Geri Dön

Kıymetli metal içeren endüstriyel atıksulardan kaynakgeri kazanımı için polimer içeren membran (PIM) üretimi veuygulanması

Production and application of polymer inclusionmembrane (PIM) for resource recovery from industrialwastewater containing precious metals

  1. Tez No: 859861
  2. Yazar: BAŞAK KESKİN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU, PROF. DR. BİHTER ZEYTUNCU GÖKOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 120

Özet

Son günlerde altın, gümüş ve bakır gibi hem takı olarak hem de yatırım aracı olarak kullanılan ve çeşitli endüstriyel alanlarda da yaygın olarak kullanılan kıymetli metallerin geri kazanımı hem doğada az bulunması hem de yüksek fiyatlı olması sebebiyle oldukça önemli hale gelmiştir (Sun vd., 2020a). Endüstriyel uygulamalar, imalat süreçlerinde sadece metalleri kullanmakla kalmaz, aynı zamanda atık su ve deşarjlarında da ağır metaller bulunur. Yeterli işlem yapılmazsa, bu metaller su kütlelerine salınarak çevreye ve ekosisteme ciddi zarar verecektir (Wahida Zulkefeli vd., 2018). Metallerin geri kazanılmak istenmesi, teknolojinin hızla artması ve bu metallere ihtiyaç duyulmasından kaynaklıdır. Ayrıca finansal ve çevresel açıdan, kıymetli metallerin geri dönüşümü çok önemlidir (Pospiech ve Walkowiak, 2007). Endüstrilerden gelen atıksuların %20'sini tekstil atıksuları oluşturmaktadır. Bu endüstride temizleme, ağartma, boyama, baskı ve terbiye amacıyla çeşitli boya ve kimyasalların kullanıldığı bilinmektedir. Kullanılan boyalar arasında asidik, reaktif, bazik, dispers, azo, diazo ve metal kompleks boyalar gibi çeşitli yapısal boyalar bulunmaktadır. Bu boyalar ikame edilen fonksiyonel gruplara göre farklı kimyasal yapılara sahiptir. Boyaların aşırı kullanımı, su kalitesini etkileyen önemli miktarda renkli atık su üretecektir. Bu nedenle atıksu ile deşarjı önemli bir sorundur (Alinsafi vd., 2007). Çünkü atıksularda ilk fark edilen kirletici renktir ve suda az miktarda bulunması bile istenmemektedir. Boyalardan kaynaklanan su kirliliği, içme suyu, sulama gibi havzadaki faydalı kullanımı etkileyecektir. Genellikle boyar maddelerin ve metallerin geri kazanılmasında çeşitli geleneksel yöntemlerin yanı sıra geleneksel olmayan yöntemler de kullanılmaktadır (Núñez vd., 2006). Geleneksel yöntemler mikroorganizmaların kullanılması (Greene vd., 1986), biyosorpsiyon esaslı işlemlerin uygulanması (Figueira vd., 2000), çözücü ekstraksiyonu işlemi, iyon değişimi, adsorpsiyon ve elektroliz işlemi olarak gösterilebilir. Kıymetli metallerin geri kazanılmasında ilk kullanılan sistem mikroorganizma olarak yosun, mantar, bakteri ve maya kullanılması iken daha sonrasında yüksek verime ve düşük işletme maliyetine sahip aynı zamanda hem tehlikeli kimyasal oluşumunu hem de biyolojik çamur oluşumunu en aza indiren biyosorpsiyon esaslı işlem kullanılmaya başlanmıştır (Mack vd., 2007). Ancak son yıllarda çok fazla kullanılmaya başlanan yöntem membran prosesleridir. Membran proseslerin enerji tüketimini ve atık üretimini azaltmak, yüksek akıya ve seçiciliğe sahip olmak ve konsantre edilme olasılığını arttırmak gibi birçok avanatajı vardır. Ancak membran proseslerin bazı dezavantajları da vardır. Bunlar da; endüstriyel ölçekte yaygın olarak kullanılmaması, zayıf stabiliteye sahip olması ve ömrünün kısa olmasıdır (Pospiech ve Walkowiak, 2007). Son yıllarda membran teknolojisinin su ve atıksu arıtımında önemli bir proses olduğu bilinmektedir. Bunun nedeni yüksek üretkenliği, yüksek kapasitesi, maliyet etkinliği, kolay ölçek büyütmesi, operasyon basitliği ve kimyasal katkı maddesi içermemesidir. Membran teknolojileri arasında sıvı membranlar, iyon seçici elektrotlar ve hidrometalurji gibi çeşitli alanlarda ayırma, saflaştırma veya analitik uygulamalarda kullanımlarıyla önemli bir rol kazanmıştır. Bu membranlar arasında polimer içeren membranlar (PIM) daha iyi mekanik özelliklere, iyi kimyasal dirence ve düşük hazırlama maliyetine sahiptir (Keskin ve Koyuncu, 2023). PIM'ler metal iyonlarının ve organik çözünenlerin uzaklaştırılması ve geri kazanılmasında başarıyla kullanılan bir sıvı membran türüdür. PIM'ler büyük miktarda organik çözücü içermemeleri ve daha çevre dostu olmaları nedeniyle solvent ekstraksiyon yöntemine göre daha fazla tercih edilmektedir. Ayrıca, PIM'lerin çalışması, ekstraksiyon ve sıyırmanın yüksek taşıma iyonu seçiciliği ile aynı anda gerçekleştiği durumlarda daha uygundur. Polimer içeren membranlar sahip oldukları avantajlardan dolayı membran proseslerde yeni bir alternatif sunmaktadır. Bu prosesler hem basit tasarımlı, kolay işletmeye uygun ve çevre dostudur hem de yüksek stabiliteye, iyi mekanik özelliklere ve kimyasal dirence sahiptirler. Ayrıca diğer membranlara göre ince ve esnek yapılıdırlar (Pospiech ve Walkowiak, 2007). Bu tez kapsamında öncelikle hem paladyum hem altın hem de boyar madde için adsorpsiyon deneyleri tamamlanmış, deneyler sonucunda paladyum için PVC (polivinil klorür) baz polimeri seçilmiş ardından bu baz polimeri için önce HCl konsantrasyonu 0,5 M HCl olarak, paladyum konsantrasyonu 2,5 ppm olarak ve membran içeriği %40 PVC, %40 Aliquat 336 ve %20 tri-n-oktilamin (TOA) olarak seçilmiştir. Ardından altın için adsorpsiyon deneyleri sonucunda PVC baz polimeri seçilmiş ve bu baz polimeri için önce HCl konsantrasyonu 0,5 M HCl olarak, altın konsantrasyonu 10 ppm olarak optimize edilmiştir. Boyar madde adsorpsiyon deneyleri sonucunda ise polivinilidin florür (PVDF) 5, selüloz triasetat (CTA) 5 ve PVC 3 kodlu membranlar seçilmiş olup, ekstraksiyon deneyleri sonucunda %40 baz polimeri %20 Aliquat 336 ve %40 TOA içeren membranların en iyi sonuçları verdikleri gözlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Recently, the recovery of precious metals such as gold, silver and copper, which are used both as jewelry and as investment tools and are widely used in various industrial fields, has become very important due to their rarity in nature and high prices (Sun vd., 2020a.). Industrial applications not only use metals in their manufacturing processes, but heavy metals are also produced in their wastewater and discharges. If treatment is not carried out, these metals will be released into water bodies and cause serious damage to the environment and ecosystem (Wahida Zulkefeli vd., 2018). The desire to recover metals is due to the rapid increase in technology and the need for these metals. Moreover, recycling of precious metals is very important from both financial and environmental perspectives (Pospiech ve Walkowiak, 2007). Textile wastewater constitutes 20% of the wastewater coming from industries. It is known that various dyes and chemicals are used in this industry for cleaning, bleaching, dyeing, printing and finishing purposes. The