CR(VI) removal from wastewaters using chitosanpolyvinyl alcohol beads - Ülke, Asude Sena Demirci (My University, 2021)
Ağır metal atıkların su kaynaklarımıza verdiği ciddi zararlar son yıllarda çok üzerinde çalışılan bir konudur. Sektörlerin salınım yaptığı ağır metal iyonları sektörün türüne göre değişiklik göstermektedir. Krom iyonları, endüstriyel atık suda en yaygın iyonlardan biridir. Yasal düzenlemeler nedeniyle endüstriler, deşarj etmeden önce atık sularını ağır metaller gibi kirleticilerden temizlemelidir. Günümüzde, Cr(VI) ağır metal iyonunu, atık sudan çıkarmak için iyon değişimi, kimyasal çökeltme, membran işlemi ve adsorpsiyon gibi çeşitli teknolojiler kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında Cr(VI) giderme yöntemi olarak yaygın olarak kullanılan ve tercih edilen adsorpsiyon mekanizması, etkin uzaklaştırma, kullanım kolaylığı, malzemelerin tekrar kullanılabilirliği, çevresel bir metot olması, düşük alan ihtiyacı ve düşük ekonomi gereksinimleri gibi avantajları nedeniyle tercih edilmiştir. Adsorpsiyon işlemlerinde çok çeşitli adsorbanlar kullanılabilir. Bu çalışmada, atık sulardan Cr(VI) ağır metal iyonu giderimi hakkında yapılan önceki çalışmalar dikkate alınarak adsorban malzeme olarak polivinil alkol (PVA) ile modifiye edilmiş kitosan (CS) boncuk formlarının kullanılması tercih edilmiştir. Malzemelerin karakterizasyonunu ve adsorpsiyon kapasitesini etkileyen parametreleri yorumlamak için SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu), TGA (Termal Gravimetrik Analiz), BET (Branauer Emmett Teller) ve FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi Spektroskopisi) analizleri gerçekleştirilerek sonuçlar tartışıldı. CS-PVA adsorban boncukları ile Cr(VI) iyonu giderimi gerçekleştirmede çapraz bağlama için kullanılan glutaraldehit miktarını optimize etmek, ısıl işlemin uygunluğu (otoklavlama), ısıl işlemin sıcaklık ve zaman gibi parametrelerinin ve ortamın pH değerinin optimizasyonu için çalışmalar yapılmıştır. v Adsorbanların çapraz bağlanmaya ihtiyaç duymadığı, ancak adsorban malzemenin proses boyunca yapısal kararlılığının korunması için ısıl işlemin gerekli olduğu sonucuna varılmıştır. Isıl işlemin optimum sıcaklık değeri 140℃, optimum zaman değeri 12 saat ve adsorpsiyon ortamının optimum pH değeri ise kesikli koşullarda yürütülen deneylerle 3.0 olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon deneylerinde elde edilen verinin Freundlich, Langmiur, BET, Tempkin ve Redlich-Peterson adsorpsiyon modellerine uygunluğu, Excel Çözücü aracı kullanılarak doğrusal olmayan regresyon analizi ile araştırılmıştır. Kinetik çalışmalarda adsorban için en uygun izoterm modelinin Freundlich izoterm modeli olduğu sonucuna varılmıştır. GA0-CS-PVA-140-12 adsorbent boncuğu için maksimum adsorpsiyon kapasitesi, adsorban dozu 2.5 g/ L, çözelti konsantrasyonu 300 ppm ve karıştırma hızı 200 rpm olduğunda 80.89 mg/ g olarak bulunmuştur. Optimizasyonlar sonucu, ilk aşamada hidrotermal ısıl işlem uygulanmadan sentezlenen adsorbant malzemenin kapasitesi 2.15 oranında arttırılmıştır. Adsorbanın desorpsiyon prosesi 1 M HCl, 1 M NaOH ve 0,05 M EDTA çözeltileri ile incelenmiş ve bu üç çözelti arasında en uygun desorbsiyon çözeltisi 1 M NaOH olarak belirlenmiştir. Daha sonra desorpsiyon için kullanılacak solüsyonun konsantrasyonu optimize edilerek desorban solvent olarak 0.1 M NaOH kullanılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu koşullar altında GA0-CS-PVA-140-12 adsorbent boncuklarının %94.5 oranında rejenere olabildiği ve dört adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü için etkin bir şekilde kullanılabildiği sonucuna ulaşılmıştır. Tez kapsamında yapılan çalışmalar, laboratuar koşullarında hazırlanan Cr(VI) stok çözeltileri ile gerçekleştirilmiştir.

