Uçucu kül esaslı aerojel hazırlanması ve organik moleküllerin adsorpsiyonu uygulamalarının araştırılması

Termal enerji santrallerinde yan ürün olarak her yıl milyonlarca ton uçucu kül açığa çıkmaktadır. Bu uçucu küller havaya ve sulara karışarak içerdiği zararlı bileşenlerden dolayı başta canlılar olmak üzere tüm ekosistemi tehdit etmektedir. Fakat içerdiği zararlı bileşenlerin yanında yüksek oranda silika barındırmaktadır. Bu özelliğinden yararlanılarak uçucu kül geri dönüştürülüp hem içindeki silika bileşeni özütlenip kullanılabilir hale getirilirken hem de karbon ayak izi önemli ölçüde azaltılmış olmaktadır. Bu özütlenen silika bileşeni aerojel üretiminde kullanılan pahalı öncüllerin yerine geçmektedir. Silika aerojel malzeme başta olağanüstü yüksek yüzey alanı olmak üzere düşük yoğunluk, düşük termal iletkenlik vb. özellikleri sayesinde uzay araştırmalarında, mikro-elektronikte, akustikte, lazer deneylerinde, optikte, tıpta ve su arıtma uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında ise aerojel malzemenin adsorpsiyon özelliğinden yararlanılarak atık sulardaki tekstil boyar maddelerin uzaklaştırılması amaçlanmıştır. Metil oranj (MO) ve ksilen oranj (XO) gibi anyonik boyalar tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılmakta olup içme sularına karışmasıyla birlikte (toksik, kanserojen ve alerjenik) insan hayatını tehdit eden kimyasallardır. Tüm bu sebeplerden dolayı bu çalışmada suya karışan MO ve XO boyalarını sudan %90'ın üzerinde verimle kısa sürede (30 dakikadan az) uzaklaştırmak amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ucuz bir kaynak olan uçucu külden silika bileşeni özütlenerek aerojel malzeme için öncül oluşturulmuştur. Oluşturulan bu öncülden ortam basıncı kurutma yöntemiyle 810 m2 g-1 yüzey alanına sahip aerojel başarılı bir şekilde üretilmiştir. Aerojel malzemeye silanlama (tri amino propil tri etoksi silan, APTES) yöntemi ile protonlanabilir amin gruplarının kaplaması yapılarak MO ve XO gibi anyonik boyaların aerojel adsorbana elektrostatik etkileşimle tutunabilirliği artırılmıştır. Yapılan deneylerde çok düşük miktarda kullanılan APTES kaplı aerojel adsorbanın hem MO hem de XO boyasını sudan %100 uzaklaştırdığı saptanmıştır. Tüm bunlara ek olarak adsorbanın tekrar kullanılabilirliğini ölçmek için 10 döngü adsorpsiyon-desorpsiyon deneyi yapılarak test edilmiştir. 10. döngüde MO boyanın %83'ü sudan uzaklaştırılırken XO boyanın %88'i uzaklaştırılmıştır. Bu çalışmanın bir diğer avantajı ise boya tutma işleminin 5 dakikadan kısa bir sürede gerçekleşmiş olmasıdır.