dyes used include various structural dyes such as acidic, reactive, basic, disperse, azo, diazo and metal complex dyes. These dyes have different chemical structures depending on the functional groups substituted. Excessive use of dyes will produce significant amounts of colored wastewater that affects water quality. Therefore, its discharge with wastewater is an important problem (Alinsafi vd., 2007). Because the first pollutant noticed in wastewater is the color and its presence in even small amounts is undesirable. Water pollution from dyes will affect beneficial uses in the basin such as drinking water, irrigation and others. It is generally used in the recovery of dyestuffs and metals, in addition to various traditional methods (Núñez vd., 2006). Traditional methods can be shown as the use of microorganisms (Greene vd., 1986), the application of biosorption-based processes (Figueira vd., 2000), solvent extraction process, ion exchange, adsorption and electrolysis processes. While the first system used in the recovery of precious metals was the use of algae, fungi, bacteria and yeast as microorganisms, later the biosorption- based process, which has high efficiency and low operating costs and minimizes both hazardous chemical formation and biological sludge formation, began to be used (Mack vd., 2007). However, the method that has become widely used in recent years is membrane processes. Membrane processes have many advantages, such as reducing energy consumption and waste production, having high flux and selectivity, and increasing the possibility of concentration. However, membrane processes also have some disadvantages. These are; it is not widely used on an industrial scale, has poor stability and has a short lifespan (Pospiech ve Walkowiak, 2007). In recent years, it has been known that membrane technology is an important process in water and wastewater treatment. This is due to its high productivity, high capacity, cost-effectiveness, easy scale-up, simplicity of operation and no chemical additives. Membrane separation is a very promising separation method that allows simultaneous extraction and back-extraction of target species at the membrane/feed solution and membrane/acceptor solution interfaces, respectively. It has attracted great attention as an environmentally friendly alternative to solvent extraction, which uses large quantities of volatile, flammable and toxic organic solvents. Among membrane technologies, liquid membranes have gained an important role in various fields such as ion-selective electrodes and hydrometallurgy, with their use in separation, purification or analytical applications. Membranes categorize bulk liquid membranes (BLMs), emulsion liquid membranes (ELMs), supported liquid membranes (SLMs) and polymer inclusion membranes (PIMs). These membranes are advantageous because they have high transport, easy control mechanism, are selective and flexible, and prepared without the need for hazardous solvents. They have advantages as well as disadvantages. For example, short membrane life in SLMs can be given. Among these membrane types, the newest membrane type is polymer inclusion membranes. PIMs stand out among these membrane types in terms of both ease of use and longevity. PIMs have been used successfully for the selective separation of both inorganic and organic chemical species. PIM technology first appeared in the 1950s and is based on the SLM concept. Also, as a result of the researches, it has been observed that PIMs have better stability than liquid membranes. PIMs are generally prepared by using a solvent evaporative casting method. First, the all materials such as the base polymer, carrier and plasticizer are dissolved in a suitable solvent. Then the membrane casting solution is poured into a glass petri dish. Eventually, the solvent completely evaporates, forming a membrane that is both flexible and stable. The usage areas of these membranes are many due to their longevity, excellent stability and high stability. This process has been used for laboratory scale metal ions recovery, chemical analysis, and removal of contaminants from wastewater. In the literature, it has been concluded that PIMs can be a better process compared to other systems due to the advantages they have in the separation of both metal and nonmetal species. In addition, it has been observed in studies that precious metals are separated from wastewater with PIMs (Keskin ve Koyuncu, 2023). It is a type of liquid membrane used successfully in the removal and recovery of metal ions and organic solutes. PIMs are preferred over the solvent extraction method because they do not contain large amounts of organic solvents and are more environmentally friendly. Moreover, the operation of PIMs is more suitable where extraction and stripping occur simultaneously with high transport ion selectivity. Polymer inclusion membranes offer a new alternative in membrane processes due to their advantages. These processes are simple in design, easy to operate and environmentally friendly, and have high stability, good mechanical properties and chemical resistance. They are also thinner and more flexible than other membranes (Pospiech ve Walkowiak, 2007). PIMs consist of 3 main materials which are base polymer, carrier and plasticizer. It has been observed in literature that only base polymer and carrier or only base polymer and plasticizer are used when materials that act as both plasticizer and carrier are used. In PIM production, the base polymer, carrier and plasticizer are dissolved with a volatile solvent and mixed until homogeneous. The mixture is poured into a glass petri dish and membrane is produced at different evaporation times and temperatures depending on the material used. Within the scope of this thesis, adsorption experiments for both palladium, gold and dyestuffs were completed. As a result of the experiments, PVC base polymer was selected for palladium, and then for this base polymer, the HCl concentration was optimized as 0.5 M HCl, the palladium concentration as 2.5 ppm, and the membrane content was optimized as 40% PVC, 40% Aliquat 336 and 20% TOA. Also, as a result of the experiments, PVC base polymer was selected for gold, and then for this base polymer, the HCl concentration was first optimized as 0.25 M HCl and the gold concentration was optimized as 10 ppm. As a result of the dye adsorption experiments, membranes coded PVDF 5, CTA 5 and PVC 3 were selected, and as a result of the extraction experiments, it was observed that the membranes containing 40% base polymer, 20% Aliquat 336 and 40% TOA gave the best results.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    316032

