ELEKTROKİMYASAL REJENERASYONLU ADSORPSİYON PROSESİNİN ÇEŞİTLİ ATIK YÜKLERİNİN GİDERİMİNDE DENENMESİ VE UYGULANABİLİR SİSTEM TASARIMININ ARAŞTIRILMASI Leyla GAZİGİL Aaaaaa AAAAAAAA i T.C. BURSA ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ELEKTROKİMYASAL REJENERASYONLU ADSORPSİYON PROSESİNİN ÇEŞİTLİ ATIK YÜKLERİNİN GİDERİMİNDE DENENMESI VE UYGULANABİLİR SİSTEM TASARIMININ ARAŞTIRILMASI Leyla GAZİGİL 0000-0002-8798-8933 Prof. Dr. Taner YONAR (Danışman) DOKTORA TEZİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BURSA – 2023 Her Hakkı Saklıdır ii TEZ ONAYI Leyla GAZİGİL tarafından hazırlanan “ELEKTROKİMYASAL REJENERASYONLU ADSORPSİYON PROSESİNİN ÇEŞİTLİ ATIK YÜKLERİNİN GİDERİMİNDE DENENMESİ VE UYGULANABİLİR SİSTEM TASARIMININ ARAŞTIRILMASI” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı’nda DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Taner YONAR Başkan : Prof. Dr. Taner YONAR İmza 0000-0002-0387-0656 Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Feza KARAER İmza 0000-0002-2986-0114 Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Melike YALILI KILIÇ İmza 0000-0001-7050-6742 Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Orhan Taner CAN İmza 0000-0003-3386-975X Bursa Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Baybars Ali FİL İmza 0000-0003-3085-224X Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Yukarıdaki sonucu onaylarım Prof. Dr. Ali KARA Enstitü Müdürü …./…./…. iii B.U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;  tez içindeki bütün bilgi ve belgeleri akademik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,  görsel, işitsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçları bilimsel ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,  başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda ilgili eserlere bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunduğumu,  atıfta bulunduğum eserlerin tümünü kaynak olarak gösterdiğimi,  kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapmadığımı,  ve bu tezin herhangi bir bölümünü bu üniversite veya başka bir üniversitede başka bir tez çalışması olarak sunmadığımı beyan ederim. 16/06/2023 Leyla GAZİGİL iv TEZ YAYINLANMA FİKRİ MÜLKİYET HAKLARI BEYANI Enstitü tarafından onaylanan lisansüstü tezin/raporun tamamını veya herhangi bir kısmını, basılı (kâğıt) ve elektronik formatta arşivleme ve aşağıda verilen koşullarla kullanıma açma izni Bursa Uludağ Üniversitesi’ne aittir. Bu izinle Üniversiteye verilen kullanım hakları dışındaki tüm fikri mülkiyet hakları ile tezin tamamının ya da bir bölümünün gelecekteki çalışmalarda (makale, kitap, lisans ve patent vb.) kullanım hakları tarafımıza ait olacaktır. Tezde yer alan telif hakkı bulunan ve sahiplerinden yazılı izin alınarak kullanılması zorunlu metinlerin yazılı izin alınarak kullandığını ve istenildiğinde suretlerini Üniversiteye teslim etmeyi taahhüt ederiz. Yükseköğretim Kurulu tarafından yayınlanan “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” kapsamında, yönerge tarafından belirtilen kısıtlamalar olmadığı takdirde tezin YÖK Ulusal Tez Merkezi / B.U.Ü. Kütüphanesi Açık Erişim Sistemi ve üye olunan diğer veri tabanlarının (Proquest veri tabanı gibi) erişimine açılması uygundur. Prof. Dr. Taner YONAR Leyla GAZİGİL 16.06.2023 16.06.2023 İmza İmza Bu bölüme kişinin kendi el yazısı ile okudum Bu bölüme kişinin kendi el yazısı ile okudum anladım yazmalı ve imzalanmalıdır. anladım yazmalı ve imzalanmalıdır. v ÖZET Doktora Tezi ELEKTROKİMYASAL REJENERASYONLU ADSORPSİYON PROSESİNİN ÇEŞİTLİ ATIK YÜKLERİNİN GİDERİMİNDE DENENMESİ VE UYGULANABİLİR SİSTEM TASARIMININ ARAŞTIRILMASI Leyla GAZİGİL Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Taner YONAR Yaygın kullanımı olan aktif karbon pek çok kirleticinin (kalıcı, toksik, vb) giderimin de dünya genelinde kullanılmaktadır. Aktif karbon temininde ülkemiz maalesef tamamen dışa bağımlı durumdadır. Doygunluğa erişen aktif karbon ise tehlikeli atık olarak değerlendirilmekte 06 13 02 atık kodu ile bertaraf edilmektedir. Böylelikle ülkemizin kısıtlı olan kaynakları da verimsiz bir şekilde kayba uğramaktadır. Aktif karbon dünya genelinde yaygın olarak termal rejenerasyon yöntem ile rejenere edilmektedir. Ancak şu an için ülkemizde bu tarz hizmet verebilecek bir altyapı aktif olarak mevcut değildir. Bu noktada da en uygun rejenerasyon alternatifi ise elektrokimyasal rejenerasyon olarak durmaktadır. Çalışmanın amacı yerinde rejenerasyon yöntemlerinde biri olan elektrokimyasal olarak aktif karbonun rejenerasyonu için optimum faktörlerin ortaya çıkarılmasıdır. Bu kapsamda hem laboratuvar ortamında metilen mavisi ile doyurulan aktif karbon hem de piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun en iyi rejenerasyon veriminin elde edilmesi için elektrokimyasal yöntemde etkin olan parametreler (elektrolit türü ve konsantrasyonu, pH, akımsal yoğunluk ve rejenerasyon süresi ) incelendi ve optimize edildi. Elektrokimyasal rejenerasyonda anot ve katot olarak 2,5x4x4 cm ebatlarında Sn/Sb/Ni-Ti ve 5x5 cm ebatlarında Pi/Ti kullanılmıştır. Elektrokimyasal rejenerasyondan sonra aktif karbonun performansını değerlendirmek için metilen mavisi ile adsorpsiyon testleri yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen deneysel veriler Freundlich ve Langmuir izoterm modellerini test etmek için kullanılmış ve deneysel sonuçların Langmuir izotermi ile iyi bir uyum gösterdiği görülmüştür. Optimum şartlar her iki aktif karbon için de: 0,1 M 50 mA/cm2, 4 saat, 13 g aktif karbon ve 200 ml elektrolit hacmi ile elde edilmiştir. Optimum pH ise her iki elektrolit türünde doğal pH değeri elde edilmiştir. Her iki aktif karbon için optimum şartlar tespit edildikten sonra adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsüne 6 defa tabi tutulmuştur ve 6. döngü sonrasında giderim verimleri sırasıyla KBr ve NaBr elektrolitleri için % 83,83 ve % 68,55 olarak görülmüştür. Ayrıca araştırmada optimum koşullar altında metilen mavisine doyulan ve piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonlar için elektrik enerjisi tüketimi sırasıyla 1,12 ve 1,16 kWh/kg olarak elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal rejenerasyon, aktif karbon, optimizasyon 2023, xvi + 75 sayfa. vi ABSTRACT PhD Thesis INVESTIGATION OF THE ELECTROCHEMICALLY REGENERATED ADSORPTION PROCESS ON REMOVAL OF VARIOUS WASTE LOADS AND THE FEASIABLE SYSTEM DESIGN Leyla GAZİGİL Bursa Uludağ University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Environmental Engineering Supervisor: Prof. Dr. Taner YONAR Activated carbon, which is widely used, is used worldwide for the removal of many pollutants (permanent, toxic, etc.). Unfortunately, our country is completely dependent on foreign countries for the supply of activated carbon. Activated carbon that reaches saturation is considered as hazardous waste and is disposed of with waste code 06 13 02. Thus, the limited resources of our country are lost in an inefficient way. Activated carbon is widely regenerated by thermal regeneration method worldwide. However, there is currently no infrastructure that can provide such services in our country. At this point, the most suitable regeneration alternative is electrochemical regeneration. The aim of the study is to determine the optimum factors for the electrochemical regeneration of activated carbon, which is one of the in-situ regeneration methods. In this context, the effective parameters (electrolyte type and concentration, pH, current density and regeneration time) in the electrochemical method were examined and optimised in order to obtain the best regeneration efficiency of both activated carbon saturated with methylene blue in the laboratory environment and activated carbon saturated from the market. Sn/Sb/Ni-Ti with dimensions of 2.5x4x4 cm and Pi/Ti with dimensions of 5x5 cm were used as anode and cathode in electrochemical regeneration. After electrochemical regeneration, adsorption tests with methylene blue were carried out to evaluate the performance of activated carbon. The experimental data obtained as a result of the studies were used to test the Freundlich and Langmuir isotherm models and the experimental results showed good agreement with the Langmuir isotherm. Optimum conditions were obtained for both activated carbons: 0.1 M 50 mA/cm2, 4 h, 13 g activated carbon and 200 ml electrolyte volume. The optimum pH was obtained at natural pH value in both electrolyte types. After the optimum conditions were determined for both activated carbons, they were subjected to adsorption-regeneration cycle 6 times and the removal efficiencies after the 6th cycle were 83.83% and 68.55% for KBr and NaBr electrolytes, respectively. In addition, under optimum conditions, electrical energy consumption for activated carbons saturated with methylene blue and activated carbons obtained from the market was 1.12 and 1.16 kWh/kg, respectively. Key words: Electrochemical regeneration, activated carbon, optimization 2023, xvi + 75 pages. vii TEŞEKKÜR Doktora tezimin tamamlama sürecinde danışmanım Sayın Prof. Dr. Taner Yonar’a sıkı denetimi ve değerli bilgi birikiminin benimle paylaştığı için teşekkürlerimi sunarım. Tez izleme komitesinde yer alan sayın jüri iyeleri hocalarım Prof. Dr. Melike Yalılı Kılıç ve Prof. Dr. Orhan Taner Can’a tez çalışmasının gelişmesinde ve ilerlemesinde katıkları emekler için teşekkürlerimi sunarım. Benimle beraber çalışarak tezimin başarılı bir şekilde tamamlanmasında ve yazım kontrol aşamasında verdikleri öneriler için Eren Er’e ve Arş. Gör. Burak Çalışkan’a teşekkürlerimi sunarım. Moral ve motivasyonumu yüksek tutmamı sağlayan ve hayatımın her aşamasında hep yanımda olan annem Dilber Gazigil, babam İskender Gazigil, kardeşim Rüstem Gazigil ve eşi Günel Gazigil’e teşekkürlerimi sunarım. Leyla GAZİGİL 16/06/2023 viii İçindekiler ÖZET................................................................................................................................ vi ABSTRACT .................................................................................................................... vii TEŞEKKÜR ................................................................................................................... viii SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ ....................................................................... x ŞEKİLLER DİZİNİ ......................................................................................................... xii ÇİZELGELER DİZİNİ ................................................................................................... xv 1. GİRİŞ ............................................................................................................................ 1 2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI ....................................... 3 2.1. Aktif Karbon Adsorpsiyon Temelleri ........................................................................ 3 2.2. Aktif Karbon Rejenerasyon Yöntemleri .................................................................... 5 2.2.1. Termal rejenerasyon ................................................................................................ 5 2.2.2. Kimyasal rejenerasyon ............................................................................................ 7 2.2.3. Buhar rejenerasyon.................................................................................................. 8 2.2.4. Ultrasonik rejenarasyon .......................................................................................... 8 2.3. Elektrokimyasal Rejenerasyonun Temel Esasları ...................................................... 9 2.4. Literatürde Elektrokimyasal Yöntemle Aktif Karbon Rejenerasyonu ..................... 12 3. MATERYAL ve METOD........................................................................................... 19 3.1. Materyal ................................................................................................................... 19 3.1.1. Aktif karbonun hazırlanışı..................................................................................... 19 3.1.2. Çalışmada kullanılan metilen mavisinin özellikleri .............................................. 19 3.1.3. Sn/Sb/Ni/ ile kafesin kaplanışı ve katodun hazırlanışı .......................................... 20 3.1.4. Çalışmada kullanılan kimyasallar ......................................................................... 23 3.1.5. Deney Sistemi ....................................................................................................... 23 3.2. Metod ....................................................................................................................... 26 3.2.1. Metilen mavisinin dalga boyunun tespiti .............................................................. 26 3.2.2. Adsorpsiyon izoterminin belirlenmesi .................................................................. 26 3.2.3. Optimum elektrolit türünün belirlenmesi .............................................................. 27 3.2.4. Optimum elektrolit konsantrasyonunun belirlenmesi ........................................... 28 3.2.5. Optimum pH’nın belirlenmesi .............................................................................. 28 3.2.6. Optimum akım yoğunluğun belirlenmesi.............................................................. 29 3.2.7. Optimum rejenerasyon süresinin belirlenmesi ...................................................... 29 3.2.8. Optimum döngü sayısının belirlenmesi ................................................................ 29 3.2.9. Enerji Tüketiminin Hesaplanması ......................................................................... 29 3.2.10. Kinetik değerlendirme ......................................................................................... 30 4. BULGULAR ve TARTIŞMA ..................................................................................... 31 4.1. Optimum Elektrolit Türünün Belirlenmesi .............................................................. 31 4.2. Optimum Elektrolit Konsantrasyonunun Belirlenmesi ............................................ 43 4.3. Optimum pH’nın belirlenmesi ................................................................................. 