyonları model ağır metal iyonları olarak seçilmiştir. Co2+, Cu2+ ve Ni2+ sulu çözeltileri kullanılarak , bu tez boyunca AC-HMPUF, AC-PPUF, CAc-PPUF, CAc-HMPUF, CMC-PPUF ve CMCHMPUF olarak isimlendirilecek olan altı farklı selüloz bazlı adsorban ile Kesikli adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde, CAc-PPUF'nin, diğer absorban örneklerine göre, 25°C'de, 100 mg/L'lik başlangıç ağır metal konsantrasyonunda, 10 g/L'lik adsorban dozunda ve 6,5'lik pH'ta, 24 saatlik çalkalama süresi sonunda, Co2+, Cu2+ ve Ni2+ iyonlarını daha yüksek verimle giderdiği gözlemlenmiştir. Belirtilen koşullar altında, bakır, kobalt ve nikel iyonları için CAcPPUF ile giderim verimleri sırasıyla %62.42, %36.39 ve %23.2 olarak tespit edilmiştir. CAc-PPUF, Fourier Dönüşümü Kızılötesi Analizi (FTIR), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), BET yüzey alanı (BET) ve Zeta Potential analizleri ile karakterize edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise yüksek kalsiyum, sodyum, potasyum ve demir iyonları içeren gerçek bir yeraltı suyu örneğinden Co, Cu, Ni, Cr, Pb ve Zn iyonlarının CAcPPUF ile etkili bir biçimde giderilip giderilemediği test edilmiştir. Yeraltı suyunun CAcPPUF ile arıtımı Co, Cu, Cr, Pb ve Zn iyonlarının %90'dan fazlasını gidermiştir. Ancak, Ni iyonu giderimi daha düşük seviyede, %51 olarak bulunmuştur. Ni iyonunun gideriminin düşük olmasının nedeni, diğer metal iyonlarının varlığından kaynaklanan rekabet ve sudaki Ni iyonu konsantrasyonunun diğer ağır metallere göre daha yüksek olması ile açıklanabilir. Çalışma, ilk kez sentezlenmiş olan CAc-PPUF'nin, ağır metal kirliliği içeren suların arıtımında adsorban malzeme olarak etkin biçimde kullanılabileceğini ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Heavy metal contamination is spreading throughout the world, especially as urban and industrial development expands. Heavy metal contamination of rivers, lakes, and other water resources has increased as a result of inadequate water and wastewater treatment, and rising industrial activities. To address this problem, numerous studies have concentrated on developing novel adsorbents for the efficient removal of heavy metals from polluted waters. In this study, we concentrated on the synthesis of a special foam material with particular ionic functional groups utilizing cellulose, a naturally occurring resource that is quite abundant. Synthesis procedures started with the activation of cellulose before its use in the foam formation reaction to make the hydroxyl groups at the surface of the biopolymer more accessible, and thus reactive. In order to investigate the effect of isocyanate structure used for the PUF synthesis on heavy metal removal efficiency, two different diisocyanates; an aliphatic diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, and an aromatic diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, were used for the synthesis of cellulose based polyurethane foam samples. As such, six different cellulose based foam adsorbents were synthesized. Heavy metal removal capacity of each synthesized foam sample was tested for the removal of Co2+, Cu2+, and Ni2+ ions as the model heavy metals. Batch adsorption experiments were conducted using six different cellulose based adsorbents, which throughout this thesis are abbreviated as AC-HMPUF, AC-PPUF, CAc-PPUF, CAc-HMPUF, CMC-PPUF and CMC-HMPUF. Batch adsorption experiments at 25 ℃ for 24 hours demonstrated that CAc-PPUF displayed better Co2+,Cu2+, and Ni2+ removal efficiencies at initial heavy metal concentration of 100 mg/L, adsorbent dose of 10 g/L, and pH of 6.5. Under the given conditions, the removal efficiencies were 62.42%, 36.39%, and 23.2% for copper, cobalt, and nickel ions, respectively. CAc-PPUF was characterized by Fourier Transform Infrared Analysis (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), BET surface area (BET), and Zeta Potential analyses. At the last stage of the study, it was tested whether CAc-PPUF could effectively remove Co, Cu, Ni, Cr, Pb, and Zn ions from a real groundwater sample that has high calcium, sodium, potassium, and iron ions. Treatment of the groundwater with CAc-PPUF removed more than 90% of Co, Cu, Cr, Pb, and Zn ions. Ni ion removal, however, was lower, almost 51 %. It could be due to competition caused by the presence of other metal ions, and the substantially higher Ni ion concentration. The study demonstrated that the newly synthesized CAc-PPUF can be employed successfully as an adsorbent material in the treatment of waters contaminated with heavy metals.
Benzer Tezler
- Çeşitli adsorbanlar ile hümik bileşiklerinin adsorbsiyonu üzerine bir çalışma
Başlık çevirisi yok
SELMA KAYA
- Atık sulardaki ağır metal iyonlarının Saccharomyces cerevisiae ile gideriminin kesikli ve sürekli kaplarda incelenmesi
Investigation of removal of heavy metal ıopns from waste waters by Saccharomyces cerevisiae in batch and continuous reactors
CANKUT ÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF ÇAĞLAR
- Hidrotermal yöntem kullanılarak sentezlenen nanoparçacıklar ile sulardan ağır metal gideriminin incelenmesi
Investigation of heavy metal removal from water by nanoparticles synthesized using hydrothermal method
SEMA YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAİM SEZGİN
- Ağır metal iyonlarının çevresel örneklerden uzaklaştırılmasında zeytin ağacı budama atıklarının kullanılabilirliğinin araştırılması
An investigation on the removal of heavy metals from environmental samples by olive tree pruning waste
ORHAN UZUNOSMANOĞLU
- Atık sularda ağır metal kirliliğinin doğal zeolit (klinoptilolit) ile gideriminin araştırılması
Investigation of removal of heavy metal pollution in wastewaters with natural zeolite (clinoptilolite)
NEVZAT BEYAZIT
Doktora
Türkçe
2001
Çevre MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM PEKER