Alüminyum (III) adsorpsiyon kinetiği

q e , cal (mg/g) R2 k 2 (g / mg.min ) q e , cal (mg/g) R2 PET 1 0,067 0,035 0,023 0,98 2 4,03 0,069 0,99 9 PA 1 0,082 0,0254 0,007 0,64 2 14,49 0,082 0,99 9 EV A 1 0,076 0,0125 0,015 0,19 6 3,937 0,075 0,98 9

5.7.2. Alüminyum (III) adsorpsiyon kinetiği

Alüminyum (III) iyonunun PET ve PA yüzeyine adsorpsiyon hızı farklı karıştırma sürelerinde incelendi.

Hayali 1. mertebe modelinde kullanılan veriler Tablo 5.12.’de verildi ve hayali 1.mertebe model grafiği Şekil 5.17.’de gösterildi.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 20 40 60 80 100 t/q t t (dk) PET PA EVA

Tablo 5.12. Alüminyum (III) iyonu adsorpsiyonu için hayali 1. mertebe kinetik model eşitliği değerleri

PET PA

Karıştırma Al(II) ln (qe-qt) Al(II) ln (qe-qt)

Süresi Adsorplanan Adsorplanan

(dak.) Miktar Miktar

(mg/g) (mg/g) 5 0,007 -5,809 0,004 -4,828 15 0,008 -6,214 0,008 -5,521 30 0,009 -6,907 0,01 -6,21 60 0,01 - 0,012 - 90 0,01 - 0,011 -6,907

Şekil 5.17. Alüminyum (III) iyonu için hayali birinci mertebe adsorpsiyon kinetiği

Hayali 2. mertebe modelinde kullanılan veriler Tablo 5.13.’de verildi ve hayali 2.mertebe model grafiği Şekil 5.18.’de gösterildi.

Tablo 5.13. Alüminyum (III) iyonu adsorpsiyonu için hayali 2. mertebe kinetik model eşitliği değerleri

PET PA

Karıştırma Al(II) t/qt Al(II) t/qt

Süresi Adsorplanan Adsorplanan

(dak.) Miktar Miktar

(mg/g) (mg/g) 5 0,007 714,28 0,004 1250 15 0,008 1875 0,008 1875 30 0,009 3333,33 0,01 3000 60 0,01 6000 0,012 5000 90 0,01 9000 0,011 8181,81 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 20 40 60 80 100 ln (qe -qt ) t(dk) PET PA

Şekil 5.18. Alüminyum (III) iyonu için hayali ikinci mertebe adsorpsiyon kinetiği

Alüminyum (III) iyonu adsorpsiyonuna ait hayali 1. ve 2. Mertebe Kinetik Model sabitleri hesaplanarak sonuçlar Tablo 5.14.’de verildi.

Tablo 5.14. Hayali 1. mertebe ve hayali 2. mertebe kinetik model sabitleri

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 20 40 60 80 100 t/q t t(dk) PET PA Al Hayali 1.Mertebe Model Hayali 2.Mertebe Model Co (mg/L) q e , exp (mg/g) k 1 (1/min ) q e , cal (mg/g) R2 k 2 (g / mg.min) q e , cal (mg/g) R2 PET 1 0,01 0,044 0,003 0,998 26,385 0,01 0,999 PA 1 0,012 0,021 0,006 0,837 9,765 0,012 0,988

BÖLÜM 6. TARTIŞMA VE SONUÇLAR

Bu çalışmada; PET, PA ve EVA’ nın Pb ve Al ağır metallerinin besin zincirine aktarılması ve biyobirikimindeki rolünü inceledik. Deneysel çalışmalar, adsorpsiyon prosesiyle gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyona pH, karıştırma süresi, başlangıç konsantrasyonu ve sıcaklık gibi çeşitli faktörlerin etkileri incelenmiştir.

Kurşun (II) ve alüminyum (III) iyonlarının adsorpsiyonu için optimum pH değerleri; 5.5 olarak belirlenmiştir. Yüksek pH’lar, kurşun (II) ve alüminyum (III)’un çökelmesine neden olabilmektedir.