The serious damage caused by heavy metal wastes to our water resources is a subject that has been studied a lot in recent years. The heavy metal ions emitted by the industries vary according to the type of industry. Chromium ions are one of the most common ions in industrial wastewater. Due to legal regulations, industries must clean their wastewater from contaminants such as heavy metals before discharging. Today, various technologies such as ion exchange, chemical precipitation, membrane process and adsorption are used to remove Cr(VI) from wastewater. The adsorption mechanism, which is widely used and preferred as the Cr(VI) removal method in this thesis, was preferred due to its advantages such as effective removal, ease of use, reusability of materials, low space and economy requirements. A wide variety of adsorbents can be used in adsorption processes. In this study, considering the previous studies, it was preferred to use polyvinyl alcohol (PVA) modified chitosan (CS) bead forms as adsorbents. SEM (Scanning Electron Microscope), TGA (Thermal Gravimetric Analysis), BET (Branauer Emmett Teller) and FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) analyzes were performed in order to interpret the parameters affecting the characterization of the materials and the adsorption capacity, and the results were discussed. In order to carry out Cr(VI) removal with CS-PVA adsorbent, studies were carried out to optimize the amount of glutaraldehyde used for cross-linking, the suitability of the hyrothermal treatment (autoclaving), the optimization of the hyrothermal treatment parameters such as temperature and time of the heat treatment, and the determination of the appropriate pH value. It was concluded that the adsorbents do not need cross-bonding, but hydrothermal treatment is needed in order to maintain the structural stability of the adsorbent material vii throughout the process. The optimum hydrothermal treatment temperature and duration were detected as 140 ℃ and 12 hours. The optimum pH value of the adsorption environment was found as 3.0 based on batch adsorption experiments. Batch adsorption data was fitted to various adsorption models including Freundlich, Langmiur, BET, Tempkin and Redlich-Peterson isotherms by non-linear regression analysis using the Solver tool of Excel. It was concluded that the most suitable isotherm model for the adsorbent is the Freundlich isotherm model in kinetic studies. The maximum adsorption capacity for GA0-CS-PVA-140-12 was found to be 80.89 mg/ g when the adsorbent dose was 2.5 g/ L, the solution concentration was 300 ppm and the stirring speed was 200 rpm. As the result of optimizations, the capacity of adsorbent beads synthesized without applying hydrothermal treatment in the first step was increased by 2.15 times. The desorption processes of the adsorbent was examined with 1 M HCl, 1 M NaOH and 0.05 M EDTA solutions and 1 M NaOH was determined as the most suitable desorbent solution among these three solutions. Then, the concentration of the solution to be used for desorption was optimized and it was concluded that 0.1 M NaOH should be used as desorbent solvent. Under these conditions GA0-CS-PVA-140-12 could be regenerated to 94.5% and effectively used for four adsorption-desorption cycles. The studies conducted within the scope of the thesis were carried out with Cr(VI) stock solutions prepared under laboratory conditions.
Keywords: adsorbent; adsorption capacity; Chemical engineering; chitosan; composite bead; desorption; hydrogel; hydrothermal process; Kimya mühendisliği; polyvinyl alcohol