Sudan bakır giderimi için amonyum lignosülfonattan kimyasal aktivasyonla aktif karbon üretimi
Preparation of chemically activated carbon from ammonium lignosulfonate for copper removal from water
- Tez No: 980412
- Danışmanlar: PROF. DR. HAMİYET ŞAHİN KOL, DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLEN OYTUN AKALIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, amonyum lignosülfonatın (ALS) potasyum hidroksit (KOH) eşliğinde piroliz yoluyla aktif karbon üretimini ve bu aktif karbonun sudan bakır giderimindeki etkinliğini araştırmaktadır. Su kirliliği, özellikle ağır metal kontaminasyonu, küresel çevre ve halk sağlığı için ciddi tehdit oluşturmaktadır. Bakır (Cu (II)), elektrokaplama, boya üretimi, madencilik ve metalürji endüstrilerinden kaynaklanan atık sularda yaygın olarak bulunan toksik ağır metallerden biridir. Atık sulardaki bakır konsantrasyonları 2,5-10.000 mg/L arasında değişmekte olup, WHO ve EPA tarafından belirlenen içme suyu standartlarını (1,3-3 mg/L) önemli ölçüde aşmaktadır. Adsorpsiyon yöntemi, uygulama kolaylığı, maliyet etkinliği ve yüksek giderim verimliliği nedeniyle ağır metal arıtımında tercih edilen yöntemlerden biridir. Lignoselülozik biyokütleden üretilen aktif karbon, yüksek yüzey alanı ve gözenekli yapısı sayesinde etkili bir adsorban malzemedir. Kağıt endüstrisinin yan ürünü olan lignosülfonatlar, yıllık 1,8 milyon ton üretim miktarıyla önemli bir biyokütle kaynağı olup, katma değeri yüksek aktif karbon üretimi için cazip bir hammaddedir. Çalışmada, farklı KOH/ALS oranları ve piroliz sıcaklıklarında aktif karbon sentezlenmiş, üretilen örneklerin yüzey alanı, gözenek yapısı, morfolojik ve kimyasal özellikleri BET, SEM, FTIR ve elementel analizlerle karakterize edilmiştir. Optimum üretim koşulları belirlendikten sonra, ham biyokarbon ve optimize edilmiş aktif karbonun sudan bakır giderim etkinliği test edilmiş ve adsorpsiyon izotermleri değerlendirilmiştir. Çalışmada zamana bağlı adsorpsiyon deneyleri sonucunda, 500oC'de %10 KOH ile muamele edilmiş biyoçar örneği, 15. dakikada yaklaşık %99,56'lık adsorpsiyon yüzdesine ulaşarak hızlı ve yüksek kapasiteli adsorpsiyon özelliği sayesinde en uygun malzeme olarak belirlenmiştir. Farklı pH koşullarında yapılan incelemelerde, düşük pH değerlerinde adsorpsiyonun sınırlı kaldığı, pH 5'te ise %100 adsorpsiyon verimi elde edilerek optimum koşulun sağlandığı görülmüştür. Sıcaklık değişimlerinde 25–45 °C aralığında adsorpsiyon verimi %100'e yakın seviyede korunurken, 55 °C'de bir miktar düşüş gözlenmiştir. Adsorpsiyon izotermleri incelendiğinde hem Langmuir hem de Freundlich modelleriyle uyumlu sonuçlar elde edilmiş, özellikle Langmuir modelinin daha yüksek uyum sağladığı belirlenmiştir. Böylece kullanılan biyoçarın yüksek adsorpsiyon kapasitesi doğrulanmıştır. Literatür verileri ışığında, KOH aktivasyonunun mikro ve mezogözenekli yapı oluşumunu teşvik ederek yüzey alanını önemli ölçüde artırdığı, 500-700°C piroliz sıcaklık aralığının optimal gözenek yapısı için kritik olduğu öngörülmektedir. Bu araştırma, endüstriyel yan ürünlerin değerlendirilmesi, atık yönetimi ve su arıtma teknolojilerine katkı sağlayarak döngüsel ekonomi yaklaşımını desteklemekte ve sürdürülebilir çevresel çözümler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study investigates the production of activated carbon from ammonium lignosulfonate (ALS) through pyrolysis in the presence of potassium hydroxide (KOH), as well as the effectiveness of this activated carbon in removing copper from water. Water pollution, particularly heavy metal contamination, poses a serious threat to global environmental and public health. Copper (Cu (II)) is one of the toxic heavy metals commonly found in wastewater from electroplating, paint production, mining, and metallurgy industries. Copper concentrations in wastewater range between 2.5–10,000 mg/L, significantly exceeding the drinking water standards set by WHO and EPA (1.3–3 mg/L). The adsorption method is preferred