Pb (II) ve Al (III) iyonlarının çalışılan mikro plastiklerle adsorpsiyonu için karıştırma süresinin -diğer bir ifadeyle dengeye erişme süresinin 60 dakika olduğu söylenebilir.

Pb (II) ve Al (III) adsorpsiyonunda optimum başlangıç konsantrasyonları sırasıyla; 4 ppm ve 3 ppm olarak belirlenmiştir.

Her iki ağır metal için, 25, 35 ,45 ve 55 ^oC sıcaklıklarda ve optimum şartlarda yapılan adsorpsiyon deneylerinde, adsorpsiyon sıcaklığındaki artış adsorpsiyon kapasitesinin çalışılan tüm mikro plastiklerde, az miktar da olsa arttığı tespit edilmiştir.

Optimum koşullarda belirlenen en yüksek adsorpsiyon kapasiteleri, Pb (II) için sırasıyla PA, PET, EVA’ dır. Jia ve arkadaşları mikroplastikler üzerine antibiyotik adsorpsiyonunu çalışmış onlarda PA’nın en yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu bulmuştur [40].

Optimum koşullarda belirlenen en yüksek adsorpsiyon kapasiteleri, Al (III) için sırasıyla PET, PA’ dır. Literatürde kirleticilerin PET üzerine adsorpsiyonuyla ilgili bir çalışmaya rastlanmamıştır.

Her iki ağır metalle yapılan adsorpsiyon çalışmasında adsorpsiyonun dengeye gelmesi durumunda elde edilmiş olan deneysel sonuçlar Freundlich ve Langmuir izoterm modellerine uygulandı ve bu modellerin R² değerlerini incelendiğimizde, en uygun model Freundlich izotermidir. Bu durum mikroplastikler ile ağır metaller arasındaki ilişkinin heterojen yüzeyler üzerinde çok katmanlı adsorpsiyon olduğunu gösterir. Literatürde mikroplastik üzerine antibiyotik ve organik bileşiklerin adsorpsiyonu çalışmalarında da Frendlich izotermine uygun olduğu görülmüştür [40,41].

Pb (II) ve Al (III) iyonları adsorpsiyonu değişik karıştırma sürelerinde incelendi. Elde edilen sonuçlar adsorpsiyon kinetik modellerine uygulandı. Adsorpsiyon veriminin temas süresine bağlı olarak elde edilen deney sonuçlarından hayali ikinci mertebe kinetik model ile uyumlu modeldir. Pengfei ve ark. yapmış oldukları mikroplastiklerin organik bileşiklerle adsorpsiyonu çalışmasında da hayali ikinci mertebe kinetik modele uyumlu olduğu görülmüş [41]. Adsorpsiyon prosesinin hayali ikinci mertebe kinetik modele uyumlu olması, adsorpsiyon sürecinde hızı belirleyen adımın kimyasal etkileşimler ile adsorpsiyon olduğu saptanmıştır.

Elde ettiğimiz sonuçlar; mikroplastiklerin adsorpsiyon kapasitelerinin plastik tiplerine, çevresel koşullara göre değiştiğini gösterdi. Genel olarak; çalışmadaki adsorpsiyon yüzdesi, oldukça düşüktü. Bu metallerin çok küçük miktarının dahi adsorpsiyonu, bu ağır metallerin; canlıların besin zincirine katıldığını ve bu mikroplastikleri yutan canlılarda, biyoakümülasyon uğrayabileceğini göstermektedir. Bazı göllerdeki ve nehirlerdeki plastiklerin bolluğu nedeniyle, tatlı sulara daha geniş çapta ağır metallerin taşınması, mikroplastiklerin biyolojik birikimdeki rollerini arttırmaktadır.

