Buğday kabuğu biyosilikasından nanogözenekli silika malzeme üretimi ve sulu çözeltilerden kurşun gideriminde kullanılması

Abstract

Endüstrinin hızla gelişmesi ile pek çok teknolojik yenilik hayatımıza girerken, sanayileşme sonucunda meydana gelen ciddi çevresel kirlilikler yadsınamaz bir boyut almıştır. Çevre kirliliği açısından güncel bir sorun olan ağır metal kirliliği canlı sağlığı için ciddi sorunlar oluşturmaktadır. Endüstriyel atık sularda bulunan ağır metaller özellikle su ve toprağa karışarak bitkiler ve hayvanlar tarafından depo edilmekte ve gıda zincirine katılarak insanlarda sağlık problemlerine yol açmaktadır. Ağır metal gideriminde yaygın olarak adsorpsiyon yöntemi özellikle ucuz ve kolay olduğu için tercih edilmektedir. Avrupa Birliği ülkelerinde ve pek çok ülkenin gündeminde olan mevcut stratejilerden sürdürülebilir kalkınmaya bağlı olarak atık maddelerin değerlendirilmesi önemli bir konudur. Atık maddelerin birincil olarak yeniden kullanılarak ya da geri dönüştürülerek malzeme üretiminde değerlendirilmesi yer almaktadır. Diğer değerlendirme yöntemleri olarak enerji alanında kullanımı ve eğer mümkün ise ekolojik olarak yararlı yöntemlerle bertarafı sayılabilir. Diğer bir açıdan giderek artış gösteren atık küller küresel ısınmaya ve çevre kirliliğine sebep olmaktadır. Bu yüzden tarımsal atık küllerin değerlendirilmesi ve özelliklerinin belirlenmesi amacıyla kimyasının araştırılması bilim camiasının ele aldığı güncel başlıklardandır. Buğday önemli bir tahıl ürünüdür. Buğdayın kabuklarının ayrılması sonucunda fazla miktarda buğday kabuğu açığa çıkmaktadır. Bu kabuklar genellikle yakılmakta ve katı atık olarak buğday kabuğu külü oluşmaktadır. Çoğu zaman kabuklar arazilerde terk edilmekte ve çevre kirliliğine sebep olmaktadır. Küller silika temelli malzemelerin sentezlenmesi için kullanılabilecek amorf yapıda silika içermektedir. Bu tez çalışmasında, sulu çözeltilerden kurşun iyonlarının adsorpsiyonla gideriminde ilk kez buğday kabuğu silikası kullanılarak sentezlenen nanogözenekli silika malzemeler -zeolit NaA ve silika aerojel- kullanıldı. Ham madde kaynağı olarak kullanılan buğday kabuğu asit ile saflaştırılarak silika ekstrakte edildi. Buğday kabuğu silikası ile sentezlenen adsorbanların fiziksel, kimyasal ve yüzey özelliklerine üretim koşullarının etkisi araştırıldı ve elde edilen sonuçlar Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektroskopisi, X-Işını Difraktometresi spektroskopisi, N2 adsorpsiyon yöntemi, taramalı elektron mikroskopisi ve Enerji Dağılımlı X-Işını spektroskopisi teknikleri kullanılarak tartışıldı. Nanogözenekli silika malzemeler ile sulu çözeltilerden kurşun giderimine adsorban miktarı, kurşun başlangıç konsantrasyonu, pH, sıcaklık ve zamanın etkisi kesikli sistemde incelendi. Zeolit NaA numuneleri ile kurşun giderimi çalışmaları Box-Behnken yöntemi kullanılarak istatistiksel olarak değerlendirildi. Adsorpsiyon koşulları optimize edildi ve adsorpsiyon mekanizmaları belirlendi. Denge adsorpsiyon verilerinin Langmuir, Freundlich ve Dubinin Radushkevich adsorpsiyon modellerine uygunluğu incelendi. Zeolit NaA ve silika aerojellerin rejenerasyonu sırasıyla farklı konsantrasyonlardaki tuz ve asit çözeltileri kullanılarak gerçekleştirildi. Nanogözenekli silika malzemelerin gözenek boyutlarının ve yüzey alanlarının sırasıyla 3.26-45.75 nm ve 0.48-328.88 m2 g-1 aralığında değiştiği tespit edildi. En iyi kurşun giderimi pH 5.5’te elde edildi. Tüm adsorbanlar için deneysel verilerin polinom (kuadratik) modele uyduğu belirlendi. Sonuç olarak, zeolit NaA ve silika aerojelin etkili adsorbanlar olarak Pb(II) gideriminde kullanılabileceği anlaşıldı.