Geri Dön

Türkiye'deki farklı jeotermal akışkanlardan lityumun iyon değiştirme yöntemiyle seçimli olarak ayrılması ve kazanımı

Selective separation and recovery of lithium from different geothermal fluids in Turkey by ion exchange method

  1. Tez No: 954289
  2. Yazar: KAMİL BOSTANCI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MÜŞERREF ARDA, PROF. DR. NALAN KABAY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ege Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Analitik Kimya Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 161

Özet

Bu çalışmada, lityum seçimli toz ve granül formda λ-MnO2 adsorbenti kullanılarak Çanakkale-Tuzla, İzmir-Seferihisar, Aydın-Sultanhisar ve Manisa-Alaşehir Bölgesinden alınan jeotermal akışkanlar ile kesikli adsorpsiyon çalışmaları yapılmıştır. Çalışmalarda adsorbent miktarına karşı gelen lityum giderimi jeotermal akışkanın adsorpsiyon sonrası pH değişimi ile birlikte incelenmiştir. Alkalinitesi düşük olan jeotermal akışkanlarda (Çanakkale-Tuzla ve İzmir-Seferihisar) adsorpsiyon sonrası pH da azalma gözlenmiş, lityum adsorpsiyon verimi de düşük olarak bulunmuştur. Çanakkale-Tuzla ve İzmir-Seferihisar Bölgesi jeotermal akışkanlarından lityum giderimleri sırasıyla %22-30 ve %59-74 düzeyinde elde edilmiştir. Alkalinitesi yüksek olan (Aydın-Sultanhisar ve Manisa-Alaşehir) jeotermal akışkanlarında tamponlama kapasitesi yüksek olduğu için iyon değişimi sonrası belirgin pH değişimi gözlenmemiş ve giderim verimleri de oldukça yüksek bulunmuştur. 0,50 g/L toz λ-MnO2 ile her iki bölge akışkanı için %99 lityum giderimi, granül formda ise 2,00 g/L λ-MnO2 ile Aydın-Sultanhisar jeotermal akışkanından %95 ve Manisa-Alaşehir akışkanından %97 lityum giderimi elde edilmiştir. Toz λ-MnO2 adsorbentinin kinetik performansı Aydın-Sultanhisar ve Manisa-Alaşehir jeotermal akışkanları için incelenmiştir. Optimum adsorbent miktarı 0,50 g/L olarak belirlenmiş ve bu miktarla Aydın-Sultanhisar akışkanında 360 dakikada %98, Manisa-Alaşehir akışkanında ise 240 dakikada %99 lityum giderimi sağlanmıştır. Kinetik veriler, sözde ikinci mertebe kinetik modeline uyum göstermiş ve hız tayin basamakları partikül difüzyonu ve reaksiyon katmanı olarak belirlenmiştir. Adsorpsiyon-membran filtrasyon hibrit yönteminde, toz λ-MnO2 adsorbenti ve oyuk fiber yapıda ultrafiltrasyon (UF) membran modülü kullanılarak Manisa-Alaşehir ve Aydın-Sultanhisar Bölgesi jeotermal akışkanlarından lityum, arsenik ve bor giderimi incelenmiş, %85-90 düzeyinde lityum giderimi gerçekleşmiştir. λ-MnO2 adsorbentinin lityuma karşı seçicilik göstermesi nedeniyle yapılan çalışmalar kör deney çalışmalarıyla karşılaştırıldığında arsenik ve bor gideriminde bu adsorbentin etkili olmadığı anlaşılmıştır. Granül formdaki lityum seçimli λ-MnO2 adsorbentinin tekrar kullanılabilirliğini araştırmak amacıyla sorpsiyon-sıyırma-yıkama aşamaları toplam 10 döngü olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Döngü çalışmaları Manisa-Alaşehir ve Aydın-Sultanhisar bölgelerinden alınan jeotermal akışkanlarda kesikli yöntemle 3 paralel çalışma şeklinde incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda 10. döngü sonunda lityum giderimleri sırasıyla %97 ve %98 olarak belirlenmiş ve adsorbentin lityum ayırma performansında herhangi bir azalma olmadığı gözlenmiştir. Çalışmada ayrıca Arsen Xnp ve Lewatit FO 36 arsenik seçimli iyon değiştirici reçineler kullanılarak Aydın-Sultanhisar ve Manisa-Alaşehir Bölgesi jeotermal akışkanlarında kesikli çalışmalar ile arsenik giderimine ilişkin optimum reçine miktarı çalışmaları gerçekleştirilmiş ve Aydın-Sultanhisar jeotermal suyu için 2,00 g Arsen Xnp / L – jeotermal akışkan ve Manisa-Alaşehir jeotermal suyu için 12,00 g Lewatit FO 36 / L – jeotermal akışkan %99 düzeyinde arsenik giderimi sağlamıştır. Son olarak Aydın-Sultanhisar Bölgesi jeotermal akışkanından bor giderimi incelenmiş, 8 g/L Diaion CRB 02 ve Dowex BSR-1 bor seçimli reçineleriyle sırasıyla %99 ve %98 düzeyinde bor giderimi sağlanmıştır. Bu reçineler ile lityum giderimi gerçekleşmezken Diaion CRB 02 reçinesi %42 arsenik gidermiştir. Manisa-Alaşehir Bölgesi jeotermal akışkanında ise 16 g/L Diaion CRB 02 ve Dowex BSR-1/ XUS-43594.00 bor seçimli reçineleri kullanılarak %99 ve %98 düzeylerinde bor giderimleri elde edilmiştir. Benzer şekilde, her iki reçinenin lityum gideriminin çok düşük olduğu, ancak Diaion CRB 02 reçinesinin %18 oranında arsenik giderimi sağladığı tespit edilmiştir. Bor seçimli Diaion CRB-02 reçinesinin bor giderim performansı, kolon çalışmalarıyla da değerlendirilmiştir. Bu amaçla, Aydın-Sultanhisar ve Manisa-Alaşehir bölgelerinden alınan jeotermal akışkanlar, 20 mL/saat akış hızında kolondan geçirilerek test edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, salıverme kapasiteleri, 1 mL reçine hacmi için ise sırasıyla 1,60 ve 1,69 mg B olarak belirlenmiştir. Bu veriler, reçinenin iki farklı fizikokimyasal özelliğe sahip jeotermal akışkanla benzer performans sergilediğini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