47 4.4. Optimum Akım Yoğunluğunun Belirlenmesi .......................................................... 52 4.5. Optimum Rejenerasyon Süresinin Belirlenmesi ...................................................... 54 4.6. Optimum Döngü Sayısının Belirlenmesi ................................................................. 59 4.7. Enerji Tüketiminin Hesaplanması ............................................................................ 61 5. SONUÇ ve ÖNERİLER .............................................................................................. 63 KAYNAKLAR .............................................................................................................. 68 ÖZGEÇMİŞ .................................................................................................................... 74 ix SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ Simgeler Açıklama ~ Yaklaşık SiO2 Silika jel Al2O3 Alüminyum Oksit °C Santigrat derece CO2 Karbondioksit kHz Kilohertz H2O Su NaCl Sodyum klorür w/w Ağırlıkça yüzde M Molarite H2SO4 Sülfürik asit g gram Ti/KMO Titanyum/karışık metal oksit Pt/Ti Pilatin/titanyum RuO2/Ti Rutenyum oksit/titanyum IrO2/Ti, İridyum oksit/titanyum K Kelvin Kg Kilogram KFK Karbon fiber kumaş PbO2 Kurşun oksit SnO2 Kalay oksit Pt Platin mA Miliamper cm2 Santimetre kare ml mililitre dk dakika Na2SO4 Sodyum sülfat cm Santimetre rpm dakikadaki devir sayısı (Revolutions per minute) Cr(VI) Hekzavalent Krom V Volt A Amper mS milisiemens NaOH Sodyum hidroksit nm nanometre DC Direkt akım (direct current) K2SO4 Potasyum sülfat KCl Potasyum klorür KI Potasyum iyodür NaI Sodyum iyodür KBr Potasyum bromür NaBr Sodyum bromür KF Potasyum florür NaF Sodyum florür H2O2 Hidrojen peroksit x Kısaltmalar Açıklama İOP İleri oksidasyon prosesleri AK Aktif karbon GAK Granüler aktif karbon FTIR Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (Fouirer Transform Infrared Spektrofotometre) BET Brunauer, Emmet ve Teller OM Optik mikroskopi SEM Taramalı elektron mikroskobu (scanning electron microscope) kWh Kilovatsaat kW Kilovat BDD Bor kaplı elmas (boron-doped diamond) E-PDS Elektro-peroksidisülfat EDTA Etilendiamin tetraasetik asit MM Metilen mavisi ABS Absorbans •OH Hidroksil radikali xi ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 2.1. Sıvı faz üzerinde adsorpsiyon süreci (Öztürk, 2017) .......................... 4 Şekil 2.2. Aktif karbonun yapısı. ......................................................................... 4 Şekil 2.3. Termal rejenerasyonun genel sınıflandırması. ..................................... 7 Şekil 2.4. Aktif karbon rejenerasyonu için ultrasonik sistemin şemati diyagramı ............................................................................................. 9 Şekil 2.5. Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonunda oluşan mekanizmaları (McQuillan vd., 2018).. ............................................. 11 Şekil 2.6. Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyon prosesi (Zanella vd., 2017) ............................................................................. 13 Şekil 3.1. Piyasadan elde edilen kirli aktif karbon .............................................. 19 Şekil 3.2. Metilen mavisinin moleküler yapısı ................................................... 20 Şekil 3.3. Kaplama işlemine hazırlanan Sn/Sb/Ni kafesi .................................... 21 Şekil 3.4. a) kaplanmamış Sn/Sb/Ni kafesi, b) kaplanmasını tamamlanan Sn/Sb/Ni kafesi.................................................................................... 21 Şekil 3.5. a) kaplanmamış katot malzemesi (Ti), b) kaplanmasını tamamlanan katot malzemesi (Pt/Ti) ................................................................................ 22 Şekil 3.6. Kesikli adsorpsiyon sistemi ................................................................ 24 Şekil 3.7. Elektrokimyasal deney düzeneği a) doygun aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu, b) sadece elektrolit etkisiyle gerçekleşen doygun aktif karbon rejenerasyonu ..................................................... 25 Şekil 3.8. Elektrokimyasal deney düzeneğinin şematik görünümü .................... 25 Şekil 3.9. Metilen mavisinin kalibrasyon eğrisi .................................................. 26 Şekil 3.10. Langmuir adsorpsiyon izotermi .......................................................... 27 Şekil 4.1. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M Na2SO4 ve K2SO4 deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ...... 32 Şekil 4.2. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaCl ve KCl deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ...... 33 Şekil 4.3. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaI ve KI deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ...... 33 Şekil 4.4. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaBr ve KBr deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 34 Şekil 4.5. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaF ve KF deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ...... 34 Şekil 4.6. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif xii karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 35 Şekil 4.7. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki Na2SO4 ve K2SO4 elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi- zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ........................................................ 37 Şekil 4.8. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaCl ve KCl elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 37 Şekil 4.9. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaI ve KI elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 38 Şekil 4.10. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaBr ve KBr elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 38 Şekil 4.11. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaF ve KF elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 39 Şekil 4.12. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 40 Şekil 4.13. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin ln (Ct/C0)-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ...... 41 Şekil 4.14. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin ln (Ct/C0)-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 41 Şekil 4.15. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ...... 44 Şekil 4.16. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................. 45 Şekil 4.17. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, xiii 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) ...... 46 Şekil 4.18. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................. 46 Şekil 4.19. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ............................. 49 Şekil 4.20. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun akım geçmeyen optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ................................. 49 Şekil 4.21. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ............................. 50 Şekil 4.22. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmediği optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0,1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ................. 51 Şekil 4.23. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum akım yoğunluğunun tespit edilmesi (0.1 M KBr, doğal pH, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) .................................................................. 53 Şekil 4.24. NaBr nin faklı akım yoğunluk değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ...................................................................... 54 Şekil 4.25. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ............................................ 56 Şekil 4.26. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun akım geçmeyen faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ............................ 56 Şekil 4.27. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200ml elektrolit hacmi) ............................. 57 Şekil 4.28. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun akım geçmediği faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200ml elektrolit hacmi) ..................................... 58 Şekil 4.29. Döngü sayısının tespiti (0,1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, rejenerasyon süresi 4 saat) ........................... 60 Şekil 4.30. Döngü sayısının tespiti (0,1 M NaBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, rejenerasyon süresi 4 saat) ............. 60 Şekil 4.31. Metilen mavisi ile doyulan aktif karbonun optimum şartlar altındaki enerji tüketimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200ml elektrolit hacmi) ................................................................................... 62 Şekil 4.32. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun optimum şartlar altındaki enerji tüketimi-zaman grafiği (0,1 M KBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) ........................................................ 62 xiv ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 3.1. Sn/Sb/Ni ile kaplanan kafesin ağırlıkça artışı. ................................ 22 Çizelge 3.2. Kaplanan katodun ağırlıkça artışı ................................................... 22 Çizelge 4.1. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum elektrolit türünün belirlenmesinde . 36 Çizelge 4.2. Piyasadan doygun olarak temin edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum elektrolit türünün belirlenmesinde ............................................................................... 39 Çizelge 4.3. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun birinci-derece kinetik verileri, R2 ve rejenerasyon giderim verimleri ................................ 42 Çizelge 4.4. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun birinci-derece kinetik verileri, R2 ve rejenerasyon giderim verimleri ..................... 42 Çizelge 4.5. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum elektrolit konsantrasyonu tespit edilirken .................................................................................. 45 Çizelge 4.6. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesive sonrası değerleri. Optimum elektrolit konsantrasyonu tespit edilirken ................................................................................. 47 Çizelge 4.7. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum pH tespit edilirken ............................... 50 Çizelge 4.8. Piyasadan doygun elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum pH tespit edilirken .............................. 51 Çizelge 4.9. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum akım yoğunluğu tespit edilirken ......... 53 Çizelge 4.10. Piyasadan doygun elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum akım yoğunluğu tespit edilirken ......... 54 Çizelge 4.11. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum rejenerasyon süresi tespit edilirken ....... 57 Çizelge 4.12. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum rejenerasyon süresi tespit edilirken . 58 xv 1. GİRİŞ İnsanoğlu tarafından uzun yıllardır aktif karbon yüksek adsorpsiyon kapasitesinden dolayı su ve atıksu arıtımında birçok amaç için farklı uygulamalarda kullanılmıştır (L. Wang & Balasubramanian, 2009). Gazların arıtımı ve saflaştırılmasında, su ve atıksudaki tehlikeli organik ve inorganik birleşiklerin uzaklaştırılmasında, istenmeyen renk, tat ve koku giderim proseslerinde, karışımların ayrılmasında, gıda endüstrisindeki saflaştırma işlemlerinde savunma sanayisinde, sağlık sektöründe ve koruyucu kıyafet üretimi gibi birçok kullanım alanına sahip olan aktif karbon (Sun vd., 2013), kullanıldıktan sonra Avrupa Atık Kataloğu ve ulusal atık listesinde "06 13 02" kodu ile tehlikeli atık olarak değerlendirilmektedir. Ülkemizde de yaygın olarak kullanımı olan aktif karbonun temini maalesef tamamen dışa bağımlı durumdadır. Bundan dolayı ülkemizin kısıtlı olan kaynakları da verimsiz bir şekilde kayba uğramaktadır. Bu çalışmadaki ana amaç, kullanım sonrası oluşan atık aktif karbonun tekrar ülke ekonomisine en uygun ve ekonomik olarak geri kazandırılması ve dış ticaret açığının kapanmasına katkı sunulmasıdır. Geçmişteki uygulamalar da aktif karbon doygunluk sınırına ulaştığı zaman çoğunlukla vahşi depolama yöntemleri ile bertaraf edilmiştir. Aktif karbon üretiminin zor ve maliyetli olması ve çevre üzerindeki tehlikeli etkileri artıkça rejenerasyon yöntemlerinin geliştirilmesi önem kazanmıştır (Yuen & Hameed, 2009). Ayrıca aktif karbon üretiminin, atık oluşumunun ve işletme maliyetlerinin azalmasının sağlanabilmesinde aktif karbon rejenerasyonu sürdürülebilir ve etkin bir yaklaşımdır (Aslım, 2019). En bilinen rejenerasyon yöntemleri; termal rejenerasyon, buhar rejenerasyon, ultrasonik rejenerasyon, mikrobiyal rejenerasyon ve kimyasal rejenerasyondur (Türkoğlu, 2010). Bu yöntemlerin; yüksek enerji tüketimi, aktif karbonun yüzey alanını aşındırması, uzun süren rejenerasyon süresi gibi birçok kısıtlamaları mevcuttur (Alvarez-Pugliese vd., 2019; Tongur, 2020). Bu sorunların üstesinden geldiği düşünülen elektrokimyasal rejenerasyon yöntemi, düşük maliyetli ve çalıştırılması kolay olduğu için umut verici bir alternatif olarak dikkatleri üzerine çekmektedir (Santos, Duarte, Tonholo, vd., 2020). Aktif karbonunun rejenerasyonu dünyada en yaygın olarak termal rejenerasyon yöntemi ile 1 yapılmaktadır. İmkân dâhilinde yapılan araştırmalar sonucunda şu an için ülkemizde bu tarz hizmet verebilecek aktif bir altyapının mevcut olmadığı görülmüştür. Bu çalışma, elektrokimyasal rejenerasyonun aktif karbonun termal rejenerasyon yöntemine alternatif olarak kullanılabilir bir yöntem olup olmadığını araştırmaktadır. Elektrokimyasal rejenerasyonun önemi, çeşitli yönlerden ortaya çıkmaktadır. Bunlar arasında ilk olarak enerji tüketimi açısından termal rejenerasyona kıyasla daha düşük seviyede çalışması bulunur. Elektrokimyasal rejenerasyon süreci, aktif karbonun adsorbe ettiği kirleticilerden daha az enerji kullanarak arındırılmasını sağlar. Bu da enerji maliyetlerini düşürür ve ekonomik açıdan daha sürdürülebilir bir seçenek sunar. Ayrıca, elektrokimyasal rejenerasyon daha kontrollü bir süreçtir. Aktif karbon üzerinde gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyonlar, belirli parametreler altında yönetilebilir şekilde ayarlanabilir. Bu doktora tez kapsamında laboratuvar ortamında metilen mavisi ile doyurulan ve bir tekstil işletmesinde şebeke suyunu proses suyuna çevirmek için kullanılmış doymuş aktif karbonun elektrokimyasal yöntemle rejenerasyonu amaçlamıştır. Araştırmada, aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonuna etkisi olan temel değişkenlerden; pH, elektrolit türü ve konsantrasyonu, akım yoğunluğu ve rejenerasyon süresi incelenmiş ve optimum şartları belirlenmiştir. Optimum şartlarda döngü sayısı ve enerji tüketimi analiz edilmiştir. 