YRD. DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL

Çeşitli bor minerallerinden hidrofobik çinko borat üretim yöntemlerinin geliştirilmesi

Türkiye, dünyada en yaygın kullanım alanına sahip elementlerden biri olan bor, toplam dünya rezervlerinin %72’sine sahiptir. Bor mineralleri endüstride bazı sektörlerde hammadde olarak kullanılırken, bazı sektörlerde ise yarı işlenmiş ve işlenmiş formları kullanılmaktadır. Bor minerallerinin işlenmiş bir formu olan boratlar birçok sektörde geniş kullanım alanına sahiptir. Boratlar, alev geciktirici ve ahşap koruyucu olarak artan oranlarda kullanılmakta ve bu amaç için kullanılan bor bileşiklerinin başında Çinko Borat gelmektedir. Çeşitli kristal yapılarda bulunan, özel bor kimyasallarından Çinko Borat, sentetik bir metal borattır. Çinko Boratlar bir çok ticari plastik üründe, otomobil/uçak iç aksamlarında, polimerlerde ve kaplamalarda, seramik, boya, kablo, elektrik izolasyonu, çimento, ilaç, tekstil ve kağıt gibi çok farklı sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. En yaygın uygulama alanlarında özellikle Çinko Boratın alev geciktirici ve ahşap koruyucu özelliklerinden yararlanılmaktadır. Bu çalışma, borat kaynağı olarak çeşitli bor mineralleri ile farklı modifiye ajanların, Çinko Boratın özellikleri üzerine etkilerinin araştırılmasını kapsamaktadır. Ayrıca bu çalışmada, incelenen her bir parametrenin yüksek verim ve düşük maliyet sağlayacak şekilde geliştirilmesi hedeflenmiştir. Öncelikle, Çinko Borat sentezinde, reaksiyon süresi, reaktan oranı, aşı oranı, reaksiyon sıcaklığı, karıştırma hızı ve soğutma sıcaklığı gibi reaksiyon parametrelerinin verim üzerine etkileri araştırılmıştır. Daha sonra reaksiyona eklenen farklı modifiye ajanlar (propilen glikol, kerosen, oleik asit) ile çözücülerin (izopropil alkol, etanol, metanol), elde edilen Çinko Boratın hidrofobisitesi üzerine etkileri karşılaştırılarak incelenmiştir. Ayrıca, belirlenen reaksiyon koşullarında, modifiye ajan kullanıldığı ve kullanılmadığı durumlarda hem manyetik hem de mekanik karıştırmalı sistemlerde reaksiyonlar gerçekleştirilerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen Çinko Borat, analitik yöntemler, XRD (X-Işını Kırınımı), FT-IR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi), TG/DTA (Diferansiyel Termal Gravimetrik Analiz) teknikleri ile karakterize edilmiş ve ürünlerin hidrofobisite ölçütü olan temas açısı ölçümleri yapılmıştır. Sonuç olarak, yüksek verimli Çinko Boratın başarıyla sentezlendiği, reaksiyon parametrelerinin verimi, çeşitli modifiye ajan ve çözücü kullanımının ise hidrofobisiteyi önemli ölçüde değiştirdiği gözlenmiştir.

Farklı bölgelerden alınan uçucu küllerin ağır metal iyonlarının adsorbansında kullanımının geliştirilmesi Improvement method for usage of fly ashes from different areas at adsorption of heavy metal ions

Uçucu kül termik santrallerde açığa çıkan önemli bir atık olup, kullanılan kömürün yanması nedeniyle baca tarafından çekilen gazlarla birlikte yukarıya sürüklenen çok ince parçacıklar olarak tanımlanmaktadır. Dünya’da ortaya çıkan uçucu kül miktarı yılda 600 milyon ton civarındadır. Dünya’da üretilen toplam uçucu külün % 25’den daha azı değerlendirilmektedir. Ülkemizde son yıllarda artan enerji ihtiyacı termik santrallerin yaygınlaşmasını kaçınılmaz hale getirmiştir. Türkiye’de faaliyet gösteren termik santrallerde yaklaşık olarak yılda 13 milyon ton uçucu kül elde edilmektedir. Bu miktarın önümüzdeki yıllarda enerji tüketimine bağlı olarak daha da artacağı düşünülmektedir. Ülkemizde 2020 yılına kadar yılda 50 milyon ton atık külün ortaya çıkması beklenmektedir. Termik santrallerden açığa çıkan atıkların, önemli çevre sorunları yarattığı bilinmektedir. Bu atıkların inşaat sektöründe, özellikle beton ve çimento üretiminde değerlendirilmesi çevresel, teknik ve ekonomik yönden büyük faydalar sağlamaktadır. Ancak ortaya çıkacak uçucu kül hacmi çok büyük olduğundan, ilave kullanım alanlarının uygulamaya geçirilmesi son derece önemlidir. Bu çalışmanın amacı; atık sularda bulunabilecek ağır metal iyonlarının adsorpsiyonu için düşük maliyetli adsorban malzemesi olarak Türkiye’nin farklı bölgelerinden alınan uçucu küllerin, bağlayıcı (bentonit, üleksit ve melas çözeltisi) katkısıyla peletlendikten sonra, atık sulardan ağır metallerin adsorplanmasında kullanılabilirliğinin incelenmesidir. Öncelikle, farklı bölgelerden alınmış olan uçucu küllerin (Orhaneli, Çatalağzı) karakterizasyon çalışmaları için, X-Işını Difraktometresi (XRD), X-Işınları Fluoresans Spektrometresi (XRF), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometresi (FT-IR), morfolojik açıdan hammadelerin incelenmesi için, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), ve yüzey alanı analizi için Brauner-Emmett-Teller (BET) analizleri, elek analizi, serbest CaO (%) tayini, nem tayini (%) ve kızdırma kaybı tayini (%) uygulanmıştır. Daha sonra, uçucu küller farklı oranlarda bağlayıcılar olarak bentonit (% 0-10, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ), üleksit (% 0-10, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) ve melas çözeltisi (0-0.75 ml; Melas : Saf su = 1 : 1) ilave edilerek peletlenmiştir. Daha sonra bu peletler çinko (Zn) ve kurşun (Pb) ağır metallerinin adsorpsiyon deneylerinde kullanılmış ve deney boyunca 30-150 dakika aralığında atık sulardan alınan numunelerin elementel analizleri gerçekleştirilmiştir. Uçucu kül türü, bentonit miktarı, üleksit miktarı, melas miktarı, süre, pelet tipi (küresel, silindirik), ağır metal türü, pH ve konsantrasyon gibi deney parametrelerinin adsorpsiyon verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Küresel peletlerin çinko ve kurşunu adsorplamada yetersiz kaldıkları görülmüştür. Silindirik peletler kullanıldığı durumda, Zn adsorpsiyon verimi için optimum nokta, Orhaneli uçucu külünden yapılan peletler için; Orhaneli uçucu külü (10 gr), bentonit (% 0, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) ve melas (0.25 ml); Çatalağzı uçucu külünden yapılan peletler için; Çatalağzı uçucu külü (10 gr), bentonit (% 1, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) , melas (0.50 ml) dır. Pb adsorpsiyon verimi için optimum nokta, Orhaneli uçucu külünden yapılan peletler için; Orhaneli uçucu külü (10 gr), bentonit (% 1, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ) ve melas (0.50 ml), Çatalağzı uçucu külünden yapılan peletler için; Çatalağzı uçucu külü (10 gr), bentonit (% 1, uçucu kül miktarı üzerinden, ağ/ağ), melas (0.25 ml) dır. Sonuç olarak, termik santral atığı olan uçucu küllerin, şeker sanayi atığı olan melas ve diğer bağlayıcılarla farklı yöntemlerle peletlenerek, ağır metallerin atık sudan adsorpsiyonunda adsorban malzeme olarak kullanılabileceği ve atıkların bu sayede değerlendirilebileceği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Uçucu kül, ağır metal, bağlayıcı, peletleme, adsorpsiyon