for heavy metal treatment due to its ease of application, cost-effectiveness, and high removal efficiency. Activated carbon derived from lignocellulosic biomass is an effective adsorbent material thanks to its high surface area and porous structure. Lignosulfonates, a byproduct of the paper industry, represent an important biomass source with an annual production volume of 1.8 million tons, making them attractive raw materials for the production of high value-added activated carbon. In this study, activated carbon was synthesized under different KOH/ALS ratios and pyrolysis temperatures. The surface area, pore structure, morphological and chemical properties of the produced samples were characterized using BET, SEM, FTIR, and elemental analysis. After determining the optimum production conditions, the copper removal efficiency of raw biochar and optimized activated carbon from water was tested, and adsorption isotherms were evaluated. As a result of time-dependent adsorption experiments, the biochar sample treated with 10% KOH at 500 °C reached an adsorption percentage of approximately 99.56% within 15 minutes, and was determined to be the most suitable material thanks to its rapid and high-capacity adsorption property. In examinations conducted under different pH conditions, it was observed that adsorption remained limited at low pH values, while at pH 5, 100% adsorption efficiency was achieved, indicating optimum conditions. During temperature variations, adsorption efficiency remained close to 100% in the range of 25–45 °C, while a slight decrease was observed at 55 °C. Examination of adsorption isotherms showed results consistent with both Langmuir and Freundlich models, with particularly better agreement with the Langmuir model. Thus, the high adsorption capacity of the biochar used was confirmed. In light of literature data, it is anticipated that KOH activation significantly increases surface area by promoting the formation of micro- and mesoporous structures, and that the pyrolysis temperature range of 500–700 °C is critical for optimal pore structure. This research contributes to waste management and water treatment technologies by valorizing industrial byproducts, supporting the circular economy approach, and offering sustainable environmental solutions.
Benzer Tezler
- Removal of microbial pollutants and micropollutants with reverse osmosis membranes from drinking water
Ters osmoz membranlar ile içme suyundan mikrobiyal kirleticilerin ve mikrokirleticilerin giderimi
CANSU BATIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Rational design and applications of advanced functional polymer gels
İleri fonksiyonel polimer jellerin rasyonel tasarımı ve uygulamaları
MERTCAN ER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN
- Bacillus subtilis ve B. thuringiensis izolatlarının biyolojik iyileştirme potansiyellerinin tatlı sularda kontrollü koşullarda araştırılması
The investigation of biological improvement potentials of Bacillus subtilis and B. thuringiensis isolates under controlled conditions in freshwater
AYŞE KALAYCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
BiyoteknolojiAtatürk ÜniversitesiSu Ürünleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GONCA ALAK
- Polimerik/modifiye seramik hibrit membran prosesi ile endüstriyel atık sudan bakır giderimi ve geri kazanımı
Copper removal and recovery from industrial wastewater with polymeric/modified ceramic hybrid membrane process
NİYAZİ ERDEM DELİKANLI
Doktora
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVZAT ÖZGÜ YİĞİT
DOÇ. DR. HASAN KÖSEOĞLU
- Saz (Pragmites austrails) bitkisinden elde edilen aktif karbonun bakır iyonu adsorpsiyonu için performansının araştırılması
Investigation of the performance of activated carbon obtained from saz (Pragmites austrails) for copper ion adsorption
OĞUZCAN ELVER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Çevre MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE KULEYİN