2 2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1. Aktif Karbon Adsorpsiyon Temelleri Adsorpsiyon, su ve atıksu arıtımında alternatif bir arıtım prosesi olarak uzun yıllardır kullanılmaktadır (L. Wang & Balasubramanian, 2009). Adsorpsiyon genel olarak, gaz- katı, sıvı-sıvı ve sıvı-gaz gibi iki faz arasında moleküler veya atomik film oluşturması ile meydana gelebilmektedir (Sakin & Dilekoğlu, 2018). Adsorpsiyon prosesinde aktif karbon gibi malzemelere adsorbent, adsorbent üzerinde biriken kirletici maddeye de adsorbat olarak ifade edilmektedir (Türkoğlu, 2010). Adsorbat adsorbent üzerine dört farklı yolla etkileşime girebilir. Bunlar kimyasal, fiziksel, biyolojik ve iyonik adsorpsiyon olarak isimlendirilmektedir (Tang vd., 2023). Adsorpsiyon süreci çözünmüş maddenin (adsorbat) öncelikle adsorbent etrafındaki sıvı film tabasını geçerek film difüzyonunu, sonrasında ise adsorbentin gözeneklerinin iç kısımlarına girerek partikül difüzyonunu gerçekleşmektedir. Bu süreçlerin devamında da adsorbent üzerine adsorbat bağlanmaktadır (Şahin, 2009). Şekil 2.1’de adsorpsiyon sürecinin şematik görünümü mevcuttur. Adsorpsiyonu etkilen faktörler; aktif karbonun özellikleri (partikül boyutu, yüzey alanı, porozite vb.), adsorbatın özellikleri (konsantrasyon, polarite, moleküler boyut vb.) ve işletme şartları (akış hızı, basınç, sıcaklık vb.) olarak sayabiliriz (Jaya Rajan & Indira Anish, 2022). 3 Şekil 2.1. Sıvı faz üzerinde adsorpsiyon süreci (Öztürk, 2017) Adsorbent olarak özgül yüzey alanı 10 ile 1500 m2/g arasında değişen malzemeler kullanılabilir. Çoğunlukla kullanılan adsorbent malzemeleri; zeolit mineralleri, kil mineralleri, silika jel (SiO2), perlit, reçineler, aktif alümina (Al2O3), ve aktif karbondur (Şekil 2.2) (Demir & Yalçın, 2014). Dünyada ve ülkemizde geniş yüzey alanına sahip ve adsorpsiyon kapasitesi yüksek olmasında dolayı en çok tercih edilen adsorbent maddesi aktif karbondur (Şekil 2.2) (Özkılıç, 2019). Şekil 2.2. Aktif karbonun yapısı. 4 2.2. Aktif Karbon Rejenerasyon Yöntemleri Aktif karbon, su ve atıksulardan organik madde uzaklaştırılmasında etkin bir yöntem olmasına rağmen sahip olduğu yüzey alanı sonludur ve işlemler sonrasında adsorbat ile doygunluk seviyesine gelmesi kaçınılmazdır. Bir yüzey giderim yöntemi olan adsorpsiyon işleminin bu aşamadan sonra gerçekleşmesi yavaşlar veya durur. Doygunluk seviyesine ulaşan aktif karbonun verimini artırmak için yenilenmesi gerekmektedir (Santos vd., 2022). Kullanılmış ve doygunluğa ulaşmış aktif karbonun değiştirilmesi yerine rejenere edilmesi neticesinde atık malzeme oluşumunun azaltılması sağlanmış olacaktır. Böylelikle çevre kirliliği önlenmiş ve aktif karbon kaynakları korunmuş olur (Bunker vd., 2023). Rejenerasyon, aktif karbondaki adsorbatın çıkarılması için kullanılan bir işlemdir ve genellikle yüksek sıcaklık ve/veya buhar kullanılarak yapılır. Doygunluğa ulaşmış aktif karbonun yeniden kullanılabilir olabilmesi için yüzeyindeki kirleticilerin ya tamamının ya da büyük bir çoğunluğunun giderilmesi gereklidir. İdeal bir rejenerasyon işleminde aktif karbon üzerindeki kirleticiyi tamamen yok etmeli ve aktif karbona her hangi bir zarar gelmemelidir (Narbaitz & Cen, 1994). Aktif karbon rejenerasyonu kirleticilerin giderilmesi için etkili bir yöntemdir, ancak uygun şekilde tasarlanmadığında veya işletilmediğinde, ekonomik veya çevresel sorunlara neden olabilir. Bu nedenle, aktif karbon adsorpsiyonunun temellerinin ve işletme koşullarının iyi anlaşılması çok önemlidir. Bu amaç için başta termal rejenerasyon olmak üzere birçok yöntem geliştirilmiştir. En çok tercih edilen yöntemler alt başlıklarda daha açık olarak ifade edilmiştir. 2.2.1. Termal rejenerasyon Termal rejenerasyon yöntemi, adsorbentlerin yapısını bozmadan adsorbent üzerine adsorbe olmuş maddelerin 600 °C 'nin üzerinde (600-900 °C) sıcaklığa çıkarılmasına dayanmaktadır (Salvador vd., 2015). Bu yöntemle yüksek sıcaklıkta adsorbent üzerindeki uçucu organik maddelerin çoğu ve uçucu olmayan organik maddelerin bir kısmı giderilmektedir. Yöntem sonunda ortamdaki kirleticiler su ve CO2 dönüşmektedir (El Gamal vd., 2018). Termal rejenerasyonun genel sınıflandırmaları Şekil 2.3 ’de gösterilmektedir. 5 Bu yöntemin temel dezavantajları şöyle sıralana bilinir;  Yüksek sıcaklık ve basınca ihtiyaç duyması (Salvador vd., 2013)  Aktif karbonun % 5-10 arasında yük kaybına sebep olması (Ülkeryıldız Balçık vd., 2020)  Yüksek enerji tüketimini sebep olduğu için maliyeti arttırması (Panizza & Cerisola, 2004)  Yerinde rejenerasyona imkân sağlamaması  Kirletici maddeler ve partikül maddelerin kontrolsüz bir şekilde çevreye salınması (El Gamal vd., 2018)  Termal rejenerasyon yöntemi, yüksek sıcaklık ve enerji gerektirdiği için çevreye olumsuz etkileri olduğu düşünülmektedir. Elektrokimyasal rejenerasyonun gerçekleşmesi için daha düşük sıcaklığa ve daha az enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Bu da sürdürülebilirlik açısından önemli bir faktördür. 6 Termal Rejenerasyon Desorpsiyon ve Desorpsiyon Reaksiyon Ayrışma Sıcak inert gaz: Sıcak Sıcak inert gaz: Buhar ve CO : inert tasfiye ile 2 Termal Salınım Gazlaştırma desorpsiyon ve Adsorpsiyonu Yöntemleri ayrışma Sıcak inert gaz + Metaller: Termal Steam: Akış Katalitik Rejenerasyon Mikrodalga veya Elektrik Akımı: Ultrason: Fiziksel Elektrotermal Salınım Dalgalarla Adsorpsiyonu Rejenerasyon Şekil 2.3. Termal rejenerasyonun genel sınıflandırması. 2.2.2. Kimyasal rejenerasyon Kimyasal rejenerasyon yöntemi, asidik veya alkali olan çözeltiler içerisine kullanılmış aktif karbonun daldırılmasına dayanmaktadır (Lu vd., 2011). Aktif karbon miktarı işlem öncesinde ve sonrasında tartılarak ortamdan uzaklaştırılan kirletici kütle farkı ile ölçülür. Bu yöntemin verimi adsorbanların kimyasal çözeltilerle çözünürlüğüne bağlıdır. Adsorbe edilen kirleticiler adsorbent üzerinden giderildikten sonra adsorbent üzerindeki çözeltilerden de arındırılması gerekmektedir. Bu da ek bir maliyete sebep olmaktadır. Ayrıca çözelti içerisine daldırıldığı için gözenekler içerisindeki kirleticilerin tam olarak giderimi söz konusu değildir (Mohammad, 2016). Yapılan çalışmalarda bu yöntemle gerçekleştirilen rejenerasyon verimliliğinin en fazla % 70 civarı olduğu belirtilmektedir (Zhang, 2002) . 7 2.2.3. Buhar rejenerasyon Bu yöntemde adsorban doğrudan hava, su veya süperkritik akışkan buharına maruz bırakılmaktadır (Shan vd., 2013). Yıllardır özellikle endüstride adsorbanların rejenerasyonu için yaygın olarak tercih edilmektedir. Atık su arıtma tesisinde doymuş aktif karbonun bu yöntemle rejenerasyonu aşağıdaki adımlarla gerçekleşir; (i) Aktif karbonun termal ayrışması, (ii) Buharla aktif karbonun oksidatif ayrışması, (iii) Adsorbatın buharlaşması veya süblimasyonu, (iv) Adsorbatın termal ayrışması ve karbonizasyonu, (v) Karbonize olmuş maddenin buharla oksidatif ayrışması (El Gamal vd., 2018). Gerekli kurulum malzemeleri nedeniyle buhar rejenerasyonunun diğer yöntemlere göre daha ucuz olmasına rağmen sadece uçucu organik maddeleri aktif karbondan uzaklaştırmada etkili olmaktadır (Cabal vd., 2009). 2.2.4. Ultrasonik rejenarasyon Şekil 2.3'de gösterilen ultrasonik rejenerasyon sistemi, desorpsiyon prosesi sırasında ikincil kimyasalların eklenmesini içermeyen temiz bir rejenerasyon sistemi olarak kabul edilir. Ultrasonik rejenerasyon mekanizması, kirletici maddeyi adsorban yüzeyden çıkaran bir akustik kavitasyon fenomeni olarak tanımlanır. Bu işlem, sulu ortama enerji dalgaları (kavitasyon açısından) gönderen ultrasonik bir sistem tarafından başlatılır. Bu enerji dalgaları, adsorbe edilen kirleticinin katıdan sıvı faza ekstraksiyonuna ve kütle transferine neden olan bir girdap olarak adsorban gözeneklerine yayılır. Ultrasonik rejenerasyonun, bir termal reaktör ile birleştirildiğinde desorpsiyon işlemlerinde daha verimli olduğu gösterilmiştir. Ultrasonik rejenerasyon yöntemi kullanılarak aktif karbon üzerindeki çözücülerin, organiklerin ve boyaların desorpsiyonu daha önce çalışılmıştır ve adsorban yenilenebilirliği yaklaşık % 65 olarak kaydedilmiştir (Mohammad, 2016). 8 Şekil 2.4. Aktif karbon rejenerasyonu için ultrasonik sistemin şematik diyagramı. 2.3. Elektrokimyasal Rejenerasyonun Temel Esasları Elektrokimyasal teknolojiler, 1889 yılında İngiltere'de geliştirilmiş ve atık suyu arıtmak için elektrokoagülasyon yöntemi olarak kullanılmıştır. Bu yöntem temelde değerli maddelerin geri kazanımını amaçlamıştır. Yöntemin kullanımının artmasıyla beraber farklı elektrot malzemeleri kullanılarak daha da geliştirilmiş ve 20. yüzyılın başlarında sahada kullanılmaya başlanmıştır (Kannan vd., 2006). Günümüzde su ve atık su için elektrokimyasal arıtma prosesleri elektroflotasyon, elektrokoagülasyon ve elektrooksidasyon gibi teknikleri içermektedir. Ayrıca elektrokimyasal yöntem doymuş aktif karbonun rejenerasyonu içinde kullanılmaktadır. Elektrokimyasal rejenerasyonda, elektrokimyada olduğu gibi, aktif karbonun anot materyal gibi kullanımı aktif karbonun yüzeyinde tutulan kirleticilerin nihai ürünlere (CO2, H2O vd.) dönüştürülerek uzaklaştırılması ve çevreye olacak kirlilik yükünün minimize edilmesi imkânını da sunmaktadır. Elektrokimyasal rejenerasyonun avantajlarından bazıları şunlardır: rejenerasyon oda sıcaklığında bile gerçekleştiği için daha az enerji tüketilir (Berenguer vd., 2010a) ve geleneksel yöntemlere kıyasla 9 rejenerasyon daha hızlı gerçekleşir (McQuillan vd., 2018). Diğer yandan yerinde rejenerasyon potansiyeli de kullan-rejenere et-kullan döngüsünü mümkün kılarak yüksek olan işletme maliyetini de çok düşük seviyelere indirgemesi mümkün görülmektedir. Elektrokimyasal rejenerasyon sürecini etkileyen faktörler: uygulanan akım, kullanılan elektrolit, pH, elektrotlar arası mesafe, uygulanan yük ve aktif karbonun elektrokimyasal reaktöre yerleştirilme şeklidir (W. Zhou vd., 2021). Geleneksel rejenerasyon proseslerinin aksine elektrokimyasal rejenerasyon mekanizmaları elektrokimyasal sistemlerde elektrik alanı oluşturur (W. Zhou vd., 2021). Elektrokimyasal arıtma sisteminin diğer bir avantajı, geleneksel arıtma sistemine kıyasla çamur oluşturmaması ve düşük elektrik enerjisi tüketimidir. Elektrokimyasal proseste arıtma işlemi, kirletici oksidasyon veya redüksiyon yoluyla yok edildiğinden hücrenin anot ve katot arasındaki elektriksel alana bağlıdır (L. K. Wang vd., 2016). Doymuş aktif karbon rejenerasyonu iki aşamada gerçekleşmektedir. Birincisinde, doymuş aktif karbon yüzeyinde desorpsiyon başlar ve aktif karbon yüzeyi tamamen kirleticiden arındırılana kadar devam eder (Şekil 2.5 (A)–(C)). Bu aşamada doğal pH 2.1. denklemin de gösterilen reaksiyona göre artabilir (Nienhauser vd., 2022). İkincisinde ise elektrotlarda ve aktif karbon boşluklarında meydana gelen elektrokimyasal reaksiyonlarla kirleticilerin sistemden tamamen uzaklaştırılmasıdır (Şekil 2.5 (D)). Denklem 2.2’de ki reaksiyona göre kirleticilerin bozunma meydana gelebilir (Ersan vd., 2023). Kısaca, bozunma döngülerini tekrarlayarak, kirletici maddeler mineralleştirilebilir veya metan, H2O ve CO2 gibi nihai ürünlere indirgenebilir (Nienhauser vd., 2022). İdeal bir aktif karbon rejenerasyonu her iki aşamanın da gerçekleşmesiyle oluşur (McQuillan vd., 2018). 2𝐻 − −2𝑂 + 2𝑒 → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻 (2.1) 2𝐻2𝑂 → 𝑂 + − 2(𝑔) + 4𝐻 + 4𝑒 (2.2) 10 Şekil 2.5. Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonunda oluşan mekanizmaları. (McQuillan vd., 2018). Genel olarak, çoğu elektrokimyasal arıtma hücresi, elektrotların ve katotların bir arada bulunması gibi ana unsurları birleştirerek yerinde çalışmayı kolaylaştırır. Elektrokimyasal arıtma süreci, diğer atık su arıtma mekanizmalarına göre daha az toksik ve çevre dostu olarak kabul edilir çünkü kirleticileri katı atık oluşturmadan CO2 ve H2O'ya oksitlemektedir. Elektrokimyasal arıtmayı araştıran çeşitli çalışmalar dikkate değer sonuçlar ortaya koymuştur (Feng vd., 2013). Elektrokimyasal arıtma yöntemleri kullanılarak kirleticilerin giderilmesi ve suyun arıtılması, adsorpsiyon ile geliştirildiğinde umut verici sonuçlar göstermiştir. Elektrokimyasal oksidasyon, daha önce ileri oksidasyon prosesleri yönteminde gösterildiği gibi hem atık su arıtımında hem de adsorban rejenerasyonunda kabul edilebilir (Mohammad, 2016). Örneğin Berenguer ve arkadaşların 2010 ’da yaptıkları çalışma da fenol ile doyurulmuş aktif karbonun rejenerasyonu için termal, kimyasal ve elektrokimyasal rejenerasyon yöntemleri 11 karşılaştırmışlardır. Çalışma sonucunda termal, kimyasal ve elektrokimyasal rejenerasyon için ortaya koydukları gözlemleri şunlardır;  Elektrokimyasal rejenerasyon aktif karbonun rejenerasyonu için kullanılabilecek en etkili rejenerasyon yöntemi olduğu sonucuna varmıştırlar. Çünkü 3 saatlik kısa bir sürede hem % 84 giderim verimine ulaşmıştır hem de aktif karbonun yapısında bozulma meydana gelmemiştir.  Termal rejenerasyonda da elektrokimyasal rejenerasyon ile aynı giderim sonuçları elde edilmiş olsa da bu verimi elde edebilmek için 450-600 ℃ ’lik sıcaklığa çıkarılması gerektiğini ifade etmiştirler.  NaOH kullanılarak gerçekleştirilen kimyasal rejenerasyonda ise giderim veriminin % 60 ’ın altında olduğu için diğer iki yönteme göre daha az etkili olduğunu ortaya koymuşturlar.  Aktif karbonu kullanan endüstriyeler için elektrokimyasal rejenerasyonun kullanımına yararlı olacağını ifade etmiştirler (Berenguer vd., 2010b). 