Çeşitli bor minerallerinden hidrofobik ve nanoyapılı çinko borat üretim yöntemlerinin geliştirilmesi

Türkiye sahip olduğu bor rezervleri ve cevherlerinin kalitesi ile dünyanın önde gelen ülkelerindendir. Buna rağmen ürünlerinin çeşitliliği sahip olunan potansiyel yanında çok azdır. Dolayısı ile değişik bor ürünleri elde edilmesine yönelik çalışmaların yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Çinko Borat bunlardan bir tanesidir. Çinko Borat, alev geciktirici ve duman bastırıcı katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Ayrıca Çinko Borat ahşap kompozit malzemelerde mantar ve böcek öldürücü olarak, borosilikat malzemelerde hammadde olarak, yağlama yağlarında katkı olarak ve seramik sanayinde ergime noktası düşürücü olarak da kullanılmaktadır. Çinko Borat üretimi için yaygın olarak çinko oksit ve borik asit kullanılmaktadır. Bu çalışmada, çinko kaynağı olarak çinko oksit yerine çinko karbonat kullanılmış ve Çinko Borat üretimi, farklı bor kaynakları ve farklı karıştırma sistemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ilk olarak bor kaynağı olarak kolemanitten üretilen referans borik asit ile çinko kaynağı olarak çinko karbonat kullanılarak, hidrofobik ve nano yapılı Çinko Borat üretilmeye çalışılmıştır. İkinci aşamada ise öncelikle, boraks dekahidrattan borik asit üretilmiş ve boraks dekahidrattan üretilen borik asitin, referans borik asit ile uyumlu olduğu görülmüştür. Boraks dekahidrattan üretilen borik asit ile çinko karbonat kullanılarak Çinko Borat üretimi için ikinci aşama tamamlanmıştır. Hidrofobik yapıda Çinko Borat elde etmek için propilen glikol (PG), kerosen ve oleik asit (O.A) gibi farklı modifiye ajanlar ve bu yağ fazlarının homojen bir şekilde dağılması için izopropil alkol (İPA), etanol, metanol gibi farklı çözücüler kullanılmış, farklı modifiye ajanların farklı çözücüler ile kullanımının hidrofobisite üzerine etkileri araştırılmıştır. Ayrıca çalışmada reaksiyon süresi, reaktan oranı, sıcaklık, karıştırma hızı, aşı ve soğutma sıcaklığı gibi reaksiyon parametrelerinin verim üzerine etkisi, ısıtıcılı manyetik karıştırıcı kullanılarak incelenmiş ve belirlenen optimum noktalarda, mekanik karıştırmalı cam reaktör kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, mekanik karıştırmalı cam reaktörde yapılan deneylerde, verimin daha yüksek olduğu görülmüştür. Elde edilen ürünlerin karakterizasyonu, analitik yöntemin yanı sıra, XRD, FT-IR cihazları ile belirlenmiştir. Ürünlerin hidrofobisitesini belirlemek amacıyla temas açısı ölçümleri yapılmış ve gerek morfolojik yapısını gerekse nano boyutta ürün üretildiğini tespit etmek amacıyla SEM cihazı kullanılmıştır. Sonuç olarak, nano yapılı Çinko Boratın başarıyla sentezlendiği, proses parametreleri değişiminin, verimi; farklı modifiye ajan kullanımının da hidrofobisiteyi önemli ölçüde etkilediği sonucuna varılmıştır.