Lityum (I) adsorpsiyonu için Pichia stipitis mayası ile yeni bir hibrit adsorbent geliştirilmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HANDE GÜNAN YÜCEL
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): ZÜMRİYE AKSU
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışmasında, çeşitli endüstrilerde önemli kullanım alanları olan ve doğada düşük derişimlerde ve kısıtlı miktarda bulunan lityum iyonlarının sulu çözeltilerden yaş, kuru ve ön işleme tabi tutulmuş Pichia stipitis maya hücrelerine ve bu maya hücrelerinin aktif karbonla demir(III) varlığında muamele edilmesiyle elde edilen hibrit adsorbente adsorpsiyonu incelenmiştir. Çalışmaların ilk kısmında yaş ve kuru maya hücrelerine lityum(I) adsorpsiyonunda biyosorbentlerin lityum(I) adsorpsiyon kapasitelerinin düşük olmasından dolayı, yaş ve kuru maya hücrelerine çeşitli ön işlemler (hücrelerin 80oC'deki sıcak suyla muamele edilmesi, otoklavlanması ve betain monohidrat ile muamele edilmesi) uygulanarak biyosorbentlerin lityum(I) adsorpsiyon kapasitelerinin arttırılmasına çalışılmıştır. Ancak uygulanan ön işlemler de mayaların lityum(I) adsorpsiyon kapasitesini arttıramadığından, çalışmalar yaş ve kuru maya hücrelerinin ticari aktif karbonla demir(III) varlığında hibrit adsorbent oluşturması üzerine yoğunlaştırılmıştır. Bu amaçla, en uygun koşullarda hibrit adsorbent yapının eldesi ve lityum(I) adsorpsiyonunda kullanılabilirliğini incelemek için 25oC'da muamele öncesi başlangıç pH'ının, sabit aktif karbon ve demir(III) derişimlerinde kütlece kuru hücre/aktif karbon oranının, sabit hücre derişiminde kütlece aktif karbon/demir(III) oranının, kullanılan aktif karbon türünün, karıştırma hızının ve ön işlem uygulanmış maya hücrelerinin kullanımının etkileri araştırılmıştır. En uygun hibrit adsorbent üretim koşulları, muamele öncesi başlangıç pH'ı 9.5'e ayarlanmış sulu ortamda, 2 g/L kuru hücre+0.3 g/L ticari aktif karbon+0.072 g/L demir(III)'in 85 rpm'de karıştırılması olarak belirlenmiştir ve tüm lityum(I) adsorpsiyon çalışmalarında bu koşullarda üretilen adsorbent kullanılmıştır. Tez çalışmasının bu kısmında, yaş ve kuru P. stipitis maya hücreleri ile hibrit adsorbente lityum(I) adsorpsiyonunda 25oC'da başlangıç pH'ının, başlangıç lityum(I) derişiminin, adsorbent derişiminin ve karıştırma hızının adsorbentin adsorpsiyon kapasitesi üzerine etkileri araştırılmıştır. Her üç adsorbent için de pH 10.0'da en yüksek lityum(I) adsorpsiyon kapasitesinin elde edildiği, başlangıç lityum(I) derişiminin 50 mg/L'ye kadar arttırılmasıyla lityum(I) adsorpsiyon kapasitesinin arttığı, adsorbent derişiminin 10 g/L'ye kadar arttırılmasıyla lityum(I) adsorpsiyon kapasitesinin azaldığı, karıştırma hızının ise adsorpsiyon kapasitesini etkilemediği gözlenmiştir. pH 10.0'da 50 mg/L başlangıç lityum(I) derişiminde, 2-2.3 g/L adsorbent derişiminde en yüksek adsorpsiyon kapasite değerleri yaş maya hücreleri için 1.06 mg/g (134.1 µmol/g), kuru maya hücreleri için 1.24 mg/g (178.1 µmol/g) ve hibrit adsorbent için 1.70 mg/g (245.3 µmol/g) olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, hibrit adsorbent kullanımının lityum(I) adsorpsiyon kapasitesini önemli ölçüde arttırdığını göstermiştir. Her bir adsorbent için adsorpsiyon dengesinin matematiksel tanımlanmasında Langmuir ve Freundlich denge modelleri kullanılmış ve Langmuir modelinin her üç adsorbente lityum(I) adsorpsiyonunu en iyi tanımladığı gözlenmiştir. Kuru maya hücrelerine ve hibrit adsorbente adsorplanan lityum(I) iyonlarının %100 verimle desorplandığı ve bu adsorbentlerin ardarda beş kez kullanılabileceği gösterilmiştir. Deneysel çalışmaların son kısmında, lityum(I) adsorpsiyonunda adsorbent olarak kullanılan kuru maya hücrelerinin, aktif karbonun ve hibrit adsorbentlerin optik mikroskop, SEM/EDS, BET yüzey alanı ve gözeneklilik, zeta potansiyel, sıfır yük noktası ve FTIR analizleriyle yapısal ve yüzey özellikleri incelenmiş ve adsorbentlerin yapıları ve lityum(I) adsorpsiyon mekanizmaları aydınlatılmaya çalışılmıştır.