2.4. Literatürde Elektrokimyasal Yöntemle Aktif Karbon Rejenerasyonu Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu sağladığı kolaylıklardan dolayı uzun süredir araştırılmaktadır. Özellikle gelişen teknolojiyle beraber hem rejenerasyon verimi artmıştır hem de maliyetin giderek daha da düştüğü gözlemlenmiştir. Diğer yöntemlerin dezavantajları göz önüne alındığında aktif karbonun rejenerasyonu için elektrokimyasal yönteme doğru eğilim başlamıştır. Zanella ve arkadaşları (2017), fenol ile doyurulmuş aktif karbonun elektrokimyasal yöntemle rejenerasyonunu amaçlamışlardır. Şekil 2.6’da ki proses için optimum şartları yaptıkları denemeler sonucunda; akımı 1.6 A, NaCl konsantrasyonunu % 3 (w/w), rejenerasyon süresini 120 dakika olarak tespit etmişlerdir. Bu şartlar altında rejenerasyon verimini % 100 bulmuşlardır (Zanella vd., 2017). 12 Şekil 2.6. Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyon prosesi (Zanella vd., 2017) Başka bir araştırmada, çinko ile doyurulmuş granül aktif karbonunun (GAK) elektrokimyasal rejenerasyon ve asit yıkama (kimyasal rejenerasyon) yöntemleriyle karşılaştırılmasını amaçlamışlardır. Bu iki yöntem ile yapılan çalışmalarda optimum şartlar altında giderim verimleri sırasıyla % 88 ve % 25,3 olarak bulunmuştur. Bu bulgular sonucunda GAK rejenrasyonu için elektrokimyasal yöntemin daha etkili ve uygun olduğu ifade etmişlerdir (Weng vd., 2014). Zhou ve arkadaşları (2019)’da reaktif mavi 19 yüklü GAK rejenerasyonu için düşük bakım gerektiren, "kendi kendini temizleyen" bir elektrokimyasal yaklaşımı değerlendirmişlerdir. Bu amaçla, Ti/karışık metal oksit (Ti/KMO) anot kullanılarak kesikli deneyler gerçekleştirmişlerdir. Sonuçları uzun süreli elektrokimyasal işlemin (12 saat boyunca), % 88,7'ye kadar rejenerasyon verimliliği sağlayacağını göstermiştir. Adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsünü 10 kez tekrar etkilerinde bile ulaştıkları rejenerasyon verimi % 52,3’tür (W. Zhou vd., 2019). Gomez ve arkadaşları (2021) yılında yaptıkları çalışmada içme suyu arıtma tesisinden elde ettikleri doymuş aktif karbonu Pt/Ti anot ve Pt/Ti ve paslanmaz çelik katot kullanarak 6 gramlık ve 3,5 kilogramlık iki farklı reaktörde elektrokimyasal olarak rejenerasyonunu araştırmışlardır. Reaktörlerin farklı konfigürasyon ve akım 13 yoğunluğunu incelemiştirler. Sonuç olarak 6 g’lık reaktörde 0,05 M H2SO4 kullanıldığında 8 saatin sonundaki rejenerasyon verimini % 96 olarak bulmuşlardır. 3,5 kg’lık reaktörde ise rejenerasyon verimini % 95 olduğunu ifade etmiştirler ve aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu termal rejenerasyona göre daha ucuz ve daha sürdürülebilir olacağını vurgulamışlardır (Ferrández-Gómez, Ruiz-Rosas, vd., 2021) Su arıtma tesisinden elde edilen doymuş aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu araştıran bir diğer çalışmada Ferrandez ve arkadaşlarının 2021 yılında yaptıkları araştırmadır. Doymuş aktif karbon ağırlığı 10 ve 15 kg’dır. Her iki durumda da optimum şartlar da rejenerasyon verimi yaklaşık % 95 olarak elde etmişlerdir. Bu sonuç ile gelecekteki endüstriyel uygulamalar için termal rejenerasyona alternatif olarak umut verici bir ölçeklendirme seçeneği sunduğunu ortaya koymuşlardır. Çalışmada ayrıca Pt/Ti, RuO2/Ti ve IrO2/Ti anotları arasında bir karşılaştırma yapılmış ve test edilen anotlar arasında önemli bir fark olmadığını ifade etmişlerdir. RuO2/Ti ve IrRO2/Ti, ekonomik bir alternatif olarak Pt/Ti anodunun yerine kullanılabileceğini önermişlerdir (Ferrández- Gómez, Cazorla-Amorós, vd., 2021). Doymuş karbon fiber kumaşın (KFK) elektorokimyasal rejenerasyon verimi üzerine anot ve katot bölgelerinin etkisi incelemek için Santos ve arkadaşları 2022 ‘de çalışma yapmışlardır. Rejenere edilen KFK daha sonra Metilen mavisi (MM) ile adsorpsiyon deneyleri yapılarak rejenerasyon verimlerini değerlendirmiş ve adsorbent karakteristiğindeki değişiklikleri rejenerasyon öncesi ve sonrası yapılan FTIR, BET, optik mikroskopi (OM) ve SEM ile analiz etmişlerdir. KFK 0,1 A akımda sırasıyla anodik ve katodik akımlara maruz bırakıldığında yaklaşık % 79 ve % 84 maksimum verim elde etmişlerdir. Ayrıca, adsorbent 2 saat boyunca 0,1 A akımda katodik işlemle adsorpsiyon- rejenerasyon döngüleri boyunca stabilite göstermiş ve malzemenin adsorpsiyon kapasitesi 8 ardışık döngü sonunda neredeyse % 80 civarında geri kazanmışlardır. Sonuç olarak katodik işlemin daha yüksek ve uzun süreli verimliliğini açıklamaya izin verdiği sonucuna ulaşmışlardır. Ayrıca, araştırmada elektrik enerji tüketimi katodik ve anodik için sırasıyla 2,3 ve 2,1 kWsa/kg olarak tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, elektrokimyasal yöntemin karbon adsorbanları birkaç arıtma döngüsü için yeniden kullanılabilir hale 14 getirebilen ekonomik ve çevresel açıdan uygun bir teknik olduğunu göstermişlerdir (Santos vd., 2022). Acuna ve arkadaşlarının 2020 yılında yaptıkları çalışmada metilen mavisi ile sentetik olarak doyurulan granül aktif karbonun rejenerasyonu için elektrokimyasal bir prosesin performansını bor katkılı elmas anotlar kullanmışlardır. Reaktörde üç farklı konfigürasyon test etmişler: 1) akışkan yatak, 2) bölünmüş hücreli dolgulu yatak ve 3) bölünmemiş hücreli dolgulu yatak. Çalışmada elektrolit olarak 0,1 M NaCl kullanılmış ve elektrokimyasal rejenerasyona etkisi olduğu düşünülen üç parametrenin etkileri değerlendirmişler: akım yoğunluğunu, başlangıç pH'sını ve rejenerasyon süresini. En iyi sonuç bölünmüş hücreli dolgu yataklı reaktörde 24 saat rejenerasyon süresinde ve 6 mA/cm2 akım yoğunluğunda % 76 olduğunu ortaya koymuşlardır. Çalışmada bir diğer değinilen husus ise elektrik enerji tüketim hesabıdır. Bir ton başına saatte 1530 kW enerjisi tüketimi elde etmişlerdir (Acuña-Bedoya vd., 2020). Bor katkılı elmas anot kullanılan bir diğer inceleme ise Xing ve arkadaşlarının 2023 yılında yaptıkları çalışmadır. Granüler aktif karbonu p-nitrofenol (p-NO2) ile doyurulmuş ve elektrokimyasal rejenerasyonun etkisi ortaya koymuşlardır. Araştırmada akım yoğunluğu, rejenerasyon süresi, pH değeri, elektrolit konsantrasyonu ve akış hızı gibi parametreler sistematik olarak incelemişlerdir. Optimize edilmiş deneysel koşullar altında, GAK'ın rejenerasyon verimliliği, beş kez adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsünden sonra önemli bir düşüş olmadığını ifade etmişlerdir. Farklı anot malzemelerinin rejenerasyon süreci üzerindeki etkileri analiz edilmiş ve BDD anodunun, PbO2, SnO2 ve Pt anotlara kıyasla üstün performans gösterdiğini ortaya koymuşlardır. Sonuç olarak akım yoğunluğu 25 mA/cm2, rejenerasyon süresi 60 dk, pH değeri 12, elektrolit konsantrasyonu 0,1 M ve akış hızı 150 ml/dk olarak optimize edilen deneysel koşullar altında RE % 81,6 olarak elde etmiştirler. BDD anot sisteminde elektrokimyasal rejenerasyonun pratik uygulamalar için büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermişlerdir (Xing vd., 2023). Aktif karbonun elektrokimyasal yöntemle rejenerasyonunu amaçlayan başka bir çalışmada Cardoso ve arkadaşlarının (2023) yaptıkları incelemedir. Anot olarak bor 15 katkılı elmas katot olarak ise paslanmaz çelik kullanmışlardır. Aktif karbon kafein ile doyurulduktan sonra optimum şartlar (0,01 M NaCl, 0,05A ve 48 saat) altında % 87 ’lik bir giderim verimine ulaşmışlardır. Beş kez tekrarlanan adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsü sonrasında % 80’lik rejenerasyon verimini tespit etmiştirler. Son olarak, elektrokimyasal rejenerasyon sırasında oluşan ara ürünleri de tanımlamışlardır. Bu çalışma ile kafeine doymuş bir AK'nın elektrokimyasal rejenerasyonu için gerçek bir alternatif olduğunu göstermişlerdir (Cardoso vd., 2023). Bor katkılı elmas ve paslanmaz çelik elektrotlarının sırasıyla anot ve katot olarak kullanıldığı diğer bir araştırmada Alvarez ve arkadaşları (2019) tarafından yapılmıştır. GAK diklofenak ile doyurulmuş ve elektrolit olarak 0,1 M Na2SO4 kullanmışlardır. En iyi verimi 20 mA/cm2 akım yoğunluğunda 5 saatlik rejenerasyon süresinde % 87 olarak tespit etmişlerdir. Beşinci döngü sonunda rejenerasyon verimini % 83 olduğunu ifade etmişler. Buna ek olarak enerji tüketimi ve arıtma maliyeti sırasıyla 3,8 kWsa/kg ile 0,25 kg/GAK $ olarak hesaplamışlardır (Alvarez-Pugliese vd., 2019). Ye ve arkadaşlarının 2022’de yaptıkları çalışmada 9,10-antrakinon-2-sülfonik asit/polipirol modifiye grafit plaka (AQS/PPy-GP) katot kullanılarak elektrokimyasal bir rejenerasyon sisteminde Rhodamine B (RhB) doyurulmuş GAK rejenerasyon verimliliği araştırmışlardır. Rejenerasyon parametrelerini optimize etmek için Box-Behnken tasarımına dayalı yanıt yüzeyi yöntemini kullanılmış ve bağımsız değişkenlerin optimum koşullarını ortaya koymuşlardır. Çalışmada ortaya çıkan optimum koşullar altında; uygulanan akım: 155 mA, destekleyici elektrolit konsantrasyonu: 0,13 M ve rejenerasyon süresi: 7 saat sonundaki rejenerasyon verimini % 81,6 olarak tespit etmiştirler. Sekizinci rejenerasyon - adsorpsiyon döngünün sonucunda rejenerasyon verimliliği % 76,6 olarak bulmuşlardır. Böylece bu araştırma ile AQS/PPy-GP katoda dayalı elektrokimyasal rejenerasyon, doymuş aktif karbonların arıtılmasında pratik endüstriyel uygulamalara sahip olabileceğini ifade etmişlerdir (Ye vd., 2022). Liu ve arkadaşlarının 2020’de yaptıkları çalışmada fenol ile doyurulmuş aktif karbon fiberin yeni bir elektro-peroksidisülfat (E-PDS) işlemiyle rejenerasyonunu araştırmışlardır. Geleneksel elektrokimyasal rejenerasyonlayla karşılaştırıldığı zaman bu 16 işlemle daha düşük enerji tüketimi elde etmişlerdir. Hem anot hem de katot olarak Pt kaplı titanyum (5 cm x 3,5 cm) kullanmışlardır. Geleneksel elektrokimyasal rejenerasyonda elektrolit solüsyonu olarak Na2SO4 (0,20 M), elektro-peroksidisülfat rejenerasyonunda elektrolit solüsyonu olarak peroksidisülfatla gerçekleştirmişlerdir. Tüm deneyler sabit sıcaklık (298 K) ve 800 rpm altında yapmışlardır. Bununla birlikte, aktif karbon fiberin adsorpsiyon kapasitesi, E-PDS işlemindeki üç rejenerasyon döngüsünden sonra % 40 'ın üzerinde olduğunu ifade etmişlerdir. Bu nedenle, E-PDS süreci, organik kirleticilerle doymuş karbonların yenilenmesi için potansiyel olarak uygulanabilir bir yaklaşım olarak daha fazla değerlendirme için umut vaat ettiği sonucuna varmışlardır (Liu vd., 2020). Zhang (2002) de yaptığı çalışmada hindistan cevizinden elde edilmiş aktif karbonu fenol ile doyurmuş ve elektrokimyasal olarak rejenerasyonunu için optimum şartları araştırmışlardır. 1,8 cm elektrot mesafesinde, 50 mA, % 1 NaCl elektrolit konsantrasyonu ve 5 saatlik rejenerasyon süresinin en iyi giderim verimine ulaşmışlardır (% 85,2). Yaptığı çalışmanın deneysel sonuçları elektrokimyasal yöntemin fenol ile doymuş aktif karbonu rejenere etmek için kullanılabileceğini göstermişlerdir. Ayrıca elektrokimyasal rejenerasyon verimliliğinin; elektrolit konsantrasyonu, rejenerasyon akımı yoğunluğu ve rejenerasyon süresi gibi çeşitli işletim değişkenlerine bağlı olduğunu ifade etmişlerdir (Zhang, 2002). Karabacakoğlu ve Savlak (2014)’ın yaptıkları araştırmada Cr(VI) ile doymuş granül ve toz aktif karbonların rejenerasyonunu elektrokimyasal yöntemle ile gerçekleştirmişlerdir. Hücre voltajı, elektrolit konsantrasyonu, pH ve rejenerasyon süresi gibi çalışma parametrelerinin rejenerasyon verimliliği ve enerji tüketimi üzerindeki etkilerini belirlemişlerdir. İzoterm deneylerinin verileri Langmuir, Freundlich ve Redlich-Peterson modellerine uygunluğunu incelemişlerdir. Saf ve rejenere aktif karbonların yüzey karakterizasyonu BET, SEM ve Boehm titrasyon yöntemleri kullanılarak araştırmışlardır. Çalışmanın sonucunda her iki karbonunda Langmuir izoterm modeline uyum sağladığı ifade edilmişlerdir. Çalışmadaki elektrokimyasal rejenerasyonun optimum şartları; 1.5 V, % 2 NaCl ve pH 3,6 olarak tespit etmiştirler ve bu sonuçlara göre her iki aktif karbonun rejenerasyon verimini % 70 olarak tespit etmişlerdir. Ayrıca optimum rejenerasyon 17 koşullarında toz aktif karbon ve granürel aktif karbon için enerji tüketimlerini sırasıyla 0,182 ve 0,131 kWsa/kg olarak hesaplamışlardır (Karabacakoğlu & Savlak, 2014). You ve arkadaşlarının 2013’te yaptıkları çalışmada etilendiamin tetraasetik asit (EDTA) ile doyurulmuş aktif karbonun elektrokimyasal olarak rejenere edilmesi için optimum şartların belirlemesini üç boyutlu bir reaktörde incelemişlerdir. Yaptıkları çalışmanın sonucunda çalışmanın optimum koşullarını; 100-300 mA akım yoğunluğu, 1,39 mS/cm elektrik iletkenliği, 60 dakika elektroliz süresi ve pH 6-8 olarak tespit etmişlerdir. Optimum şartlar altında rejenere edilmiş akit karbon % 95’lik toplam organik karbon giderim sağladığını ifade etmişlerdir. Aktif karbon içerisinde adsorbe olan EDTA’nın glisine dönüştüğü ve adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsünün birçok kez tekrarlanmasından dolayı aktif karbonun adsorbent özelliğinin bozulduğu kanısına varmışlardır (You vd., 2013). Weng ve Hsu (2008) yılında yaptıları araştırmada atık su arıtma tesisinden elde edikleri granüler aktif karbonun elktrokimyasal olarak rejenerasyonunu araştırmışlardır. Çalışma kapsamında rejenerasyon süresi, voltaj gradyanı ve elektrolit gibi rejenerasyon parametrelerinin etkilerini incelemişlerdir. Elektrokimyasal rejenerasyonunun performansını, MM adsorpsiyon testleri ile değerlendirmişlerdir. Voltajın artırılması ve rejenerasyon süresinin uzatılması rejenerasyon verimliliğini artırdığı ifade etmişlerdir. Çalışmada optimum koşulları: 0,1 M NaCl, 24 saat ve 5 V/cm olduğunu tespit etmişlerdir. Optimum koşullar altındaki giderim verimini ise % 91,1’dir. Enerji tüketim maliyetinin ise 39 ABD $/ton olarak bulmuşlardır ve bu maliyet ile termal, ultrasonik ve kimyasal rejenerasyonlarıyla karşılaştırmışlardır, elektrokimyasal rejenerasyonun etkili ve ekonomik olduğunu ortaya koymuşlardır (Weng & Hsu, 2008). 