In this study, batch adsorption studies were conducted using lithium-selective powder and granular λ-MnO2 adsorbents with geothermal fluids collected from the Çanakkale-Tuzla, İzmir-Seferihisar, Aydın-Sultanhisar, and Manisa-Alaşehir regions. In these studies, lithium removal corresponding to the adsorbent amount was examined along with the pH change of the geothermal fluid after adsorption. In geothermal fluids with low alkalinity (Çanakkale-Tuzla and İzmir-Seferihisar), a decrease in pH occurred after adsorption, and the lithium adsorption efficiency was found to be low. The lithium removals from the geothermal fluids of the Çanakkale-Tuzla and İzmir-Seferihisar regions were at levels of 22-30% and 59-74%, respectively. In geothermal fluids with high alkalinity (Aydın-Sultanhisar and Manisa-Alaşehir), due to their high buffering capacity, no significant pH change was observed after ion exchange, and the removal efficiencies were high. With 0.50 g/L of powder λ-MnO2, 99% lithium removal was achieved for both regional fluids, while with 2.00 g/L granular λ-MnO2, 95% of lithium removal was achieved from the geothermal fluid of Aydın-Sultanhisar region and 97% from the geothermal fluid of Manisa-Alaşehir region. The kinetic performance of the powder λ-MnO2 adsorbent was investigated for Aydın-Sultanhisar and Manisa-Alaşehir geothermal fluids. The optimum adsorbent amount was determined as 0.50 g/L, and with this amount, 98% of lithium removal was achieved in 360 min for the Aydın-Sultanhisar fluid, and 99% of lithium removal was achieved in 240 min for the Manisa-Alaşehir fluid. The kinetic data fit the pseudo-second-order kinetic model, and the rate-determining steps were identified as particle diffusion and the reaction layer. In the adsorption-membrane filtration hybrid method, lithium, arsenic, and boron removal from geothermal fluids of the Manisa-Alaşehir and Aydın-Sultanhisar regions was investigated using powder λ-MnO2 adsorbent and a hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module. The percent removal of lithium achieved was 85-90%. Due to the lithium selectivity of the λ-MnO₂ adsorbent, the experimental studies were not effective in the removal of arsenic and boron when compared to the blank experiments. To investigate the reusability performance of the granular form of lithium-selective λ-MnO2 adsorbent, sorption-elution-washing steps were conducted for 10 cycles. The studies were carried out using a batch method with three parallel tests and geothermal fluids from the Manisa-Alaşehir and Aydın-Sultanhisar regions. At the end of the 10th cycle, lithium removals were 97% and 98%, respectively, with almost no decrease in the adsorbent's performance. In addition, batch studies were conducted using Arsen Xnp and Lewatit FO 36 arsenic-selective ion exchange resins to determine the optimum resin amount for arsenic removal from geothermal fluids of the Aydın-Sultanhisar and Manisa-Alaşehir regions. For Aydın-Sultanhisar geothermal water, 2.00 g of Arsen Xnp/L of geothermal fluid, and for Manisa-Alaşehir geothermal water, 12.00 g of Lewatit FO 36/L of geothermal fluid achieved arsenic removals of 99%. As a final study, boron removal from the Aydın-Sultanhisar geothermal fluid was investigated, and boron removal of 99% and 98% was achieved using 8 g/L Diaion CRB 02 and Dowex BSR-1 boron-selective resins, respectively. While these resins did not remove lithium, Diaion CRB 02 resin removed 42% of arsenic. Similarly, in the Manisa-Alaşehir geothermal fluid, boron removals of 99% and 98% were obtained using 16 g/L Diaion CRB 02 and Dowex BSR-1/XUS-43594.00 boron-selective resins, respectively. Both resins exhibited low lithium removal, but Diaion CRB 02 achieved 18% of arsenic removal. The boron removal performance of the boron-selective Diaion CRB-02 resin was also evaluated through column studies. For this purpose, geothermal fluids collected from the Aydın-Sultanhisar and Manisa-Alaşehir regions were passed through the column at a flow rate of 20 mL/h. According to the results obtained, the breakthrough capacities were determined to be 1.60 and 1.69 mg B per mL of resin volume, respectively. These results indicate that the resin exhibited similar performance with geothermal fluids of differing physicochemical properties.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    505861

