PERFORMANCE EVALUATION OF ADSORPTION PROPERTIES FOR Ni(II) REMOVAL WITH FLYING ASH USING TAGUCHI EXPERIMENTAL DESIGN

Abstract

   In this study, the pH, initial metal concentration and adsorption duration properties of a well-known industry surplus flying thunder were optimized using Taguchi experiment design for the adsorption of Nickel (II) ions which is known as a toxic heavy metal from aqueous solution. 9 adsorption experiments were conducted based on desgin of L₉ orthogonal. In order to evaluate the performance results, analysis of variance and signal/noise ratio techniques were used. The results tell us that the best divergence efficiency is achieved at pH 6 with input concentration of 180 ppm and 20-minute adsorption duration. Taguchi experiment design is shown to be an efficient method for adsorption studies. Also, the flying thunder has a good performance for adsorption ability of heavy metal removal from aqueous solution.

Keywords

• Adsorption,Heavy Metals,Fly ash,Taguchi Experimental Design

TAGUCHİ DENEY TASARIMI KULLANILARAK UÇUCU KÜL İLE Ni (II) GİDERİMİNDE BAZI ADSORPSİYON PARAMETRELERİNİN ETKİNLİĞİNİN İRDELENMESİ

Öz

   Bu çalışmada, önemli bir sanayi artığı olan Uçucu Külün, toksik bir ağır metal iyonu olarak bilinen Nikel (II)’in sulu çözeltiden adsorpsiyonunda rol oynayan önemli parametrelerden pH, ilk metal konsantrasyonu ve adsorpsiyon süresi Taguchi deney tasarımı kullanılarak optimize edilmiştir. Adsorpsiyon deneyleri, L₉ ortogonal dizaynına göre 9 adet deney yapılarak gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarının değerlendirilmesinde varyans analizi ve sinyal/gürültü oranı kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre en iyi uzaklaşma verimi (%); pH 6’da, 180 ppm giriş konsantrasyonunda ve 30 dakika adsorpsiyon süresinde elde edilmiştir. Bu çalışma ile birlikte, Taguchi deney tasarımının adsorpsiyon çalışmaları için oldukça uygun bir deney tasarım metodu olduğu ve uçucu külün sulu çözeltilerden ağır metal (nikel) gideriminde adsorplama kabiliyetinin iyi olduğu sonuçlarına ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Adsorpsiyon,Ağır Metaller,Uçucu Kül,Taguchi Deney Tasarımı

Kaynakça

1. [1] MENDİL, D., KİRİS, T., TUZEN, M., SOYLAK, M., “Separation Preconcentration of Cu, Cd, Pb And Ni in Various Water and Food Samples on Sepabeads SP-207”, International Journal of Food Science and Technology, 48, 1201–1207, 2013.
2. [2] DİVRİKLİ, U., HORZUM, N., SOYLAK, M., ELCİ, L., “Trace Heavy Metal Contents of Some Spices and Herbal Plants from Western Anatolia Turkey”, International Journal of Food Science and Technology, 41, 712–716, 2006.
3. [3] TUZEN, M., SOYLAK, M., “Multi-Element Coprecipitation for Separation and Enrichment of Heavy Metal Ions for Their Flame Atomic Absorption Spectrometric Determinations”, Journal of Hazardous Materials, 162, 724–729, 2009.
4. [4] OZDES, D., DURAN, C., BAYRAK, H., BULUT, V.N., TUFEKCI, M., “Preconcentration by Coprecipitation of Copper and Nickel with Mo(VI)/Triazole Derivative System and Their Determinations by Flame Atomic Absorption Spectrometry in Food and Water Samples”, Clean Soil Air Water, 40, 211–217, 2012.
5. [5] IMAMOGLU, M., GUNES, V., “Column Solid Phase Extraction of Copper and Nickel on Triethylenetetramine Bonded Silica Gel For Their Atomic Absorption Spectrometric Determination”, Instrumentation Science & Technology, 36, 105–116, 2008.
6. [6] SENTHIL KUMAR, R., PERİASAMY, V.S., PREETHY PAUL, C., RİYASDEEN, A., ARUNACHALAM, S., AKBARSHA, M.A., “Cytotoxic Effect of a Polymer–copper(II) Complex Containing 2,2′-bipyridyl Ligand on Human Lung Cancer Cells”, Medicinal Chemistry Research, 20, 726–731, 2011.
7. [7] SERENCAM, H., DURAN, C., OZDES, D., BEKTAS, H., “Application of Carrier Element Free Coprecipitation (CEFC) Method for Determination of Co(II), Cu(II) and Ni(II) ions in Food and Water Samples”, Acta Chimica Slovenica, 60, 287–293, 2013.
8. [8] APAK, R., TÜTEM, E., HÜGÜL, M., HİZAL, J., “Heavy Metal Cation Retention by Unconventional Sorbents (Red Muds and Fly Ashes)”, Water Research, 32(2), 430-440, 1998.