18 3. MATERYAL ve METOD 3.1. Materyal 3.1.1. Aktif karbonun hazırlanışı Çalışmada hem saf aktif karbon hem de piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbon kullanılmıştır. Saf aktif karbon ilk önce elendi daha sonra saf suyla iyice yıkanarak kuruyana kadar oda sıcaklığında bekletildi, doymuş aktif karbonun ise hiçbir işlem yapılmadan sadece içerisindeki çakıl taşlarından ayıklanarak direk olarak deneylerde kullanılmak üzere hazır hale getirildi. Burada saf aktif karbon kurutulurken termal etkilerden kaçınmak adına herhangi bir ısıl işlem uygulanmamıştır. Şekil 3.1. Piyasadan elde edilen kirli aktif karbon 3.1.2. Çalışmada kullanılan metilen mavisinin özellikleri Çalışmadaki adsorpsiyon deneylerinde analatik saflıkta olan Fluka markasına ait Metilen Mavisi boyası tercih edilmiştir. Metilen mavisinin kimyasal formülü C16H18ClN3S olup moleküler yapısı Şekil 3.2’de görülmektedir. Metilen mavisi genel olarak yün, ipek, pamuk, deri ve kâğıt gibi malzemelerin boyanması için boya sanayisinde (Özüsoy, 2022), 19 beton ve harç kalite kontrol testlerinde renklendirici olarak beton ve harç kalite kontrolünde, bakteriyel enfeksiyonların teşhisi ve DNA boyama işlemleri için biyoloji ve tıpta ve yeni oluşan balık yumurtalarının mantar ve bakterilerden korunması için kullanılmaktadır (Sakin & Dilekoğlu, 2018). Ayrıca adsorpsiyon denemelerinde metilen mavisinin tercih edilmesi sebepleri şöyle sıralanabilir;  Görsel olarak kolayca tespit edilebilen mavi bir renge sahip olması böylelikle görsel olarak izlenebilirliğini kolaylaşması,  Geniş yüzey alanına sahip adsorbanlarla etkileşime girerek yüksek miktarda adsorbe edilebilir olması,  Birçok adsorbanın yüzeylerine kolayca tutunabilme yeteneğine sahip olması,  Kolayca temin edilebilir ve ekonomik bir bileşik olması (Baytar & Ceyhan, 2018). N + CHH 33C N S N - CH CH Cl 33 Şekil 3.2. Metilen mavisinin moleküler yapısı 3.1.3. Sn/Sb/Ni/ ile kafesin kaplanışı ve katodun hazırlanışı Aktif karbonun içine bırakılan kafes için titanyum telden 2,5 x 4 x 4 cm ölçülerinde kesilerek dikdörtgen haline getirilen malzeme dört bir köşesinden titanyum tel ile puntalandı (Şekil 3.3). Titanyum tel örgüsünden dikdörtgen (5 x 5 cm) olarak kesilen malzeme tam orta noktasından titanyum tel ile puntalandı. Üzerindeki kirden arındırılmak için puntalama işlemi sonrasında % 10’luk oksalik asitte 30 dakika boyunca bekletildi, daha sora ultra saf suyla yıkandı ve ultrasonik banyoda 1-1,5 dakika boyunca bekletildi. Kafes kaplama prosesi ise 500:8:1 molar oranındaki Sn/Sb/Ni/ piroliz solüsyonu içinde 2 dakika bekletildikten sonra önceden ısıtılarak 103 ºC ye getirilen etüvde 15 dakika 20 bekletildi. Etüvden çıkan örgüler 520 ºC dereceye ayarlı olan kül fırınına atıldı ve 15 dakika bekletildi. İlk kaplama döngüsü titanyum örgüler fırında 20 dakika beklemişken diğer döngülerde 15 dakikadır. Kaplama işlemi tamamlanabilmesi için döngü 20 kez tekrarlandı. Son döngüde ise kül fırında 75 dakika muamele edildi. İlk döngüsünü tamamlayan anot kafesinin görünümü Şekil 3.4’te gösterilmektedir. Ayrıca Sn/Sb/Ni/ ile kaplanma sonrasındaki 1, 5, 10, 15 ve 20. döngülerdeki ağırlıkları Çizelge 3.1. de gösterilmektedir. Şekil 3.3. Kaplama işlemine hazırlanan Sn/Sb/Ni kafesi Şekil 3.4. a) kaplanmamış Sn/Sb/Ni kafesi, b) kaplanmasını tamamlanan Sn/Sb/Ni kafesi 21 Çizelge 3.1. Sn/Sb/Ni ile kaplanan kafesin ağırlıkça artışı. Döngü Ağırlık(g) Sayısı 1 1,330 5 1,339 10 1,359 15 1,483 20 1,580 Katot kaplama prosesi ise 5 x 5 cm ebatlarında kesilen titanyum tel kurşun asetat ve kloroplatinik asit ile hazırlanmış solisyon içerisine creadle ile koyulur ve mavi uç katoda kırmızı uç creadle bağlanır. 3 dakika 0,68 A’de 2 dakika 1,36 A’de akım verilir ve 105 ºC deki etüvde 2 dakika durduktan sonra 550 ºC de ısıtılmış kül fırında 75 dakika bekletildi. Kaplanmış ve kaplanmamış katot arasındaki fark Şekil 3.5’te belirtilmiştir. Şekil 3.5. a) kaplanmamış katot malzemesi (Ti), b) kaplanmasını tamamlanan katot malzemesi (Pt/Ti) Çizelge 3.2. Kaplanan katodun ağırlıkça artışı Katot İlk Tartım(g) İkinci Tartım(g) Kaplaması Katot 0.4329 0.4485 22 3.1.4. Çalışmada kullanılan kimyasallar Anot ve katot kaplanmasında, pH ayarlanmasında (NaOH, H2SO4) ve elektrolit için kullanılan bütün kimyasallar analitik saflıkta ve Merck markadır. Aktif karbonu doyurmak için kullanılan metilen mavisi boya analitik saflıkta ve Fluka markadır. Çalışma boyunca çözeltilerin hazırlanması, seyreltmelerin yapılması ve analizler için ise ultra saf su kullanılmıştır. 3.1.5. Deney Sistemi Adsorpsiyon Çalışmaları Adsorpsiyon denemeleri kesikli çalışan bir sistemde (Şekil 3.6) tartma (Precisa XB 220 A) , karıştırma ve spektrofotometre (Hach Lange DR5000 ) de okuma işlemlerine tabi tutularak yürütüldü. Deneylerde boya çözeltileri hazırlamak için hassas terazide ölçülen 1 gramlık metilen mavisi 1 litrelik balon jojeye konularak üzeri saf suyla tamamlanıp, stok çözeltisi hazırlanmıştır. Çözeltiden alınan örnekler çalışılması planlan konsantrasyon değerlerine ultra saf su ile seyreltilerek elde edilmiştir. Giderim verimi hesabı aşağıdaki formüle göre hesaplanmıştır. (𝐶 −𝐶 ) 𝐺𝑖𝑑𝑒𝑟𝑖𝑚 𝑉𝑒𝑟𝑖𝑚𝑖(%) = 0 𝑡 × 100 (3.1) 𝐶0 𝐶0 ve 𝐶𝑡 başlangıç ve t anındaki metilen mavisinin konsantrasyonları (mg/L). Aktif karbon doygunluğu ve giderim veriminin tespiti için adsorpsiyon deneyleri, kontrollü sıcaklık ve karıştırma hızı altında bir orbital çalkalayıcı üzerinde çalkalanan 250 ml'lik erlenler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 12,5 mg/L'lik konsantrasyona sahip metilen mavisi çözeltisine 0,5 g aktif karbon ilave edilmiş ve karıştırma başlatılmıştır. 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180 ve 210 dakikalarda örnekler alınarak 664 nm dalga boyunda spektrofotometre yardımıyla okunmuştur. 23 Şekil 3.6. Kesikli adsorpsiyon sistemi Elektrokimyasal Rejenerasyon Çalışmaları Şekil 3.7’de düzeneği ve Şekil 3.8’de şematik görünümü olan sistemde deneysel çalışmalar 250 ml hacme sahip beher içerisine 200 ml elektrolit, kafes hücresi ve katot plaka yerleştirilerek gerçekleştirilmiştir. Kafes şeklinde tasarlanan anot hücresi içerisine 13 gram metile mavisiyle doyurulmuş veya piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbon konulmuştur. Beher içerisine seçilen elektrolit türünde ve konsantrasyonunda hazırlanmış çözelti ilave edilmiştir. DC güç kaynağı (0–30 V gerilim ve 0–3 A akım ayarlı, WON ODP3033) sabit akıma ayarlanmıştır. Homojenizasyon, beher içerisine atılan manyetik balık karıştırıcı ile sağlanmıştır. Rejenerasyon deneyleri boyunca çalışma bu şekilde devam ettirilmiştir. Rejenerasyon verimini hesaplamak için aşağıdaki denklemden yararlanılmıştır (Acuña- Bedoya vd., 2020). 𝑞 𝑅𝐸(%) = 𝑟 × 100 (3.2) 𝑞𝑖 𝑅𝐸, Rejenerasyon verimi, 𝑞𝑟; Elektrokimyasal rejenerasyondan sonra aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesi, 𝑞𝑖; İşlenmiş aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesi. 24 Ayrıca tüm deneylerde rejenerasyon verimi ortaya konulurken sadece elektrolitin etkisini ortaya koymak için 200 ml elektrolit içerisine aynı şartlarda 13 g doygun aktif karbon atılarak deneyler yürütülmüştür (Şekil 3.7 b). Şekil 3.7. Elektrokimyasal deney düzeneği a) doygun aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu, b) sadece elektrolit etkisiyle gerçekleşen doygun aktif karbon rejenerasyonu Şekil 3.8. Elektrokimyasal deney düzeneğinin şematik görünümü 25 3.2. Metod 3.2.1. Metilen mavisinin dalga boyunun tespiti 1000 mg/L’lik stok çözeltisinden seyreltilerek hazırlanan 1,25 mg/L, 2,5 mg/L, 5 mg/L, 10 mg/L ve 12,5 mg/L çözeltilerle uygun okuma dalga boyunu belirlemek için spektrofotometrede okutulmuştur. Spektrofotometre taraması sonucunda bulunan en iyi dalga boyunun 664 nm olduğu tespit edilmiştir (Şekil 3.9). 3,0 y=0,2096x - 0,0135 2 2,5 R =0,9995 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 Konsantrasyon (mg/L) Şekil 3.9. Metilen mavisinin kalibrasyon eğrisi 3.2.2. Adsorpsiyon izoterminin belirlenmesi Adsorbent tarafından adsorbe edilecek maksimum yükü belirlemek için izoterm çalışmaları yapılmıştır. Bu değerlerin Langmuir ve Frendlich izotermlerine uygunluğu değerlendirilmiştir. Langmuir izoterm modeli bir adsorban üzerine tek tabakayı ifade ederken (Trellu vd., 2018) Freundlich izoterm modeli ise adsorban üzerinde çoklu tabakayı ifade etmektedir (Kundu vd., 2018). 1000 mg/L’lik stok çözeltisinden 26 Abs seyreltilerek hazırlanan 100 mg/L’lik çözeltiye 0,1, 0,15, 0,25, 0,5 ve 0,75 g adsorbent eklenerek deney 24 saat kesintisiz olarak sürdürülmüştür. İzotermler en küçük kareler metoduna göre hesaplanmıştır ve korelasyon sabitlerinin (R2 değerleri) büyüklüklerine göre uygun olan izoterm seçilmiştir. R2’nin 1’e yakınlığı uygunluğun ölçüsüdür (Ye vd., 2022). Langmuir ve Freundlich izotermlerinin R2 değerleri sırasıyla 0,9992 ve 0,6071 olarak tespit edilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda Langmuir izoterminin 1’e daha yakın olduğundan bu çalışma için uygun izotermin Langmuir izotermi olduğu tespit edilmiştir (Şekil 3.10). 1,2 y= (0,0195 * x) - 0,00173 2 R =0,9992 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 10 20 30 40 50 60 Ce Şekil 3.10. Langmuir adsorpsiyon izotermi 3.2.3. Optimum elektrolit türünün belirlenmesi Bu çalışma ile daha önce çokça çalışılan elektrolit türlerine farklılık kazandırılmış ve farklı etkin elektrolit türü ortaya konulmuştur. Na2SO4, K2SO4, NaCl, KCl, KI, NaI, KBr, NaBr, KF ve NaF tuz türleri ile yapılan çalışma, metilen mavisi ile doyurulan ve piyasadan temin edilen doymuş aktif karbon ile gerçekleştirilmiştir. Şekil 3.7’de düzeneği 27 Ce/qe gösterilen sistemde deneysel çalışmalar 250 ml hacme sahip beher içerisine kafes hücresi ve katot plaka yerleştirilerek gerçekleştirilmiştir. Kafes şeklinde tasarlanan anot hücresi içerisine 13 gram aktif karbon ilave edilmiştir. Beher içerisine 0,1 M konsantrasyona sahip; Na2SO4, K2SO4, NaCl, KCl, KI, NaI, KBr, NaBr, KF ve NaF elektrolit çözeltisi ilave edilmiştir. Deneyler ayarlanabilir DC güç kaynağı ile sabit 50 mA/cm2 akım yoğunluğunda, doğal pH’da ve 4 saat rejenerasyon süresinde gerçekleştirilmiştir. Homojenizasyon, beher içerisine atılan manyetik balık karıştırıcı ile sağlanmıştır. Adsorpsiyon deneyleri 1000 mg/L’lik stok metilen mavisi çözeltisinden seyreltilerek hazırlanmıştır. Stok çözeltisinden 12,5 mg/L konsantrasyona sahip metilen mavisi hazırlanarak 250 ml’lik erlene 100 ml konulmuştur. Erlenin içerisine 0,5 g rejenere edilmiş aktif karbon ilave edildikten sonra; 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180 ve 210’nuncu dakikalarda örnekler alınarak daha önceden tespit edilen 664 nm dalga boyunda okunmuştur. 3.2.4. Optimum elektrolit konsantrasyonunun belirlenmesi Optimum elektrolit türü belirlendikten sonra optimum elektrolit konsantrasyonunu belirleme çalışmaları yapılmıştır. Hem metilen mavisine doyurulan aktif karbon için hem de piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonla yapılan denemeler Şekil 3.8’de şematik görünümü mevcut olan elektrokimyasal rejenerasyon düzeneğinde gerçekleştirilmiştir. 0,05, 0,1, 0,2 0,3 ve 0,4 M konsantrasyona sahip metilen mavisi ile doyurulan aktif karbon için KBr, piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbon için ise NaBr elektrolitiyle gerçekleştirilmiştir. Çalışma, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve 4 saat rejenerasyon süresinde gerçekleştirilmiştir ve optimum konsantrasyon miktarını tespit etmeyi amaçlanmıştır. 3.2.5. Optimum pH’nın belirlenmesi Her iki aktif karbonun rejenerasyon verimliliğini en üst düzeye çıkaran koşulları belirlemek için pH 4 ile 10 arasında farklı değerlerinde araştırma yapılmıştır. Deneylerde pH’yı istenilen aralıklarda ayarlamak için seyreltik veya derişik sodyum hidroksit (NaOH) ve sülfürik asit (H2SO4) kimyasalları kullanılmıştır. Başlangıç elektrolit pH’sı 4, 5, 6,7 ve 8, 9 ve 10 değerlerine ayarlanarak gerçekleştirilmiştir. 0,1 M KBr ve 0,1 M NaBr 28 elektrolitleri kullanılarak 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi ve 4 saat rejenerasyon süresinde deneyeler yapılmıştır. 3.2.6. Optimum akım yoğunluğun belirlenmesi Çalışma kapsamında her iki aktif karbon için 4 farklı akım yoğunluğunda (25, 37,5, 50, 62,5 mA/cm2 ) denemeler sürdürülmüştür. Optimum akım yoğunluğun belirlenmesi için Şekil 3.7’de gösterilen düzenekteki kafes içerisine 13 g aktif karbon, 0,1 M KBr veya 0,1 M NaBr elektrolitlerinde 200 ml hacimde, doğal pH’da ve 4 saat rejenerasyon süresinde uygulanmıştır. 3.2.7. Optimum rejenerasyon süresinin belirlenmesi Çalışmada optimum rejnerasyon süresinin belirlenebilmesi için daha öncede tespit edilen şartlar sabit tutularak 13g aktif karbon, 50 mA/cm2 akım yoğunluğunda, 0,1 M KBr ve NaBr den 200 ml hacimde ve doğal pH değerinde her iki aktif karbon için 1, 2, 3 ve 4 saat boyunca Şekil 3.7’deki düzenekte deneyler yürütülmüştür. 3.2.8. Optimum döngü sayısının belirlenmesi Elektrokimyasal rejenerasyonu etkileyen parametrelirin optimum şartları tespit edildikten sonra hem metilen mavisi ile doyurulan hem de piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbon için döngü sayısı tespit edilmiştir. Şekil 3.8’deki düzenekte elektrolit miktarı 0,1 M ve 200 ml hacimde, doğal pH’da, 50 mA/cm2 akım yoğunluğunda ve 4 saatlik rejenerasyon süresiyle rejenerasyon-adsorpsiyon döngüsüne 6 kez tabi tutulmuştur. Her testin başlangıcında doğal pH’da 200 ml’de yeni bir 0,1 M KBr ve NaBr çözeltisi hazırlanmıştır. 3.2.9. Enerji Tüketiminin Hesaplanması Elektrokimyasal sistemlerde önemli etkenlerden birisi de enerji tüketimi hesabının ortaya konulmasıdır. Bunun için çalışmanın son adımında optimum şartlar altındaki enerji tüketimi aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanmıştır. 29 𝑘𝑊𝑠𝑎 𝑈.𝐼.𝑡 𝐸𝐶 ( ) = (3.3) 𝑘𝑔 𝑤.1000 Burada EC enerji tüketimi, U elektrokimyasal hücrenin ortalama voltajı (V), I uygulanan akım (A), t rejenerasyon süresi (saat) ve w AC kütlesidir (kg). 3.2.10. Kinetik değerlendirme Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonun araştırılmasında yalancı-birinci derece kinetiğine uygunluğunun araştırılması için aşağıdaki denklemden oluşturulan eğrinin eğimden kinetik kat sayısı tespit edilmiştir; 𝐶 ln 𝑡⁄𝐶 = 𝑘𝑑 × 𝑡 (3.4) 0 Ct ve C0: t anındaki ve başlangıç anındaki giderim verim, kd: yalancı-birinci derece giderim verim oranı sabiti (l/dakika), t giderim verimi anındaki zaman. 30 4. BULGULAR ve TARTIŞMA Bu doktora çalışması ile hem laboratuvar ortamında metilen mavisine doyurulmuş hem de piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyon yönteminde elektrolit türü, elektrolit konsantrasyonu, uygulanan akım yoğunluğu, pH ve rejenerasyon süresi gibi bağımsız değişkenlerin etkileri değerlendirildi ve optimize edildi. Ayrıca adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsüne tabi tutulan rejenere edilmiş aktif karbonların döngü sayısı araştırıldı. Optimum şartlar altında ihtiyaç duyulan enerji tüketim miktarı ortaya konuldu. Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyon verimini artırabilmek için optimum şartların belirlenmesi önemli bir husustur (Garcia-Rodriguez vd., 2020). 