Arsenic removal from water by magnetite/reduced graphene oxide nanocomposite: From material synthesis to engineering applications
Manyetit/indirgenmiş grafen oksit nanokompoziti ile sudan arsenik giderimi: Malzeme sentezinden mühendislik uygulamalarına
- Tez No: 1009666
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEMA SEVİNÇ ŞENGÖR, PROF. DR. KAHRAMAN ÜNLÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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.
Özet (Çeviri)
Arsenic that is a highly toxic semi-metal with proven carcinogeity, is removed from water by magnetite-reduced graphene oxide (MrGO), a graphene-based nanocomposite with demonstrated capacity for its adsorption. The objective of this study is to investigate and demonstrate the potential of MrGO nanocomposite for As removal from water. For this purpose, first MrGO is synthesized, and then its material characterizations and coating on sand grains are accomplished to demonstrate the synthesized product is suitable for As removal using fixed bed-continuous flow reactors of common engineering applications. Improvements in the synthesis and mass production of MrGO are achived through clarifications, modifications and new findings regarding the existing procedures reported in the literature. For arsenic speacitation analysis in water, a practical, single sample matrix hydride generation flow injection atomic absorption spectromety method is developed. In batch adsorption kinetics, pseudo-second order prevailed (R2 ≥ 0.95 for all cases), and consistently, Fruendlich isotherm model fit better in equilibrium tests (R2 ≥ 0.95), both of which imply abundant and heterogenous adsorption sites. A single coating procedure at 450°C with overnight gradual cooling was developed to coat sand with MrGO, to be used in column experiments. Column runs confirm complex adsorption kinetics observed in batch, therefore a three-step adsorption mechanism is proposed. MrGO coated sand showed 5 times better performance than ZVI, a more commercially available adsorbent, yet their combination showed a synergistic, dual effect and multiplied removal performance further to at least 5 times compared to MrGO alone, a point that can be considered for cost-effectiveness in engineering applications. A unit volume of 1 m3 of water contaminated with 100 µg/L of As(III) was taken as a concrete example to demonstrate application of the nanocomposite material for arsenic treatment from water. To produce 1 m3 of treated water, a column with 10 L of empty bed volume packed with 9.25 kg MrGO coated sand having 5.2 mg/g MrGO dosage subject to 37 L/hr flowrate seemed sufficient.
Benzer Tezler
- Arsenic removal from water using magnetite/reduced graphene oxide nanocomposites: A comparative study with zero-valent iron and their combinations
Manyetit/indirgenmiş grafen oksit nano kompozitleri ile sudan arsenik giderilmesi: Sıfır değerli demir ve nano kompozit kombinasyonlarıyla karşılaştırmalı bir çalışma
OMAR ASHRAF IBRAHIM MOHAMMED ELKAWEFI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEMA SEVİNÇ ŞENGÖR
- A comparative study of arsenic removal from water using zero-valent iron (ZVI), magnetite/reduced graphene oxide (MRGO) and their combinations in column systems
Sıfır değerlikli demir (SDD), manyetit indirgenmiş grafen oksit (MİGO) ve kombinasyonlarının kolon sistemlerinde kullanılarak sudan arsenik giderilmesinde karşılaştırılması
ACAR ŞENOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEMA SEVİNÇ ŞENGÖR
- Emet kolemanitinin ferroelektrik özellikleri
Ferroelectric properties of emet colemanite
AHMET ALİ AKŞİT