Ağır metallerin mikroplastikler üzerine adsorpsiyonu plastiğin yüzey alanı ve polaritesine bağlı olarak oluşur [12]. PET, PA, EVA mikroplastiklerinin morfolojik özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobuyla incelendi ve her bir plastiğin yüzey

pürüzlülüğünün farklı olduğu görüldü. Pürüzlülüğü en fazla olan PA’nın adsorpsiyon kapasitesinin de en fazla olması bu durumu desteklemektedir. Bunun yanında antibiyotiklerin adsorpsiyonunda ise hidrojen bağı, hidrofobik etkileşim, van der waals kuvveti, elektrostatik etkileşim [40]; organik bileşiklerde ise hidrofobiklik etkileşimler ve elektrostatik itme rol oynamaktadır [41].

Gelecekte yapılacak çalışmalarda da farklı mikroplastiklere farklı ağır metallerin adsorpsiyonu incelenebilir.

KAYNAKLAR

[1] Thompson, R.C., Olsen, Y., Mitchell, R.P., Davis, A., Rowland, S.J., John, W.G., McGonicle, D., Russell, A.E., Lost at sea: where is all the plastic? Science, 304-838, 2004.

[2] Arthur, C., Baker, J., Bamford, H., Proceedings of the International Research Workshop on the Occurrence, Effects and Fate of Micro-plastic Marine Debris,. NOAA Technical Memorandum NOS-OR&R-30, 2008.

[3] Okubo, N., Takahashi, S., Nakano, Y., Microplastics disturb the anthozoan-algae symbiotic relationship. Marine Pollution Bulletin, 135: 83-89, 2018.

[4] Aytan, U.,Valente, A.,Senturk, Y., Usta, R., Esensoy Sahin, F.B., Rahsan Mazlum, E., Agirbas,. E., First evaluation of neustonic microplastics in Black Sea waters. Marine Environmental Research, 119: 22-30, 2016.

[5] Ng, K.L., Obbard, J.P., Prevalence of microplastics in Singapore’s coastal marine environment. Marine Pollution Bulletin, 52: Issue 7,761-767, 2006. [6] Boerger, C.M., Lattin, G.L., Moore, S.L., Moore, C.J., .Plastic ingestion by

planktivorous fishes in the North Pacific Central Gyre. Marine Pollution Bulletin, 60: Issue 12, 2275-2278, 2010.

[7] Cauwenberghe, L.V., Janssen, C.R., Microplastics in bivalves cultured for human consumption. Environmental Pollution, 193: 65-70, 2014.

[8] Hu, J.Q., Yang, S.Z., Guo, L., Xu, X., Yao, T., Xie F., Microscopic investigation on the adsorption of lubrication oil on microplastics. Journal of Molecular Liquids, 227: 351-355, 2017.

[9] Digka, N., Tsangaris, C., Torre, M., Anastasopoulou A., Zeri, C., Microplastics in mussels and fish from the Northern Ionian Sea. Marine Pollution Bulletin, 135: 30-40, 2018.

[10] Galloway, M., Bergmann, L., Gutow, M., Micro- and nano-plastics and human health Marine Anthropogenic Litter. Springer International Publishing, 343-366, 2015.

[11] Fu, F., Wang, Q., Removal of heavy metal ions from wastewaters:A review. Journal of Environmental Management, 92: Issue 3, 407-418, 2011.

[12] Brennecke, D., Duarte, B., Paiva, F., Caçador, I., Clode, J., Microplastics as vector for heavy metal contamination from the marine environment. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 178: 189-195, 2016.

[13] Yousefzadeh, H., Salarian, A.A., Kalal, H.S., Study of Pb (II) adsorption from aqueous solutions by TiO2 functionalized with hydroxide ethyl aniline (PHEA/n-TiO2). Journal of Molecular Liquids, 263: 294-302, 2018.

[14] Holmes, L.A., Turner, A., Thompson, R.C., Adsorption of trace metals to plastic resin pellets in the marine environment. Environmental Pollution, 160: 42-48, 2012.

[15] Vural, A., Sülfirik asitle muamele edilmiş fındık zurufu ile kurşun ve mangan iyonlarının adsorpsiyonu. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2010.