4.1. Optimum Elektrolit Türünün Belirlenmesi Elektrolit türü elektrokimyasal yöntemlerde kirleticilerin oksidasyonunda/ mineralizasyonunda önemli bir rol oynadıkları için tespit edilmesi gerekmektedir (Ramos vd., 2019; Santos, Duarte, Tavares, vd., 2020). Bu çalışmada optimum elektrolitin türü ortaya koya bilmek için 10 (Na2SO4, K2SO4, NaCl, KCl, KI, NaI, KBr, NaBr, KF ve NaF) faklı elektrolit 0,1 M’de ve 200 ml hacimde 4 saatlik rejenerasyon süresine tabi tutularak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sadece elektrolitin etkisi ortaya koyulması için elektrik verilmeden aynı şartlarda deneylerde yapılmıştır. Şekil 4.1’den Şekil 4.5’e kadar her elektrolit için hem elektrik verilerek hem de elektrik verilmeden grafiklileri mevcuttur. Bu grafiklere bakıldığı zaman metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun giderim verimi ile elektrik verilmeden yapılan deneyler arasında rejenerasyon giderim verimi nerdeyse yok denilecek kadar azdır. Na2SO4, K2SO4, NF ve KF destek elektolitlerin giderim verimi diğer elektrolitlere göre çok düşük olduğu tespit edilmiştir. Diğer elektrolitler % 90 üzeri giderim verimi olduğu ortaya konulurken Na2SO4, K2SO4, NF ve KF elektrolitlerin giderim verimleri sırasıyla % 79,87, % 67,68, % 66,89 ve % 69,25 olarak tespit edilmiştir. Literatürde aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu için NF ve KF elektrolitleri ile ilgi her hangi bir çalışmaya rastlanmazken Na2SO4 ve K2SO4 ile yapılan çalışmalarda 31 genellikle giderim verimi düşük çıkmaktadır. Bunun sebebini organik kirleticilerin oksidasyon hızını engelleyen çözelti içindeki radikalleri tüketen iyonlarından kaynaklanabileceğini iddia etmişlerdir (McQuillan vd., 2018; Shi vd., 2020; Zhang, 2002). Grafikler tek tek incelendiği zaman Şekil 4.6’da verildiği gibi en iyi giderim veriminin % 99,73 ile KBr elektrolitinde ve en düşük giderim veriminin % 66,89 ile KF destek elektrolitinde olduğu ortaya konulmuştur. Genel olarak giderim verimlerini yüksek çıkmasının sebebi metilen mavisinin kolay mineralizasyon olduğu söylene bilinir. Bouaziz ve arkadaşlarının (2014) metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonu BDD anodu kullanarak elektrokimyasal rejenerasyonunu incelemiştirler ve % 97’lik bir giderim verilmene ulaşmıştırlar ve tam bir parçalanma olduğunu ifade etmiştirler (Bouaziz vd., 2014). NaCl ve KCl giderim verimlerinin yüksek çıkma sebebinin Dai ve arkadaşları (2017) tarafından belirtildiği gibi serbest klor, hipokloröz asit veya hipoklorit iyonlar gibi aktif klor türlerinin neden olduğu dolaylı oksidasyon reaksiyonlarından kaynaklanabilir (Dai vd., 2017). 100 M.M ile doyurulmuş A.K 0,1 M Na2SO rejenere 4 80 0,1 M Na2SO4 akım geçmediği 0,1 M K2SO4 rejenere 0,1 M K2SO4 akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.1. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M Na2SO4 ve K2SO4 deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi- zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 32 RE (%) 100 M.M ile doyurulmuş A.K 0,1 M NaCl rejenere 80 0,1 M NaCl akım geçmediği 0,1 M KCl rejenere 0,1 M KCl akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.2. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaCl ve KCl deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 100 M.M ile doyurulmuş A.K 0,1 M KI rejenere 0,1 M KI akım geçmediği 80 0,1 M NaI rejenere 0,1 M NaI akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.3. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaI ve KI deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 33 RE (%) RE (%) 100 M.M ile doyurulmuş A.K 0,1 M KBr rejenere 80 0,1 MKBr akım geçmediği 0,1 M NaBr rejenere 0,1 M NaBr akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.4. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaBr ve KBr deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 100 M.M ile doyurulmuş A.K 0,1 M KF rejenere 80 0,1 M KF akım geçmediği 0,1 M NaF rejenere 0,1 M NaF akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.5. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M NaF ve KF deki rejenere sonrası aktif karbonun ve akım geçmediği aktif karbonun rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 34 RE (%) RE (%) Şekil 4.6’da görülen grafikte metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyonunda etkisi araştırılan tüm elektrolitlerin 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat şartlar altındaki rejenerasyon verim sonucu elde edilmiştir. Grafiğe göre en yüksek değer % 99,73 ile KBr Elektrolitinde elde edilmiştir. Çalışmanın metilen mavisi ile yapılan araştırmasında bu destek elektroliti ile sürdürülmüştür. 100 Na2SO4 K2SO4 NaCl 80 KCl KI NaI KBr 60 NaBr KF NaF 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.6. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) Çizelge 4.1’de metilen mavisi ile doyurulmuş akif karbonun rejenerasyonunda deney şartlarından önce ve sonrasında meydana gelen voltaj, pH ve sıcaklık değişimleri mevcuttur. Özelikle sıcaklık artışları dikkat çekmektedir. 35 RE (%) Çizelge 4.1. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum elektrolit türünün belirlenmesinde Denen Başlangıç Elektrolit Başlangıç Bitiş Başlangıç Bitiş Sıcaklık Bitiş Sıcaklık Türleri (0,1 M) Volt Volt pH pH (⁰C) (⁰C) Na2SO4 5,205 5,026 8,52 8,63 22,4 33,9 K2SO4 5,471 5,308 7,45 8,35 18,4 30,2 NaCl 6,751 6,74 8,39 7,31 24 35 4 saatlik KCl 6,901 5,64 8,11 7,5 18,9 31,4 rejenerasyon KI 5,366 5,236 6,15 12,76 27,9 33,9 süresi NaI 4,652 3,985 8,59 12,55 23,8 33,1 KBr 4,623 5,211 8,23 9,28 25,1 34,6 NaBr 5,519 6,358 8,08 8,7 25,7 37,8 KF 5,39 5,955 9,15 10,42 22,3 31,1 NaF 5,205 6,073 9,41 10,42 23,6 31,4 Şekil 4.7 ve Şekil 4.11 arasında ki grafiklerde piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbon rejenerasyonu için kullanılan destek elektrolitlerin hem elektrik verilerek hem de elektrik verilmeden yapılan deneylerin sonuç grafikleri mevcuttur. Elektrik verilmeden gerçekleştirilen deneyler bu grafiklerde de rejenerasyon verimine katkısı yok denecek kadar azdır. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonla yapılan çalışmalarda NaBr ve KBr hariç genel olarak elektrolitlerin etkisi metilen mavisine doyurulmuş aktif karbon kadar yüksek olmadığı gözükmektedir. En düşük giderim verimi % 36,06 ile KI elektrolitinde görülmektedir. Na2SO4 (% 49,12) ve K2SO4 (% 53,31) daha önceki çalışmalarda ifade edilenlerle paralel olarak düşük rejenerasyon verimine sahiptirler. Piyasada erişilebilirliği, çözünürlüğü ve düşük maliyeti nedeniyle yaygın kullanıma sahip NaCl ve KCl elektrolitleri bu çalışmada sırasıyla % 56,35 ve % 59,84 rejenerasyon verimi elde edilmiştir. 36 100 Doymuş A.K 0,1 M Na2SO rejenere 4 80 0,1 M Na2SO4 akım geçmediği 0,1 M R-K2SO4 rejenere 0,1 M K2SO4 akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.7. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki Na2SO4 ve K2SO4 elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 100 80 Doymuş A.K 0,1 M NaCl rejenere 0,1 M NaCl akım geçmediği 0,1 M KCl rejenere 0,1 M KCl akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.8. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaCl ve KCl elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 37 RE (%) RE (%) 100 Doyumuş A.K 80 0,1 M KI rejenere 0,1 M KI akım geçmediği 0,1 M NaI rejenere 0,1 M NaI akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.9. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaI ve KI elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 100 80 Doymuş A.K 60 0,1 M KBr rejenere 0,1 MKBr akım geçmediği 0,1 M NaBr rejenere 0,1 M NaBr akım geçmediği 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.10. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaBr ve KBr elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 38 RE (%) RE (%) 100 Doymuş A.K 80 0,1 M KF rejenere 0,1 M KF akım geçmediği 0,1 M NaF rejenere 0,1 M NaF akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.11. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmeyen 0,1 M deki NaF ve KF elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) Çizelge 4.2’de Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun optimum elektrolit tespiti için yapılan deneylerin öncesinde ve sonrasındaki voltaj, pH ve sıcaklık değişimleri mevcuttur. Burada da sıcaklık artışları dikkat çekmektedir. Çizelge 4.2. Piyasadan doygun olarak temin edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum elektrolit türünün belirlenmesinde Denen Elektrolit Türleri (0,1 Bitiş M) Başlangıç Bitiş Başlangıç Bitiş Başlangıç Sıcaklık Volt Volt pH pH Sıcaklık (⁰C) (⁰C) Na2SO4 6,763 5,561 8,77 8,88 22,65 34,15 K2SO4 5,816 5,909 7,7 8,6 18,65 30,45 NaCl 7,857 7,565 8,64 7,56 24,25 35,25 4 saatlik KCl 9,723 8,19 8,36 7,75 19,15 31,65 rejenerasyon KI 4,679 6,748 6,4 13,01 28,15 34,15 süresi NaI 7,246 8,335 8,84 12,8 24,05 33,35 KBr 7,692 7,486 8,48 9,53 25,35 34,85 NaBr 4,781 5,331 7,79 8,95 25,95 38,05 KF 7,808 8,024 9,4 10,67 22,55 31,35 NaF 9,079 8,932 9,66 10,67 23,85 31,65 39 RE (%) Şekil 4.12’de görüldüğü gibi en yüksek verime NaBr (% 98,78) ile ulaşılmıştır buna en yakın değer % 93,35 giderim verimi ile KBr olmuştur. Bu yüksek giderime Br- iyonun sahip olduğu (78,1) iyonik iletkenlik sonucu olabileceği düşünülmektedir. Her iki aktif karbonda da yüksek rejenerasyon verimine Br- iyonunda elde edilmesi bu öneriyi desteklemektedir. Çalışmalara en yüksek rejenerasyon giderim verimine sahip olan NaBr elektroliti ile devam edilmiştir. 100 80 Na2SO4 K2SO4 NaCl 60 KCl KI NaI KBr NaBr 40 KF NaF 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.12. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) Şekil 4.13 ve Şekil 4.14’te her iki aktif karbon için birinci-derece kinetik katsayılarının değişimleri görülmektedir. Burada da Şekil 4.6. ve Şekil 4.7. ki durum ortaya çıkmaktadır. 40 RE (%) 3,0 Na2SO4 K2SO2,5 4 NaCl KCl KI 2,0 NaI KBr NaBr KF 1,5 NaF 1,0 0,5 0,0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.13. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin ln (Ct/C0)-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 2,5 Na2SO4 K2SO4 2,0 NaCl KCl KI NaI 1,5 KBr NaBr KF NaF 1,0 0,5 0,0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.14. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun 0,1 M deki faklı elektrolit türlerinin ln (Ct/C0)-zaman grafiği (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 41 RE (%) ln (Ct/Co) Ayrıca elektrolit türü değişimi ile elde edilen birinci derece kinetik verileri ve rejenerasyon giderim verimleri Çizelge 4.3 ve Çizelge 4.4’te sunulmuştur. En yüksek verime sahip değerler kalın olarak belirtilmiştir. Buda daha önce ortaya konulan veriler ile örtüşmektedir. Çizelge 4.3. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun birinci-derece kinetik verileri, R2 ve rejenerasyon giderim verimleri Elektrolit Türü kd(1/dk) R 2 Elektrolit 0,1 M Giderim Verimi % NaF 0,0041 0,9803 66,9 K2SO4 0,0041 0,9949 67,68 KF 0,0043 0,978 69,25 Na2SO4 0,0055 0,9859 79,88 KCl 0,008 0,9505 99,83 KI 0,0092 0,9917 98,43 NaCl 0,0096 0,9905 94,43 NaI 0,0097 0,9908 98,34 NaBr 0,0107 0,9915 99,74 KBr 0,0128 0,9931 99,65 Çizelge 4.4. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun birinci-derece kinetik verileri, R2 ve rejenerasyon giderim verimleri Elektrolit Türü kd(1/dk) R2 Elektrolit 0,1 M Giderim Verimi % Na2SO4 0,0028 0,9774 49,13 K2SO4 0,0031 0,9938 53,31 NaCl 0,0035 0,9873 56,36 KCl 0,0039 0,9844 59,84 KI 0,0019 0,9674 36,06 NaI 0,0040 0,9909 62,89 KBr 0,0089 0,9925 93,73 NaBr 0,0105 0,9788 98,78 KF 0,0027 0,9299 56,21 NaF 0,0019 0,9719 46,61 42 4.2. Optimum Elektrolit Konsantrasyonunun Belirlenmesi Destek elektrolitin türü belirlendikten sonra optimum konsantrasyonu tespit edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla her iki aktif karbon için daha önce verilen şartlar sabit tutularak KBr ve NaBr konsantrasyonları değiştirilerek çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bunun için 0,05, 0,1, 0,2, 0,3 ve 0,4 M değişken konsantrasyonlar kullanılmıştır. Ayrıca elektrik olmadan sadece elektrolit konsantrasyonun rejenerasyon verimine bir etkisi olup olmadığı da incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda her iki aktif karbon için de elektriksiz olarak yapılan deneylerde giderim veriminin çok düşük olduğunu tespit edilmiştir. Bununda tek başına yeterli olmadığı açıkça görülmektedir (Şekil 4.16 ve Şekil 4.18). Şekil 4.15’te görüldüğü gibi KBr elektrolit konsantrasyonu 0,05 M’den 0,1 M’ye artırıldığı zaman giderim verimi % 87,28’den % 99,65’e yükselmiştir. KBr elektrolitinin konsantrasyonun aratılmasıyla giderim verimi düşmüştür. En düşük giderim verimine en yüksek elektrolit konsantrasyonunda elde edilmiştir. Şekil 4.17’da görüldüğü gibi NaBr elektroliti içinde durum aynıdır. Elektrolitin 0,05 M dan 0,1 M artmasıyla giderim verimi % 86,32’den % 98,78’ artmaktadır. Elektrolit konsantrasyon değerinin artmasıyla giderim verimi düştüğü gözlemlenmektedir. Her iki aktif karbon içinde en yüksek giderim verimleri 0,1 M KBr ve 0,1 M NaBr elektrolitlerinde elde edilmiştir. En düşük giderim verime ise her iki aktif karbonda da en yüksek molarite olan 0,4 M’de % 83,97 (KBr) ve % 57,23 (NaBr) olarak tespit edilmiştir. Benzer sonuçlar Zang’ın rejenerasyon süresi ve rejenerasyon akımı sırasıyla 5 saat ve 50 mA’de gerçekleştirdikleri farklı NaCl konsantrasyonunu çalıştığı araştırmada da konsantrasyon % 0,01'den % 1'e yükseldikçe rejenerasyon verimliliği üzerindeki etkisi önemli derecede artığı ama konsantrasyon değerini % 2’e çıkarıldığı zaman giderim veriminin düştüğünü ve solüsyonun renginde değişiklik olduğunu görmüşlerdir (Zhang, 2002). Elektrolit konsantrasyonunda ki değişiklik, iyon değişim hızını ve elektrotlar ile elektrolit arasındaki elektrostatik direncin azalmasını doğrudan etkiler, sonuç olarak katot ve aktif karbon partiküllerinin yüzeyinde oksijenin H2O2'ye indirgenmesi gibi elektrokimyasal reaksiyonları iyileştirerek oksidasyon sisteminin performansını arttırır (Asgari vd., 2021). 43 Genel olarak elektrolitin konsantrasyonu artıkça rejenerasyon verimi artışı düşünülse de yüksek konsantrasyonlara çıkıldıkça anodun veya katodun elektrolit tarafından kaplanmasından dolayı verimin düşme olasılığı vardır. Uygulanan voltaj, elektrolit konsantrasyonunun artmasıyla kademeli olarak azalır ve elektrolitik reaksiyonun itici gücünü azaltır. Bu nedenle elektrolit konsantrasyonu artıkça elektrot yüzeyinde adsorbe edilen iyonların aktif bölgeyi işgal ederek •OH üretimini engellemiş ve giderim verimini düşürmüş olabilir (Ye vd., 2022). Çalışmanın devamında elektrolit konsantrasyonu olarak optimum belirlenen 0,1 M KBr ve NaBr kullanılmıştır. 