    Baskılı devre kartlarından kıymetli metal geri kazanımında ergitme şartlarının incelenmesi

    Investigation of the melting conditions for recovery of precious metals from printed circuit boards

    ÖZLEM ATASOY KOCATÜFEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUHLİS NEZİHİ SARIDEDE

  2. Tez No

    77321

    A Research on the treatment technologies of cyanide containing industrial waste water 'A case study for gold mining effluens

    Siyanür içeren endüstriyel atıksular üzerinde arıtma teknolojilerinin araştırılması 'Altın madeni çıkış sularında bir örnek çalışma'

    GÜLDEN ORMANOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Çevre MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ENVER Y. KÜÇÜKGÜL

  3. Tez No

    898081

    Metanın kısmi oksidasyonu için üre-nitrat yakma tekniği ile nikel ve kobalt esaslı katalizörlerin hazırlanması

    Preparation of nickel and cobalt based catalysts with urea-nitrate combustion technique for partial oxidation of methane

    HASAN DEYAB

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER

  4. Tez No

    11023

    Sabit protez alaşımlarının, dökülebilirlik, gözeneklilik (porozite) ve parlatılabilirliklerinin karşılaştırılmalı incelenmesi

    Başlık çevirisi yok

    AHMET ERSAN ERSOY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1987

    Diş HekimliğiAnkara Üniversitesi

    Protetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. ALİ ZAİMOĞLU

  5. Tez No

    105661

    Cyclam içeren çapraz bağlı mikrokürelerin karakterizasyonu ve metal iyonlarının adsorpsiyonundaki seçiciliği

    Characterization of cyclam containing cross-linked microbeads and their selectivity onto adsorption of metal ions

    CENGİZ KAVAKLI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    KimyaHacettepe Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BEKİR SALİH

Geri Dön