[16] Korkutata, Ü., Katı atık sızıntı sularının genleştirilmiş perlitle giderimi. Bitlis Eren Üniversitesi ve Fırat Üniversitesi . Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2017.

[17] www.cevremuhendisleri.net/konu/adsorbsiyon-teorisi.104, Erişim Tarihi: 20.12.2018.

[18] Mutlu, S., Fındık kabuğu ve üzüm çekirdeğinden üretilen aktif karbonlar ile kurşun iyonlarının adsorpsiyonu. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2009.

[19] Weber, W.J., Physicochemical Processes: For Water Quality Control, Wiley Interscience, NY. pp.199-255, 1972.

[20] Elmas, A., Çinkonun perlit ve kitosan modifiye perlit ile adsorpsiyonu ve adsorpsiyon özelliklerinin karılaştırılması. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2014. [21] Nalçak, M., Doğal kil ve hindistan cevizi kabuğu ile çözeltilerden Al

adsorpsiyonu. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2012.

[22] Hamdaoui, O., Naffrechoux, E., Modeling of adsorption isotherms of phenol and chlorophenols onto granular activated carbon: Part I. Two-parameter models and equations allowing determination of thermodynamic parameters. Journal of Hazardous Materials, 147: Issues 1–2, 381-394, 2007.

[23] Aksu, Z., Yener, J., A comperative adsorption/biosorption study of mono-chlorinated phenols onto various sorbents. Waste Management, 21:695-702, 2001.

[24] Lagergren, S., Zur theorie der sogenannten adsorption geloster stoffe, Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens. Handlingar, 24:1-39, 1998.

[25] Ho, Y, S., Mckay G., Pseudo-second order model for sorption processes, Process Biochemistry, 34: 451–465, 1999.

[26] Ekmekçi, F., Adana Sofulu Düzensiz Çöp Depolama Sahasından Alınan Çöp Sızıntı Sularının Laboratuvar Ölçekli Ortamda Bitkisel Yolla Azot-Fosfor ve Ağır Metal Gideriminin Araştırılması. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2007.

[27] Metin Dereli, E., Ertürk, A., Çakmakçı, M, Yüzey sularda ağır metallerin etkileri ve ötrofikasyon ile ilişkisi. Turkish Journal Of AquaticSciences, 32(4): 214-230, 2017.

[28] Casas, J.S., Sordo, J., Lead: Chemistry, Analytical Aspescts, Environmental Impact and Health Effects, 1.Baskı, Elsevier, İngiltere, 2006.

[29] Araç, E., Sulu çözeltilerdeki kurşun ve bakır iyonlarının sepiyolit ile adsorpsiyonu. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2014.

[30] Güler, Ç., Su Kalitesi, Çevre Sağlığı Temel Kaynak Dizisi, Ankara, 1997. [31] Güney, A., Yüce, A. E., Sirkeci, A. A., Subaşı, T., Madencilik Özel İhtisas

Komisyonu Raporu, Metal Madenler Alt Komisyonu Kurşun-Çinko-Kadmiyum Çalışma Grubu Raporu, Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı, Ankara, ISBN 975-19-2858-3, 2001.

[32] Fawell, J.K., Giddings, M., Magara, Y., Ohanian, E., Toft, P., Guidelines for Drinking-Water Quality, World of Health Organization, Singapur, 2006.

[33] Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği, Yayımlandığı Resmi Gazate Tarihi: 31 Aralık Cuma 2004, Sayı: 25687, 2004.

[34] Sarkar, B., Heavy Metals in the Environment, Marcel Dekker Inc., New York, 2002.

[35] Çelik, OH., Alüminyum siyah curuflarındaki alüminyumun ve bileşiklerinin hidro ve pirometalurjik yöntemler ile geri kazanılması. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 2015.

[36] Yayın No: DPT 2406-ÖİK: 467, Alüminyum Çalışma Raporu, Ana Metal Sanayileri Özel İhtisas Komisyonu, TC Başbakanlık Devlet Planlama Teşkilatı Müşteşarlığı, 1995.