100 0,05 M 0,1 M 80 0,2 M 0,3 M 0,4 M 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman ( dakika) Şekil 4.15. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 44 RE (%) 100 M.M ile doyurulmuş A.K 80 0,05 M KBr akım geçmediği 0,1 M KBr akım geçmediği 0,2 M KBr akım geçmediği 0,3 M KBr akım geçmediği 60 0,4 M KBr akım geçmediği 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.16. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) Çizelge 4.5. ve Çizelge 4.6. görüldüğü gibi rejenerasyon sırasında özellikle sıcaklıkta artış görülmektedir. En yüksek voltaj değişimi 0,05 M ve en düşük voltaj değişimi 0,4 M konsantrasyon elde edilmiştir. Çizelge 4.5. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum elektrolit konsantrasyonu tespit edilirken Başlangıç Bitiş Elektrolit Başlangıç Bitiş Başlangıç Bitiş Sıcaklık Sıcaklık Miktarları Volt Volt pH pH (⁰C) (⁰C) 4 saatlik 0,05 M 9,16 7,983 8,66 7,98 21,8 39,2 rejenerasyon 0,1 M 4,623 5,211 8,23 9,28 25,1 34,6 süresi 0,2 M 4,409 4,052 8,86 9,29 20,5 30,5 0,3 M 4,185 4,202 8,87 9,25 21,7 30,7 0,4 M 3,828 3,986 8,87 9,27 21,7 29,9 45 RE (%) 100 80 0,05 M 0,1 M 60 0,2 M 0,3 M 0,4 M 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.17. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 100 Doymuş A.K 80 0,05 M KBr akım geçmediği 0,1 M KBr akım geçmediği 0,2 M KBr akım geçmediği 0,3 M KBr akım geçmediği 60 0,4 M KBr akım geçmediği 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.18. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun optimum elektrolit konsantrasyonun belirlenmesi (13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) 46 RE (%) RE (%) Çizelge 4.6. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum elektrolit konsantrasyonu tespit edilirken Başlangıç Elektrolit Başlangıç Bitiş Başlangıç Bitiş Bitiş Sıcaklık Sıcaklık Miktarları Volt Volt pH pH (⁰C) (⁰C) 4 0,05 M 15,87 14,47 7,4 8,72 25,54 34,6 saatlik 0,1 M 4,781 5,331 7,79 8,95 25,95 38,05 rejener asyon 0,2 M 6,081 5,904 7,6 8,03 19,24 29,24 süresi. 0,3 M 5,777 5,733 7,61 7,99 20,44 29,44 0,4 M 4,441 4,537 7,61 8,01 20,44 28,64 4.3. Optimum pH’nın belirlenmesi Borja ve arkadaşlarının 2021’de yaptığı çalışmada ifade etikleri gibi pH, bazı organik kirleticilerin aktif karbon desorpsiyonuna yardımcı olduğu için elektrokimyasal rejenerasyonda bakılması gereken önemli parametrelerden biridir (Ferrández-Gómez, Cazorla-Amorós, vd., 2021). Bu doktora çalışması kapsamında optimum pH’yı belirlemek için 4 ile 10 değerleri arasında hem alkali hem de asidik ortamda her iki aktif karbon için deneyler gerçekleştirildi. Şekil 4.19 ve Şekil 4.21’de görüldüğü gibi en yüksek rejenerasyon verimine KBr ve NaBr elektrolitlerin doğal pH’larına yakın olan pH 8’de gözlemlenmektedir. Genel olarak Şekil 4.19. ve Şekil 4.21’de bakıldığı zaman Pi ve arkadaşlarının (2022) ifade edikleri gibi aktif karbonun çok çeşitli pH koşulları altında yüksek rejenerasyon kabiliyetine sahip olduğunu ve rejenerasyon etkisinin alkali koşullar altında daha iyi olduğunu görülmektedir (Pi vd., 2022). McQuillan ve arkadaşlarının (2018) yapmış oldukları çalışmadaki gibi genel olarak yüksek pH değerlerinin desorpsiyon, düşük pH değerlerinin ise oksidasyon reaksiyonlarını geliştirdiğinden bahsetmişlerdir (McQuillan vd., 2018). Ayrıca aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyon ile ilgi çalışmalar göstermiştir ki bazen düşük pH=2~4 (Narbaitz & Karimi-Jashni, 2012) değerlerinde bazen ise yüksek pH=13 değerlerinde daha iyi verim alına bilinir (Narbaitz & McEwen, 2012). Berenguer ve arkadaşları fenol ile doyurmuş aktif karbonla yaptıkları araştırmada bu çalışmaya 47 benzer olarak alkali ortamda % 90’lık maksimum verim elde etmiştirler (Berenguer vd., 2010a). Çalışmanın bundan sonraki aşamalarında herhangi bir pH araylaması yapılmamıştır ve her iki elektrolit için doğal pH (KBr=8,23, NaBr=7,79) ile devam edilmiştir. Çünkü pH 8 de elde edilen değer ile doğal pH’da elde edilen giderim verimi arasında ki fark yok denecek kadar azdır. Şekil 4.21 ve Şekil 4.22’ de ise elektriksiz ortamda pH etkisi araştırılmıştır. Her ne kadar ihmal edilebilecek seviyelerde de olsa bu grafiklerde de en iyi verim pH 8’de olduğu görülmektedir. Çizelge 4.7 ve Çizelge 4.8’te rejenerasyon sonrası ve öncesindeki çalışma koşullarındaki değişimler sunulmaktadır. Çizelge 4.7 ve Çizelge 4.8’te gösterildiği gibi proses sırasında çözelti pH'ında değişiklikler gözlenmiştir. pH 10 hariç diğer bütün pH değerleri başlangıç pH’sına göre artış sağlamıştır. Bu davranış OH- ve H+ iyonları aktif karbon üzerinde adsorbe edilebilir ve aktif karbon ile temas etmeyen elektrotun reaksiyonu H+ (anot) veya OH- (katot) iyonları üretmeye devam ettiğinden pH artışına veya düşüşüne neden olabilir (Acuña- Bedoya vd., 2020; McQuillan vd., 2018). 48 100 pH 4 pH 5 80 pH 6 pH 7 pH 8 pH 9 pH 10 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.19. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 100 M.M ile doyurulmuş A.K 80 pH 4 akım geçmediği pH 5 akım geçmediği pH 6 akım geçmediği pH 7 akım geçmediği 60 pH 8 akım geçmediği pH 9 akım geçmediği pH 10 akım geçmediği 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.20. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun akım geçmeyen optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 49 RE (%) RE (%) Çizelge 4.7. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum pH tespit edilirken Başlangıç Bitiş Başlangıç Başlangıç Bitiş Sıcaklık pH değerleri Bitiş pH Volt Volt pH Sıcaklık (⁰C) (⁰C) 4 3,89 4,02 4 8,85 20,5 30 5 5,454 5,554 5 7,36 21,7 29,5 4 saatlik 6 5,418 5,516 6 8,36 21,7 28,3 rejenerasyon 7 5,216 5,579 7 8,93 21,08 29,4 süresi 8 6,166 6,058 8 7,77 20,72 30,02 9 5,325 5,518 9 8,98 20,36 30,89 10 5,506 6,093 10 9,26 20 28,25 100 pH 4 pH 5 80 pH 6 pH 7 pH 8 pH 9 60 pH 10 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.21. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 50 RE (%) 100 Doymuş A.K 80 pH 4 akım geçmediği pH 5 akım geçmediği pH 6 akım geçmediği pH 7 akım geçmediği 60 pH 8 akım geçmediği pH 9 akım geçmediği pH 10 akım geçmediği 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.22. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun akım geçmediği optimum pH (4-10) değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0,1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) Çizelge 4.8. Piyasadan doygun elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum pH tespit edilirken Bitiş pH Başlangıç Başlangıç Bitiş Başlangıç Bitiş Volt Sıcaklık değerleri Volt pH pH Sıcaklık (⁰C) (⁰C) 4 7,024 8,183 4 8,5 21,856 35,70 5 6,33 6,665 5 8,79 23,056 34,00 4 saatlik 6 9,029 9,068 6 8,54 23,056 30,10 rejenerasyon süresi 7 6,286 6,584 7 8,95 22,436 30,76 8 6,681 6,874 8 8,99 21,716 31,38 9 9,889 9,334 9 8,88 21,716 32,25 10 8,74 8,756 10 9,04 21,356 29,61 51 RE (%) 4.4. Optimum Akım Yoğunluğunun Belirlenmesi Elektrokimyasal rejenerasyonda sadece akım yoğunluğunun arttırılması durumunda bile rejenerasyon veriminin artabileceği ve daha iyi sonuç alınabileceği görülmektedir, bu da akım yoğunluğunu elektrokimyasal rejenerasyonda önemli bir parametre haline getirmektedir (Karimi-Jashni, 2002). Ayrıca akım yoğunluğundaki artışların aktif karbon rejenerasyon verimliliğinde artışa ve rejenerasyon süresinde de azalmaya neden olduğu iyi bilinmektedir (Garcia-Rodriguez vd., 2020). Sun ve ark. aktif karbonun rejenerasyon verimliliğindeki etkisi için yaptıkları çalışma buna örnektir. Giderim veriminin 1,0 A'de 180 dakikada % 90 ve 3,0 A'de 100 dakikada çalıştırıldığında ise % 98'e ulaşabileceğini kanıtlamıştırlar buda enerji tüketiminde tasarruf sağlayabileceğini göstermiştir (Sun vd., 2013). Örneğin, Brown ve Roberts’ in yaptığı çalışmada karbon bazlı bir adsorbanın rejenerasyon verimliliğinin artan akımla istikrarlı bir şekilde arttığını, ancak daha sonra akım yoğunluğu 20 mA/cm2'lik değerden sonra azalmaya başladığını gözlemiştirler (Brown & Roberts, 2007). Çalışma kapsamında her iki aktif karbon içinde gerçekleşen farklı akım yoğunluğu da 25, 37,5, 50 ve 62,5 mA/cm2 rejenerasyon verimi grafiği Şekil 4.23 ve Şekil 4.24’de görülmektedir. Her iki aktif karbon için en etkin verimliliğe 50 mA/cm2 deki akım yoğunluğunda ulaşılmıştır. En düşük verimlilik ise yine her iki aktif karbon da 25 mA/cm2’te olduğu gözlemlenmiştir. Deneysel sonuç, aktif karbonun rejenerasyon veriminin rejenerasyon akımı yoğunluğunun artmasıyla lineer olarak arttığını göstermektedir, bu sonuç Faraday yasası ile uyumludur (Zhang, 2002). Şekil 4.23 ve Şekil 4.24’de görüldüğü üzere akım yoğunluğu artıkça giderim verimi artığı ama 62,5 mA/cm2 ulaştığı zaman giderim veriminin düştüğü gözlemlenmiştir. Bu durum ya aktif karbonun parçalanma ihtimalinden dolayı ya da H2O2 yeniden O2'ye dönüştürüldüğü ve •OH oluşumunu engellediği veya •OH yüksek akımlarda O2'ye dönüştürüldüğü için ortaya çıkmış olabilir (Ye vd., 2022; You vd., 2013). Ayrıca optimum akım yoğunluğu aşıldıktan sonra özellikle elektrotlarda hidrojen ve oksijen 52 oluşumuna yönelik çözelti bozunması gibi artan yan reaksiyonlardan dolayı giderim veriminin stabilizesine veya düşmesine sebep olabilir (McQuillan vd., 2018). Yüksek akım yoğunlukları fazla kirleticilerin uzaklaştırılmasına neden olsa da, bu durum elektrik enerjisi tüketimi artıracağı içinde uygun değildir (Can vd., 2014). Ayrıca Çizelge 4.9 ve Çizelge 4.10’da aktif karbonun rejenerasyonu sırasında başlangıç ve bitiş sonrası değerleri gösterilmektedir. 100 2 25 mA/cm 80 37,5 mA/cm2 2 50 mA/cm 2 62,5 mA/cm 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.23. Metilen Mavisi ile doyurulmuş aktif karbonun optimum akım yoğunluğunun tespit edilmesi (0.1 M KBr, doğal pH, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat) Çizelge 4.9. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum akım yoğunluğu tespit edilirken Akım Başlangıç Bitiş Yoğunluk Başlangıç Bitiş Bitiş Sıcaklık Sıcaklık değerleri Volt Volt pH (⁰C) (⁰C) 4 saatlik 25 mA/cm2 4,591 4,755 9,85 20,2 27,2 rejenerasyon 30 mA/cm2 5,225 5,116 9,25 20 28,06 süresi 50 mA/cm2 4,623 5,211 9,28 25,1 34,6 62,5 mA/cm2 6,765 6,323 7,89 20,2 38 53 RE (%) 100 2 25 mA/cm 2 37,5 mA/cm 2 80 50 mA/cm 2 62,5 mA/cm , 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.24. NaBr nin faklı akım yoğunluk değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) Çizelge 4.10. Piyasadan doygun elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum akım yoğunluğu tespit edilirken Akım Başlangıç Bitiş Yoğunluk Başlangıç Bitiş Bitiş Sıcaklık Sıcaklık değerleri Volt Volt pH (⁰C) (⁰C) 25 mA/cm2 5,812 5,998 9,2 21,59 26,95 4 saatlik 30 mA/cm2 5,952 5,809 9,38 22,54 29,87 rejenerasyon 50 mA/cm2 4,781 5,331 8,95 25,95 38,05 süresi 62,5 mA/cm2 9,257 8,312 8,95 20,25 37 4.5. Optimum Rejenerasyon Süresinin Belirlenmesi Rejenerasyon süresi prosesin ekonomik olması için en önemli parametrelerden biridir (M. H. Zhou & Lei, 2006). Her iki aktif karbon için farklı zamanlarda rejenere edilerek optimum çalışma süresinin tespit edilmesi amaçlanmıştır. Şekil 4.25’de görüldüğü gibi sırasıyla 1, 2, 3 ve 4 saatlik rejenerasyon süresi altında sırasıyla % 74,04, % 81,36, % 97,21 ve % 99,73 giderim verimi elde edilmiştir. Şekil 4.26’da görüldüğü gibi sırasıyla 1, 2, 3 ve 4 saatlik rejenerasyon süresi altında sırasıyla % 50,78, % 69,59, % 70,82 ve % 98,78. Bu sonuçlar rejenerasyon verimi için rejenerasyon süresinin önemini ortaya 54 RE (%) koymuştur. Rejenerasyon süresi uzadığı zaman genel olarak rejenerasyon verimide artmaktadır. Bu sonuçlar, daha uzun rejenerasyon süresinin daha yüksek rejenerasyon verimliliği ile sonuçlandığını öne süren elektrokimyasal yöntemlerle ilgili diğer çalışmalar ile tutarlıdır (Chen vd., 2019; McQuillan vd., 2018; Narbaitz & Karimi-Jashni, 2009; Salvador vd., 2013; L. Wang & Balasubramanian, 2009). Daha uzun elektroliz sürelerinde sürecin iki ana adımda gerçekleştiğini düşündürmektedir; birincisi daha yüzeysel olarak adsorbe edilen kirleticinin uzaklaştırma reaksiyonu, ikincisi ise yavaş difüzyon nedeniyle daha uzun bir rejenerasyon süresi gerektiren aktif karbonu daha dar mikro gözeneklerine adsorbe edilen kirleticinin uzaklaştırılmasıdır (Ferrández-Gómez, Ruiz-Rosas, vd., 2021). Yine de literatürdeki veriler ile karşılaştırıldığı zaman örneğin Acuña-Bedoya ve arkadaşlarının (2020) çalışmasında, % 76 aktif karbon rejenerasyonu elde etmek için 24 saatlik bir rejenerasyon süresi gerekmiştir (Acuña-Bedoya vd., 2020) ve Zhou ve arkadaşları (2019) 12 saat sonra % 88,7 rejenerasyon verimliliğine ulaşmıştır (W. Zhou vd., 2019) rejenerasyon süresinin kısa olması ümit verici bir durumdur. Bununla birlikte rejenerasyon süresinin daha fazla artmasıyla oksidasyon yan ürünleri artığından verimliliği azalabilir (Berenguer vd., 2010a). Yüksek rejenerasyon süreleri büyük enerji tüketimine neden olacağından yüksek maliyetler ortaya çıkacaktır (Ferrández-Gómez, Ruiz-Rosas, vd., 2021). Ayrıca Şekil 4.26 ve 4.27’de görüldüğü gibi elektriksiz ortamda giderim verimi yok denecek kadar azdır. Çizelge 4.12 ve 4.13’de rejenerasyon öncesi ve sonrası değerler sunulmaktadır. 55 100 80 1 saat 2 saat 3 saat 4 saat 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.25. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 100 80 M.M ile doyurulmuş A.K 1 Saat akım geçmediği 2 Saat akım geçmediği 3 Saat akım geçmediği 4 Saat akım geçmediği 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.26. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun akım geçmeyen faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 56 RE (%) RE (%) Çizelge 4.11. Metilen Mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum rejenerasyon süresi tespit edilirken Rejenerasyon Süresi Başlangıç Bitiş Bitiş Başlangıç Bitiş (saat) Volt Volt pH Sıcaklık (⁰C) Sıcaklık (⁰C) 1 8,117 7,747 9,2 19,6 28,6 2 5,231 5,321 9,38 20,1 29,1 3 5,125 6,013 8,9 20 33,2 4 4,623 5,211 9,28 25,1 34,6 100 80 1 Saat 2 Saat 3 Saat 4 Saat 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.27. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 57 RE (%) 100 80 Doymuş A.K 1 Saat akım geçmediği 2 Saat akım geçmediği 3 Saat akım geçmediği 60 4 Saat akım geçmediği 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.28. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun akım geçmediği faklı zaman değerlerinin rejenerasyon verimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) Çizelge 4.12. