Modifiye edilmiş grafen oksit kullanarak arsenik adsorpsiyonu

Abstract

Tez kapsamında, arseniğin sulardan giderilmesi; GO, GOFeZA ve GOFeZB adsorban maddeleri kullanılarak adsorpsiyon yöntemiyle araştırılmıştır. Hummer yöntemiyle sentezlenen GO ile klinoptilolitin demirle modifiye edilmesiyle elde edilen FeZ materyali, ultrasonik işlemine tabi tutularak GOFeZA ve GOFeZB materyalleri elde edilmiştir. Bu materyaller kullanılarak sulardan arsenik giderimininde öncelikle temas süresinin etkisi araştırılmış. Daha sonra pH, başlangıç arsenik konsantrasyonu ve adsorban madde miktarı gibi işletme parametrelerinin adsorpsiyon verimindeki etkileri Box-Behnken istatistiksel deney tasarım yöntemi kullanılarak incelenmiştir. GOFeZA ve GOFeZB materyallerinin adsorpsiyondan sonra tekrar kullanılabilirliği desorpsiyon ve rejenerasyon çalışmalarıyla araştırılmıştır. Yapılan kesikli adsorpsiyon deneyleri sonucunda adsorban maddeler için denge zamanı 3 saat olarak belirlenmiştir. Belirlenen denge süresinde ve Box-Behnken istatistiksel tasarım yöntemiyle gerçekleştirilen deneyler sonucunda optimum pH GO için 5 değeri ve GOFeZA ile GOFeZB için 7 olarak bulunmuştur. Optimum pH’da belirlenen optimum adsorban madde miktarlarının GO için 1 g/L, GOFeZA ve GOFeZB için 0,8 g/L olduğu tespit edilmiştir. Başlangıç arsenik konsantrasyonları arttıkça, GO ve GOFeZA adsorban maddelerinin arsenik giderme verimleri artmıştır. GOFeZB ise düşük arsenik konsatrasyonunda GO ve GOFeZA’ya göre daha iyi verim sağlamış ve başlangıç arsenik konsantrasyonundaki değişim arsenik giderme verimini önemli ölçüde değiştirmemiştir. Kesikli adsorpsiyon çalışmalarında, GOFeZA Freundlich izotermine ve GOFeZB ise Langmuir izotermine uyum sağlamıştır. Her ikisinin arsenik adsorpsiyonu yalancı ikinci dereceden kinetik modeline uyumlu olduğu belirlenmiştir. 100 ppb başlangıç arsenik konsantrasyonundaki maksimum adsorpsiyon kapasiteleri GO, GOFeZA ve GOFeZB için sırasıyla 40,68 ?g/g, 125,605 ?g/g, 119,05 ?g/g’dır. Başlangıç arsenik konsantrasyonu GOFeZA ve GOFeZB ile içme suyunda izin verilen maksimum kirletici seviyesinin altına düşürülebilmiştir. GOFeZB arsenik gideriminde oldukça etkili olmasına rağmen, sürekli adsorpsiyon deneylerinde, elde edilişinde daha az kimyasal madde kullanımı dolayısıyla daha düşük maliyeti açısından GOFeZA kullanılmıştır.

Within the scope of the thesis, removal of arsenic from water; GO, GOFeZA and GOFeZB adsorbents were investigated by adsorption method. GO synthesized by Hummer method with FeZ material obtained by iron modification of clinoptilolitis, is ultrasonicly processed and GOFeZA and GOFeZB materials were obtained. Arsenic removal of these materials from water; firstly equilibrium time was determined. After that, the effects of operating parameters such as pH, initial arsenic concentration and amount of adsorbents on adsorption efficiency were investigated using Box-Behnken statistical experiment design method. The reusability of GOFeZA and GOFeZB materials after adsorption was investigated by desorption and regeneration studies. As a result of batch adsorption experiments, the equilibrium time for all adsorbents was determined as 3 hours. In consequence of the experiments conducted by Box-Behnken statistical design method, optimum pH was found as 5 for GO and 7 for GOFeZA and GOFeZB at the determined. Optimum adsorbents amounts determined in optimum pH were 1 g/L for GO and 0,8 g/L for GOFeZA and GOFeZB. The arsenic removal efficiencies of GO and GOFeZA adsorbents increased when initial arsenic concentrations increased. GOFeZB achieved better efficiency in low arsenic concentration than GO and GOFeZA the change on initial arsenic concentration did not significantly affect the arsenic removal efficiency. In batch adsorption studies, it was determined that GOFeZA provided a good correlation for with Freundlich isotherm and GOFeZB provided a good correlation for with Langmuir isotherm. Both of their arsenic adsorptions were determined to be compatible with pseudo second order kinetic model. The maximum adsorption capacities at the initial arsenic concentration of 100 ppb were 40,68 ?g/g, 125,605 ?g/g, 119,05 ?g/g for GO, GOFeZA and GOFeZB, respectively. Initial arsenic concentration could be reduced to below the maximum permissible level of contaminants in the drinking water with GOFeZA and GOFeZB. Although GOFeZB is highly effective in arsenic removal, GOFeZA has been used in continuous adsorption experiments in terms of lower chemical usage and lower cost in production.