Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MUSTAFA DEMİRALP
Danışman: Uğur Salgın
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:
Endüstriyel prosesler ve tarımsal etkinlikler sonucu oluşan atık sularda bulunabilen ve su kaynaklarına sızabilen klorofenoller (CP'ler), olumsuz çevresel etkilerinin yanı sıra insan sağlığı üzerinde potansiyel tehlike barındıran kimyasal bileşiklerdir. Sahip oldukları biyobirikim ve toksisiteleri nedeniyle su kalitesini de düşürebilen CP'lerin olumsuz etkilerini önlemek veya azaltmak için su ortamlarından giderimleri oldukça önemlidir. Bu amaca yönelik olarak kullanılan en yaygın ve etkili yöntemler arasında adsorpsiyon yöntemi yer almaktadır. CP'ler gibi birçok organik kirleticinin adsorpsiyon yöntemiyle gideriminde, kimyasal özellikleri ve yüzey yapıları birbirinden farklı olan birçok adsorbent malzeme kullanılmaktadır. Bunlar arasında siklodekstrinler (CD'ler), adsorpsiyona uygun yapılarıyla ideal adsorbent yapılar olarak göze çarpmaktadır. CD'ler, glikopiranoz monomerlerinden oluşan ve hidrofobik kavite ile hidrofilik dış yüzeye sahip olan halka şeklindeki oligosakkaritlerdir. Bu özel yapıları nedeniyle çevresel ve endüstriyel birçok uygulamada kullanılabilen CD'ler ile manyetik nanopartiküllerin entegrasyonu sonucunda oluşturulan manyetik CD kompleksleri, özellikle adsorpsiyon temelli uygulamalar için etkin adsorbent malzemeler olarak ön plana çıkmaktadır. Manyetik CD'lerin manyetik özellikleri sayesinde geri kazanımlarının kolay olması, uygun rejenerasyon teknikleri uygulandığında yeniden kullanımlarına olanak tanımaktadır. Rejenerasyon teknikleri arasında çevre dostu özellikleriyle ön plana çıkan süperkritik CO2 (scCO2) tekniği, CD bazlı adsorbentlerin rejenerasyonuna uygun bir tekniktir. Tüm bu özellikleri nedeniyle son yıllarda farmasötik, gıda, biyoteknoloji gibi birçok alanda araştırmacıların dikkatini çeken manyetik CD'ler, adsorpsiyon kapasiteleri, fonksiyonelleştirilebilir yapıları ve rejenere edilebilir özellikleriyle adsorpsiyon yönteminde verimli ve etkin kullanılabilme potansiyeline sahiptir. Bu doktora tez çalışması, adsorpsiyon ve rejenerasyon süreçleri olmak üzere iki aşamada yürütülmüştür. Çalışmada organik kirletici olarak; 4-klorofenol (4-CP), 2,4-diklorofenol (2,4-DCP) ve 2,4,6-triklorofenol (2,4,6-TCP) kullanılmıştır. Sentetik suda gerçekleştirilen adsorpsiyon deneyleri, laboratuvar ortamında sentezlenen manyetik olmayan β-siklodekstrin (β-CD) ve manyetik β-siklodekstrin (M-βCD) adsorbentleri ile laboratuvar ölçekli kesikli sistemde gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında; adsorbent miktarı, başlangıç kirletici derişimi, başlangıç pH'ı, sıcaklık ve karıştırma hızı adsorpsiyon parametrelerinin adsorpsiyon verimi ve kapasitesi üzerine etkilerini incelemek amacıyla 4-CP, 2,4-DCP ve 2,4,6-TCP'nin β-CD adsorbentine adsorpsiyonu deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda; m=0.4 g, C0=100 ppm, pH=doğal (4-CP, 2,4-DCP ve 2,4,6-TCP için sırasıyla 7.1, 7.1 ve 5.8), T=25oC ve N=200 rpm CP bileşikleri için optimum adsorpsiyon koşulları olarak belirlenmiştir. CP'lerin adsorpsiyon mekanizmasını değerlendirmek ve adsorbatın aktif bölgelerdeki karakterizasyonunu sağlamak amacıyla adsorpsiyon prosesinin kinetik çalışması yapılmıştır. Pseudo birinci dereceden (PFO) ve Pseudo ikinci dereceden (PSO) kinetik modelleri ile gerçekleştirilen çalışma sonuçları, adsorpsiyon prosesine en uyumlu kinetik modelin PSO kinetik modeli olduğunu göstermiştir. Adsorbe edilen adsorbat ile sulu fazdaki adsorbat arasındaki denge ilişkisini incelemek amacıyla, denge verilerinin Langmuir, Freundlich ve Temkin izotermlerine uyumluluğu değerlendirilmiş ve bunun sonucunda; 4-CP ve 2,4-DCP'nin Langmuir izoterm modeline 2,4,6-TCP'nin ise Freundlich izoterm modeline uyumlu olduğu bulunmuştur. Adsorpsiyon prosesinin sistem özellikleri, Gibbs serbest enerjisi değişimi (∆G^0 ), entalpi değişimi (∆H^0 ) ve entropi değişimi (∆S^0 ) termodinamik parametreleriyle değerlendirilmiştir. ∆G^0,∆H^0 ve ∆S^0 için negatif değerler elde edilmiş olup, bu değerler sırasıyla adsorpsiyon prosesinin kendiliğinden gerçekleştiğini, ekzotermik olarak yürüdüğünü ve sistemin düzensizliğinin azaldığını göstermektedir. Manyetik özelliğin adsorpsiyon performansına etkisini incelemek amacıyla, belirlenen optimum adsorpsiyon koşulları altında β-CD ve M-βCD adsorbentleri kullanılarak adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. β-CD adsorbenti ile karşılaştırıldığında M-βCD adsorbenti ile adsorpsiyon dengesine daha uzun sürede ulaşılırken, denge verileri dikkate alındığında adsorpsiyon verimi ve kapasite değerlerinin birbirine oldukça yakın olduğu belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşaması; adsorpsiyon prosesleri sonucu organik kirletici CP'ler ile yüklenen β-CD ve M-βCD adsorbentlerin scCO2 ve scCO2 + %10 (v/v) etanol ile yürütülen rejenerasyon proseslerini kapsamaktadır. CP'lerin adsorbentlerden desorpsiyonunu içeren rejenerasyon proseslerinde, her iki durum için % desorpsiyon verimleri hesaplanmış ve yardımcı çözücü etanolün desorpsiyon verimine etkisi değerlendirilmiştir. Sonuç olarak; CP'lerin % desorpsiyon verimleri, scCO2'deki çözünürlüklerine uyumlu bir şekilde, 2,4-DCP>4-CP>2,4,6-TCP olarak bulunmuş ve yardımcı çözücü etanolün her bir CP türünün desorpsiyon verimlerini artırdığı belirlenmiştir. Organik kirletici CP'lerin sulu ortamdaki derişim değerleri, UV-vis spektrofotometre ile absorbans ölçümleri sonucu hesaplanmıştır. Gerçekleştirilmiş olan adsorpsiyon işlemleri sürecinde kullanılan β-CD ve M-βCD adsorbentlerin ve M-βCD adsorbent yapısında bulunan MIONP'ların yapısal özellikleri ile fiziksel, kimyasal ve manyetik özelliklerindeki değişimler; FTIR, SEM ve EDX, VSM, XRD ve BET analizleriyle karakterize edilmiştir.