Su Kaynaklarından Lityum Geri Kazanımı için Fosforil-Fonksiyonlu Selüloz-Esaslı Adsorbanlar: Sentez, Adsorpsiyon ve Kinetik Çalışmaları

Abstract

Bu proje kapsamında, selüloz ve fındık kabuğu atıkları fosforilasyon reaksiyonu ile fonksiyonelleştirilerek LiCl çözeltisinden ve jeotermal sulardan Li geri kazanımı üzerine çalışılmıştır. İlk olarak fosforile edilmiş fonksiyonel selüloz sentezlenmiştir. SEM, EDX, FTIR, BET, TGA, XRD ve XPS ile karakterizasyon çalışmalarının ardından adsorbent miktarı, başlangıç derişimi, sıcaklık, pH, temas süresi ve ortak iyon gibi çeşitli parametrelerin adorbentin lityum tutma kapasitesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çeşitli adsorpsiyon modelleri ile denge verilerinin analizi sonucunda, Langmuir modeli ile adsorbentin maksimum adsorpsiyon kapasitesi 25°C'de 9.60 mg/g olarak bulunmuştur. Üç dakika içinde %80?lik lityum adsorpsiyonu, adsorbentin hızlı kinetik yapısını kanıtlamıştır. Farklı molaritelere sahip HCl ve NaCl arasında 0.5 M H2SO4 ile lityumun %99.5 desorpsiyon verimi elde edilmiştir. Tüm bu bulgular fosforile edilmiş fonksiyonel selülozun, lityumun sulu çözeltilerden geri kazanılması için uygun bir adsorbent olduğunu göstermiştir. Daha sonra, fındık kabuğu atığı, lityumun sulu çözeltilerden geri kazanılması için doğal yenilenebilir kaynaklara dayalı yeni bir biyosorbent geliştirmek için fosforile edilmiş ve benzer karakterizasyon çalışmaları sonucunda başarıyla sentezlendiği görülmüştür. Denge sorpsiyon kapasitesi, optimum koşullar altında (12.0 g/L biyosorbent dozu, 100 mg/L'lik başlangıç Li derişimi, 5.8 pH değeri, 25oC ve 6 dakikalık sorpsiyon süresi) 6.03 mg/g olarak bulunmuştur ve Langmuir modeline göre 25oC'de maksimum sorpsiyon kapasitesi 7.71 mg/g olarak belirlenmiştir. Ardından fosforile edilmiş fonksiyonel selüloz ve fındık kabuğu atığı dolgulu kolonda kullanılarak sürekli lityum sorpsiyon çalışmaları yapılmıştır. Fosforile edilmiş fonksiyonel selüloz suyla temas ettiğinde hidrojel oluşturmak üzere anında şişen çok hidrofilik bir madde olduğu için epiklorohidrin ile farklı oranlarda çapraz bağlanmıştır. Akış hızı ve yatak yüksekliği gibi değişken çalışma koşulları altında sudan lityumun geri kazanılması çalışmalarına göre, düşük akış hızıyla lityum geri kazanımı daha verimli olup, dinamik sorpsiyon işleminin yatak yüksekliğinden bağımsız olduğu görülmüştür. Sentezlenen malzemeler dolgulu kolonda daha yüksek sprisyon kapasiteleri sergilemiştir. Son olarak, fosforile edilmiş fonksiyonel selüloz ve fındık kabuğu atığı ile jeotermal sudan lityum geri kazanılması çalışmaları yapılmış, elde edilen bulgular teknolojik gelişmelere bağlı olarak özellikle şarj edilebilir pillerin üretiminde kullanılan lityum için artan küresel talep ile birlikte lityum madenlerinin gelecekteki ihtiyacı karşılayamama endişesinden dolayı jeotermal su gibi doğal su kaynaklarından bu adsorbentler kullanılarak sürdürebilir olarak geri kazanılmasının önünü açıcı nitelikte olmuştur.