[37] Yağcıgil, H., Alüminyum Mamülleri Sanayi, Türkiye İş Bankası A.Ş. Genel Müdürlük, İktisadi Araştırma ve Planlama Müdürlüğü, 1997.

[38] IAI. Global Aluminium Recycling Committee, Global Aluminium Recyling: A Cornerstone of Sustainable Development, International Aluminium Institute, 2009.

[39] Li, J., Zhang, K., Zhang, H., Adsorption of antibiotics on microplastics. Enviromental Pollution, 237: 460-467, 2018.

[40] Llorca, M., Schirinzi, G., Martinez, M., Barcelo, D., Farre, M., Adsorpsiyon of perfluonrolkyl subtances on microplastics under environmental conditions. Enviromental Pollution, 235: 680-691, 2018.

[41] Wu, P., Cai, Z., Jin, H., Tang, Y., Adsorption mechanism of five bishenol analogues on PVC microplastics. Science of The Total Environment, 650: 671-678, 2019.

[42] Johansen, M.P., Prentice, E., Cresswell, T., Howell. Initial data on adsorption of Cs and Sr to the surfaces of microplastics with biofilm. Journal of Environmental Radioactivity, 190-191: 130-133, 2018.

[43] Bakir, A., Rowland, S.J., Thompson R.C., Competitive sorption of persistent organic pollutants onto microplastics in the marine environment. Marine Pollution Bulletin, 64: 2782-2789, 2012.

[44] Bakir, A., Rowland, S.J., Thompson R.C., Enhanced desorption of persistent organic pollutants from microplastics under simulated physiological conditions. Environmental Pollution, 185: 16-23, 2014.

[45] Zhan, Z., Wang, J., Peng, J., Xie, Q., Huang, Y., Gao, Y. Sorption of 3,3′,4,4′-tetrachlorobiphenyl by microplastics: A case study of polypropylene. Marine Pollution Bulletin, 110: 559-563, 2016.

[46] Bakir, A., Rowland, S.J., Thompson R.C., Transport of persistent organic pollutants by microplastics in estuarine conditions. Estuarine , Coastal and Shelf Science, 140: 14-21, 2014.

[47] www.inovatifkimyadergisi.com/ph-metre-nedir., Erişim Tarihi: 24.01.2019. [48] www.genamed.com.tr., Erişim Tarihi: 24.01.2019.

[50] www.birpet.net/tr/hizmetler/dokumanlar-bilgi-bankasi/150-polietilen-tereftalat-nedir-ve-kullan-m-alanlar-pet-veya-pete-nerelerdir., Erişim Tarihi: 24.01.2019. [51] www.dogusplastiksanayi.com/polyamid., Erişim Tarihi: 24.01.2019.

[52] www.eymenpetrokimya.com.tr/eva-etilen-vinil-asetat., Erişim Tarihi: 24.01.2019.

[53] Li, W., Zhang, L., Peng, J., Li, N., Zhang, S., Guo, S., Tobacco stems as a low cost adsorbent for the removal of Pb(II) from wastewater: Equilibrium and kinetic studies, Industrial Crops and Products, 28: 294–302, 2008.

[54] Zhu, S., Hou, H., Xue, Y., Kinetic and isothermal studies of lead ion adsorption onto bentonite. Applied Clay Science ,40: 171-178, 2008.

[55] Daş, Ö.B., ICP-OES Kullanılarak Bitkilerdeki Makro ve Mikro Elementlerin Birlikte Tayininde Çok Değişkenli Kalibrasyon Tekniklerinin Uygulanması. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 2013.

ÖZGEÇMİŞ

Gökşin Kadızade, 1993 yılında Samsun’da doğdu. İlk, orta ve lise eğitimini Samsun’da tamamladı. 2012 yılında başladığı Sakarya Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü’nü 2016 yılında bitirdi. Aynı yıl Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı’nda Yüksek Lisans Eğitimi’ne başladı.