    Analysis of 5 KW ORC system operating with R245FA and plate type evaporator and condenser

    R245FA ve plakali evaporatör ve kondanserle çalışan 5 KW gücündeki ORC sisteminin analizi

    YASHAR AMROLLAHI FARZI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR

  2. Tez No

    963320

    Utılızatıon of carbon dıoxıde gas for gas lıft systems ın geothermal wells

    Jeotermal kuyularda gaz kaldırma sistemleri için karbon dioksit gazının kullanımı

    FORCE LUGEMBE NDEGE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER İNANÇ TÜREYEN

  3. Tez No

    612240

    Mathematical modelling of geothermal carbon dioxide production in a specific field in Turkey

    Türkiye'de jeotermal bir sahanın karbondioksit üretiminin matematiksel modellenmesi

    BERİL KUMSAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERHAT AKIN

  4. Tez No

    255330

    Numerical simulation of Germencik geothermal field

    Germencik jeotermal sahasının sayısal simülasyon

    AHMED HAMENDİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUT PARLAKTUNA

    PROF. DR. SERHAT AKIN

  5. Tez No

    770331

    Türkiye'deki güneş, hidroelektrik ve jeotermal enerji alanında tescillenmiş ulusal patent ve faydalı modellerin incelenmesi

    Investigation of registered national patents and utility models in the field of solar, hydroelectric and geothermal energy in Turkey

    MUAMMER CAN ALTINOK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    EnerjiGazi Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET AKTAŞ

Geri Dön