9. [9] SRİVASTAVA, V. C., MALL, I. D., MİSHRA, I. M. “Equilibrium Modelling of Single and Binary Adsorption of Cadmium and Nickel Onto Bagasse Fly Ash”, Chemical Engineering Journal, 117(1), 79-91, 2006.
10. [10] İLERİ, R., Çevre Biyoteknolojisi. 1. Baskı. Adapazarı: Değişim Yayınları, 501–522, 2000.
11. [11] HAMUTOĞLU, R., DİNÇSOY, A. B., CANSARAN-DUMAN, D., ARAS, S., “Biyosorpsiyon, Adsorpsiyon ve Fitoremediasyon yöntemleri ve uygulamaları”, Türkiye Hijyen ve Deneysel Biyoloji Dergisi, 69, 69, 2012.
12. [12] KARANASSIOS, V., “Microplasmas for Chemical Analysis: Analytical Tools or Research Toys?”, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 59(7), 909-928, 2004.
13. [13] DURAN, C., GUNDOGDU, A., BULUT, V.N., SOYLAK, M., ELCİ, L., SENTURK, H.B., TUFEKCİ M., “Solid-phase Extraction of Mn(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), Cd(II) and Pb(II) Ions from Environmental Samples By Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS)”, Journal of Hazardous Materials, 146, 347–355, 2007.
14. [14] FRENTİU, T., PETREUS, D., SENİLA, M., MİHALTAN, A. I., DARVASİ, E., PONTA, M., CORDOS, E. A., “Low Power Capacitively Coupled Plasma Microtorch for Simultaneous Multielemental Determination by Atomic Emission Using Microspectrometers”, Microchemical Journal, 97(2), 188-195, 2011.
15. [15] RAJABİ, M., KAMALABADİ, M., JAMALİ, M.R., ZOLGHARNEİN, J., ASANJARANİ, N., “Application of Response Surface Methodology for Optimization of Ionic Liquid-Based Dispersive Liquid–Liquid Microextraction of Cadmium from Water Samples”, Human & Experimental Toxicology, 32, 620–631, 2013.
16. [16] BAYAT, B., “Comparative Study of Adsorption Properties of Turkish Fly Ashes: I. The Case of Nickel (II), Copper (II) and Zinc (II)”, Journal of Hazardous Materials, 95(3), 251-273, 2002.
17. [17] CHEN, Y., TAM, S. C., CHEN, W. L., ZHENG, H. Y., “Application of Taguchi Method in the Optimization of Laser Micro-Engraving of Photomasks”, International Journal of Materials and Product Technology, 11, 3-4, 1996.
18. [18] MERAL, G., SARIKAYA, M., DİLİPAK, H., “Delme İşlemlerinde Kesme Parametrelerinin Taguchi Yöntemiyle Optimizasyonu”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 27(4), 332-338, 2011.
19. [19] http://content.lms.sabis.sakarya.edu.tr/Uploads/46441/43404/ders_i%C3%A7eri%C4%9Fi.doc. (erişim tarihi 12.01.2018)
20. [20] TURGUT, E., DİKİCİ, A., “Eş Eksenli Bir Isı Değiştiricisinin Tasarım Parametrelerinin Taguchi Metodu İle Optimizasyonu”, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS‟ 11), 16–18, Elazığ, Türkiye, 2011.
21. [21] SAVAŞKAN, M., TAPTIK, Y., ÜRGEN, M., “Deney Tasarımı Yöntemi ile Matkap Uçlarında Performans Optimizasyonu”, İTÜDERGİSİ/d, 3(6), 117–128, 2010.
22. [22] MEZARCIÖZ, S., OĞULATA, R. T., “Süprem Kumaşlarda Patlama Mukavemeti Değerinin Taguchi Ortogonal Dizayna Göre Optimizasyonu”, Tekstil ve Konfeksiyon, 4, 320–328, 2010.