Cu-MOF katkılı montmorillonit (Cu-MOF/MMT) adsorbanı ile atık sulardan ilaç giderimi

Abstract

Su, yaşamın temel taşıdır ve varlığımızı sürdürmemiz için kritik bir öneme sahiptir. Su, doğal ve antropojenik kaynaklardan kaynaklanan su kirliliği nedeniyle çeşitli kirleticilerle karşılaşmaktadır. Bu kirleticiler arasında farmasötikler ve kişisel bakım ürünleri (PPCP'ler), insanların ve hayvanların sağlık ihtiyaçlarını karşılayan ürünleri içerir ve su ortamında sürekli varlıklarını sürdürdükleri için yeni tür kirleticiler olarak kabul edilmektedir. Antibiyotikler, dünya genelinde yaygın olarak kullanılan ilaçlar arasında öne çıkar. Özellikle tetrasiklinlerin artan kullanımı, su kaynaklarında çevresel sorunlara yol açmaktadır. Tetrasiklinlerin su ortamında birikimi, besin zinciri aracılığıyla insan ve hayvan sağlığına zarar verebilen düşük konsantrasyonlarda bile gerçekleşebilir. Ayrıca, tetrasiklinlerin su kaynaklarındaki varlığı, antibiyotiklere dirençli bakterilerin ortaya çıkmasına neden olarak ciddi tehditlere yol açabilir. Kil mineralleri, uygun fiyatlı ve çevre dostu olmaları nedeniyle tercih edilmekte ve smektit grubu kil minerallerinden biri olan montmorillonit, özellikle adsorpsiyon ve iyon değişimi performansı ile dikkat çekmektedir. Metal iyonları veya kümeleri ile organik ligandların birleştirilmesiyle oluşturulan yüksek kaliteli metal-organik çerçeveler (MOF'lar), spesifik yüzey alanı, tasarlanabilir çerçeve yapısı, kontrol edilebilir gözenek boyutu, metal doymamışlık bölgeleri ve modifikasyon kolaylığı gibi avantajlara sahiptir ve adsorpsiyon kapasitesi ve kinetiği açısından geleneksel adsorbanlara göre üstün performans sergileyebilirler. Ortaya çıkan kirleticilerin su ortamından uzaklaştırılması için çeşitli yöntemler araştırılmıştır. Adsorpsiyon, bu kirleticilerin atık su ortamından etkili, ekonomik, hızlı, kolay ölçeklenebilir ve çevre dostu bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlayan bir teknoloji olarak öne çıkmaktadır. Bu tez çalışması, Cu-MOF katkılı montmorillonit adsorbanının, adsorpsiyon yoluyla sulu ortamdan tetrasiklin giderimini sağlamak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın ilk aşamasında, farklı oranlarda Cu-MOF kullanılarak sentezlenen kompozitler, FTIR, XRD, BET, SEM ve zeta potansiyel ölçümleri ile karakterize edilmiş ve başarılı bir şekilde sentezlendiği doğrulanmıştır. Sonraki aşamada, başlangıç konsantrasyon, temas süresi, çözelti pH'ı ve sıcaklık gibi parametrelerin adsorpsiyona etkisi değerlendirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda TC'nin sulu ortamdan gideriminde %10Cu-MOF/MMT kompoziti en uygun adsorban olarak seçilmiştir. TC adsorpsiyonu için 240 dakika temas süresinde, pH 7.32'de (çözeltinin kendi pH değerinde), 45 °C sıcaklıkta en yüksek adsorpsiyon kapasitesi 319,57 mg g-1 olarak elde edilmiştir. İzoterm modellemeleri sonucunda TC adsorpsiyonunun Langmuir modeliyle uyumlu olduğu ve adsorpsiyon kinetiğinin yalancı ikinci derece modelini takip ettiği gözlemlenmiştir. Termodinamik analizler sonucunda, TC adsorpsiyonunun endotermik olduğu ve kendiliğinden gerçekleştiği tespit edilmiştir. Bu çalışma, atıksulardan adsorpsiyonla TC giderimi için %10Cu-MOF/MMT adsorbanının umut vaat edici nitelikte olduğunu göstermiştir.