Manyetit/indirgenmiş grafen oksit nanokompoziti ile sudan arsenik giderimi: Malzeme sentezinden mühendislik uygulamalarına
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: SARP ÇELEBİ
Danışman: SEMA SEVİNÇ ŞENGÖR, KAHRAMAN ÜNLÜ
Özet:Kanserojenliğe sahip, oldukça toksik bir yarı metal olan arsenik, adsorpsiyon kapasitesi kanıtlanmış grafen tabanlı bir nanokompozit olan manyetit indirgenmiş grafen oksit (MiGO) ile sudan giderilmektedir. Bu çalışmanın amacı, MiGO nanokompozitinin sudan As (arsenik) giderimi potansiyelini araştırmak ve ortaya koymaktır. Bu amaçla, öncelikle MiGO sentezlenmiş, ardından sentezlenen ürünün yaygın mühendislik uygulamalarından olan sabit yataklı-sürekli akışlı reaktörler kullanılarak As giderimine uygun olduğunu göstermek için malzeme karakterizasyonları ve kum taneleri üzerine kaplanması işlemleri gerçekleştirilmiştir. Literatürde rapor edilen mevcut prosedürlere ilişkin açıklamalar, modifikasyonlar ve yeni bulgular aracılığıyla MiGO sentezi ve seri üretiminde iyileştirmeler sağlanmıştır. Sudaki arsenik türleştirme (speciation) analizi için pratik, tek numune matrisli hidrür oluşturmalı akış enjeksiyonlu atomik absorpsiyon spektrometrisi yöntemi geliştirilmiştir Kesikli (batch) adsorpsiyon kinetiklerinde yalancı ikinci mertebe (pseudo-second order) baskın çıkmış (tüm durumlar için R2 ≥ 0.95) ve bununla tutarlı olarak denge (equilibirum) testlerinde Freundlich izoterm modeli daha iyi uyum sağlamıştır (R2 ≥ 0.95); bu durumların her ikisi de çok miktarda ve heterojen adsorpsiyon bölgelerinin varlığına işaret etmektedir. Kolon deneylerinde kullanılmak üzere kumu MiGO ile kaplamak için 450°C'de gece boyu kademeli soğutma içeren tek aşamalı bir kaplama prosedürü geliştirilmiştir. Kolon çalışmaları, kesikli (batch) deneylerde gözlemlenen karmaşık adsorpsiyon kinetiğini doğrulamakta olup üç aşamalı bir adsorpsiyon mekanizması önerilmektedir. MiGO kaplı kum, ticari olarak daha kolay bulunabilen bir adsorbent olan sıfır değerlik demir (SDD) 5 kat daha iyi performans göstermiştir; bununla birlikte bu ikisinin kombinasyonu sinerjik, çift yönlü bir etki göstermiş ve giderim performansını sadece MiGO kullanımına kıyasla en az 5 kat daha da artırmıştır. Bu durum, mühendislik uygulamalarında maliyet etkinliği açısından dikkate alınabilecek bir husustur. Nanokompozit malzemenin sudan arsenik arıtımı uygulamasını somut bir örnekle göstermek amacıyla 100 µg/L As(III) ile kirlenmiş 1 m³'lük birim su hacmi ele alınmıştır. 1 m³ arıtılmış su elde etmek için, 37 L/saat akış hızına tabi tutulan ve 5,2 mg/g MrGO dozajına sahip 9.25 kg MrGO kaplı kum ile doldurulmuş 5 L boş yatak hacmine sahip bir kolon yeterli görünmüştür.