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun rejenerasyon öncesi ve sonrası değerleri. Optimum rejenerasyon süresi tespit edilirken Bitiş Rejenerasyon Süresi Başlangıç Bitiş Bitiş Başlangıç Sıcaklık (saat) Volt Volt pH Sıcaklık (⁰C) (⁰C) 1 6,802 6,847 9,2 19,6 28,6 2 7,987 8,196 9,38 20,1 35,5 3 7,474 6,876 8,9 20 33,2 4 4,781 5,331 8,95 25,95 38,05 58 RE (%) 4.6. Optimum Döngü Sayısının Belirlenmesi Optimum şartlar belirlendikten sonra önemli bir ticari etkiye sahip olan döngü sayısı da çalışmada incelenmiştir. Aktif karbonun tekrarlanan rejenerasyonu aynı çalışma koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Her iki aktif karbonun rejenerasyonunda elektrokimyasal işlemin etkinliği 6 ardışık adsorpsiyon/rejenerasyon döngüsü boyunca izlenmiştir. Şekil 4.29 ve Şekil 4.30' da sunulan sonuçlar, genel olarak, ilk döngüde oldukça önemli yüksek rejenerasyon veriminin elde edildiğini ancak rejenerasyon sürecinin verimliliğinin daha sonraki döngülerde azaldığını tespit edilmiştir. İlk rejenerasyon döngüsü sonrasında aktif karbonun yapısında bozulmalara sebep olduğu için rejenerasyon verimi giderek düşmüş olabilir (Zhang vd., 2002). Bu çalışmada da benzer sonuçlar elde edilmiştir. Şekil 4.29’da sırasıyla döngü sonrası rejenerasyon giderim verimleri % 99,73, % 95,85, % 88,97, % 86,18, % 86,18 ve % 83,83 iken Şekil 4.30’ ki durum % 98,78, % 90,85, % 83,97, % 81,18, % 78,83 ve % 68,55’dir. Bu sonuçlar, elektrokimyasal rejenerasyon yönteminin tekrarlanan döngülerde bile nispeten yüksek bir verimlilikte tutulabileceğini göstermektedir. Zhou ve Lei 2006’ da yaptıkları çalışmada ilk rejenerasyonda % 89,4’lük bir giderim elde ederken 5’inci rejenerasyonda % 77,7’lik bir giderim elde ettiklerini ifade etmişlerdir (M. H. Zhou & Lei, 2006). Elektrokimyasal yöntemle aktif karbon rejenerasyonu 8 döngüyle araştıran Santos ve arkadaşları ilk döngüde uygulanan akım türüne (anodik veya katodik) bakılmaksızın, sırasıyla % 79 ve % 84 rejenerasyon verimini elde etiklerinin ifade etmiştirler. Ancak rejenerasyon sürecinin verimliliğinin azalarak anodik veya katodik döngü için 8 döngüden sonra sırasıyla % 13 ve % 67 değerlerine ulaştığını görmüştürler (Santos vd., 2022). Bu doktora çalışmasında elde edilen verilerde literatür ile uyum sağlamaktadır. Belki de her döngüden sonra aktif karbon mikro gözeneklerin yok olmasından dolayı yüzey alanının azalmasına neden olduğu için giderim verimi giderek düşmüş olabilir (L. Wang & Balasubramanian, 2009). 59 100 1. Döngü 80 2. Döngü 3. Döngü 4. Döngü 5. Döngü 60 6. Döngü 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.29. Döngü sayısının tespiti (0,1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, rejenerasyon süresi 4 saat) 100 1. Döngü 80 2. Döngü 3. Döngü 4. Döngü 5. Döngü 60 6. Döngü 40 20 0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.30. Döngü sayısının tespiti (0,1 M NaBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, rejenerasyon süresi 4 saat) 60 RE (%) RE (%) 4.7. Enerji Tüketiminin Hesaplanması Son olarak optimum şartlar altındaki rejenere adsorbanın kilogram başına enerji tüketimi her iki aktif karbon türü için incelenmiştir. Enerji tüketimi hesabı metilen mavisi ile doyurulan ve piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbon için 5,211 V ve 5,331 V altında sırasıyla 1,12 ve 1,16 kWsa/kg olarak hesaplanmıştır. Şekil 4.31 ve Şekil 4.32 ’de görüldüğü gibi her iki karbon için zamanla enerji tüketim hesabı artmaktadır. Aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu için farklı çalışmalarda da benzer sonuçlar bulunmuştur (Alvarez-Pugliese vd., 2019; Brown & Roberts, 2007; de Mello vd., 2022). Günümüzde endüstriyel olarak kullanılan termal rejenerasyonun etkili sıcaklığını korumak için gereken yüksek enerji tüketimi nedeniyle pahalı bir süreç olduğu göz önüne alındığında, bu veriler ile aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyon sisteminin uygulanabilirliğini doğrulamak için çok önemlidir (Ohyama vd., 2009; Trellu vd., 2018). Mikrodalga rejenerasyon yöntemi kullanılarak Pan ve diğerleri (2016) tarafında geliştirilen ve sadece % 85’lik bir rejenerasyon verimi elde edebilmek için 928 kWsa/kg elektrik enerjisi tüketimi hesaplamıştırlar (Pan vd., 2016). Bu çalışmada elde edilen veriler Pan ve diğerleri (2016) tarafından yapılan çalışma ile karşılaştırıldığı zaman daha avantajlı olduğu ortaya konulmaktadır. Ayrıca aktif karbonun taşıma aşamasındaki tasarruflar göz önüne alındığında elektrokimyasal yöntemini diğer yöntemlere göre daha ekonomik hale getirmektedir (Acuña-Bedoya vd., 2020). 61 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.31. Metilen mavisi ile doyulan aktif karbonun optimum şartlar altındaki enerji tüketimi-zaman grafiği (0.1 M NaBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 50 100 150 200 Zaman (dakika) Şekil 4.32. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbonun optimum şartlar altındaki enerji tüketimi-zaman grafiği (0,1 M KBr, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi) 62 Enerji Tüketimi (kWh/kg) Enerji Tüketimi (kWh/kg) 5. SONUÇ ve ÖNERİLER Bu tez çalışması ile Sn/Sb/Ni/-Ti kafes anodu ve Pt-Ti katodu kullanılarak hem metilen mavisi ile doyurulmuş hem de piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu için gerekli olan optimum şartlar incelenmiştir. Optimum şartlar belirlendikten sonra adsorpsiyon rejenerasyon döngü sayısı ortaya konulmuştur. Çalışmanın son basamağında her iki aktif karbon için optimum şartlar altındaki enerji tüketim hesaplanmıştır. Böylelikle güncel olarak kullanılan termal rejenerasyon için alternatif bir rejenerasyon yöntemi ortaya konulması amaçlanmıştır. Çalışmada elektrolit türü, elektrolit konsantrasyonu, başlangıç pH, akım yoğunluğu, rejenerasyon süresi ve rejenerasyon döngü sayısı gibi işletme parametrelerinin aktif karbonun rejenerasyonu üzerindeki giderim verimliliği etkileri detaylı olarak araştırılmış ve açıklanmıştır. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbonun rejenerasyonu çalışması neticesinde elde edilen sonuçlar  Deneylerde ilk olarak etkin elektrolit türünün tespit çalışmaları yapılmıştır. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbon çalışmasında optimum elektrolit türünün belirlenmesi için 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat sabit tutularak 10 (Na2SO4, K2SO4, NaCl, KCl, KI, NaI, KBr, NaBr, KF ve NaF) farklı elektrolit türünün 0,1 M konsantrasyonun da hem elektrik verilerek hem de elektrik verilmeden etkileri incelenmiştir. En yüksek rejenerasyon verimine % 99,73 ile KBr’ de elektrolitinde elde edilirken en düşük giderim verimine ise % 66,89 ile NaF elektrolitinde elde edilmiştir.  Optimum elektrolit türü belirlendikten sonra optimum elektrolit konsantrasyon tespiti çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu araştırma kapsamında KBr elektroliti 0,05, 0,1, 0,2, 0,3 ve 0,4 M konsantrasyonu denenmiştir. En iyi rejenerasyon verimine 0,1 M elektrolit konsantrasyonun elde edilirken en düşük rejenerasyon 63 verimin ise % 83,97 ile en yüksek konsantrasyon değeri olan 0,4 M’de olduğu görülmüştür.  Elektrokimyasal rejenerasyonu etkileyen parametreler arasında olan başlangıç pH’in optimum değerinin tespiti için 4, 5, 6, 7, 8, 9 ve 10 pH değerlerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Araştırma aşamasında çalışma koşulları; 0,1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi sabit tutularak incelenmiştir. Çalışma sonucunda en yüksek rejenerasyon verimine % 98,78 ile pH 8’ elde edilmiştir. Doğal pH olan 8,23’te elde edilen rejenerasyon verimi % 99,73 olduğu için çalışmalarda herhangi bir pH ayarlaması yapılmadan doğal pH ile devam edilmiştir.  Sn/Sb/Ni-Ti anodu ve Pt/Ti katodu kullanıldığı elektrokimyasal yöntem ile aktif karbon rejenerasyonunda akım yoğunluğu parametresinin optimize çalışmaları yapılmıştır. Akım yoğunluğun etkisinin araştırılması için 25 mA/cm2 ile 62,5 mA/cm2 arasında ki farklı değerlerde gerçekleştirilmiştir. Yüksek rejenrasyon verimine 50 mA/cm2’de olduğu tespit edilmiştir. En düşük rejenerasyon verimine % 83,27 ile 25 mA/cm2 akım yoğunluğunda bulunmuştur. En yüksek akım yoğunluğu olan 62,5 mA/cm2 ise rejenerasyon verimi % 96,60 olduğu görülmüştür. Yüksek akımın hem maliyet olarak getirisi olduğu hem de düşük verim elde edilmesinden dolayı çalışma da ki optimum akım yoğunluğuna 50 mA/cm2 olarak karar verilmiştir.  Çalışmada optimizasyon parametrelerinden bir tanesi de aktif karbon rejenerasyonun süresidir. Optimum rejenerasyon süresinin tespit etmek için çalışma kapsamında 0,1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi sabit tutularak rejenerasyon süresi 1 ile 4 saat arasında gerçekleştirilmiştir. Rejenerasyon süresi artıkça rejenerasyon giderim verimi %74,04’ten % 99,73’e artmıştır. En düşük giderim verimine en kısa sürede görülmesi birçok çalışma ile ortaya konulmuştur.  Sürdürülebilir bir adsorpsiyon-rejenerasyon sürecinin ortaya konulabilmesi için yapılan diğer çalışma ise döngü sayısının tespitidir. Bunda önceki adamlarda belirlenen optimum şartlar altında (0,1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, rejenerasyon süresi 4 saat ve doğal pH) döngü 64 sayısı tespit edilmiştir. Toplam 6 adsorpsiyon-rejenerasyon döngüsü sonucunda giderim verimi % 99,73’ten % 83,83’e düştüğü görülmüştür  Optimum şartlar belirlendikten sonra yapılan son araştırma aktif karbonların elektrokimyasal rejenerasyonu için gerekli enerji tüketimi hesabının ortaya konulmasıdır. Metilen mavisi ile doyurulan aktif karbon için 5,211 V altında ki enerji tüketimi 1,12 kWsa/kg olarak hesaplanmıştır. Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonun rejnerasyonu neticesinde elde edilen sonuçlar  Metilen mavisi ile doyurulmuş aktif karbon çalışmasında olduğu gibi piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbonda da ilk aşama olarak optimum elektrolit türünün tespiti araştırmaları yapılmıştır. Bu kapsamda 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, doğal pH ve rejenerasyon süresi 4 saat olarak sabit tutularak Na2SO4, K2SO4, NaCl, KCl, KI, NaI, KBr, NaBr, KF ve NaF elektrolitin rejenerasyon verimi üzerine etkileri araştırılmıştır. Elektrolit türlerinin rejenerasyon verimleri sırasıyla % 49,13, % 53,31, % 56,36, %59,84, % 36,06, % 62,89, % 93,73, % 98,78, % 56,21 ve % 46,61 olarak tespit edilmiştir. En yüksek rejenerasyon verimine % 98, 78 ile NaBr elektrolitinde ve buna en yakın değerin % 93,73 ile KBr elektrolitinde olduğu görülmüştür. Çalışmanın diğer aşamalarında NaBr elektroliti ile devam edilmiştir.  Çalışma kapsamında 0,05, 0,1, 0,2, 0,3 ve 0,4 M’ye sahip NaBr elektrolitin farklı konsantrasyonu denemeleri yapılmıştır. En iyi verim % 98,78 ile 0,1 M de belirlenirken en düşük verim ise % 57,23 ile 0,4 M’de tespit edilmiştir.  Aktif karbonun elektrokimyasal yöntemi ile rejenerasyonu araştırma kapsamında optimum başlangıç pH değerini belirlemek için doğal pH dahil olmak üzere 8 farklı (4, 5, 6, 7, 8, 9 ve 10) pH değerinde çalışmalar yapılmıştır. Araştırma aşamasında çalışma koşulları; 0,1 M NaBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi sabit tutularak incelenmiştir. Çalışma sonucunda pH= 8 de % 98,78 giderim verimi olduğu gözlemlenirken doğal pH olan 7,79 da ki giderim verimi de pH 8 ile benzerlik göstermiştir. Dolayısıyla her hangi bir 65 başlangıç pH ayarı yapılmadan bundan sonra ki araştırmalara doğal pH ile devam edilmiştir.  Akım yoğunluğunun aktif karbon rejenerasyonu üzerinde ki etkisini araştırmak için 25, 37,5, 50 ve 62,5 mA/cm2 farklı akım yoğunluğu altında çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Akım yoğunluğu artıkça rejenerasyon verimi sırasıyla % 56,67, % 60,29, % 98,7 ve % 78,83 olarak tespit edilmiştir. Yüksek akım yoğunluğunda düşük giderim verimi elde edildiği için çalışmalara 50 mA/cm2 akım yoğunluğunda gerçekleştirilmiştir.  Piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbon rejenerasyonu için etkin değeri araştırılan bir diğer faktör ise rejenerasyon süresidir. Rejenerasyon süresi 1 saatten 4 saate çıkıldığı zaman rejenerasyon giderim NaBr elektroliti için % 50,78’den % 98,78’e yükselmiştir. Uzun rejenerasyon sürelerinde elektrolitin rengi şeffaf renkten koyu kahverengine doğru arttığı gözlemlenmiştir. Bu durumun aktif karbonun parçalanmasından dolayı olma ihtimali vardır.  Optimum şartlar belirlendikten sonra piyasadan doygun olarak elde edilmiş aktif karbon için optimum şartlar altında adsorpsiyon-rejenerasyon deneylere tabi tutulmuştur. Bu işlem 6 kere tekrarlanmıştır. Her döngüden sonra giderim veriminin azaldığı tespit edilmiştir. Giderim verimi 6. döngüden sonra NaBr destek elektroliti için % 98,78’den % 68,55’e düşmüştür. Bu durum aktif karbon üzerindeki por çaplarının her döngüden sonra daha da bozunmasından kaynaklanmış olabilir.  NaBr elektroliti ile gerçekleştirilen aktif karbon rejenerasyonu için optimum şartlar (0,1 M KBr, 50 mA/cm2, 13 g aktif karbon miktarı, 200 ml elektrolit hacmi, rejenerasyon süresi 4 saat, doğal pH) belirlendikten sonra yapılan son araştırma aktif karbonun elektrokimyasal rejenerasyonu için gerekli enerji tüketimi hesabının ortaya konulmasıdır. Piyasadan doygun olarak elde edilen aktif karbon için 5,331 V altında ki enerji tüketimi 1,16 kWsa/kg olarak hesaplanmıştır. Esasen aktif karbonun kendisi de iyi bir anot materyali olup elektrokimyada yaygın kullanım alanlarına sahiptir (grafit, grafen, BDD anot vs.). Bu özelliği aynı zamanda bize adsorpsiyon prosesi sonucu oluşan atık aktif karbonun rejenere edilerek kullanım fırsatını olanak sunmaktadır. Günümüzde kullanımı yüksek olan rejenerasyon yöntemleri 66 düşünüldüğü zaman ya pahalı yada verimsiz olması yanında tutulan kirleticilerin konsantre bir şekilde tekrar çevreye sorun olma potansiyeli teşkil etmektedir. Bu çalışma ile Sn/Sb/Ni-Ti kafes anodu ve Pt/Ti katodu kullanılarak aktif karbonun elektrokimyasal giderimi için umut verici bir teknik olduğu sonucuna varılmıştır. Bu veriler ışığında elektrokimyasal rejenerasyonun piyasada kullanılan yöntemlere alternatif olabileceği ifade edilebilir. Ayrıca termal rejenerasyon yöntemine alternatif olarak endüstriyel ölçeklerde de elektrokimyasal rejenerasyon yöntemi kullanılabileceği düşünülmektedir. Araştırmalarda genelde kullanılan BDD anot ve elektrolit türü ise NaCl’dir, bu çalışma ile araştırmalarda kullanılan anot ve elektrolit çeşitlerine zenginlik kazandırılmıştır. Sonuç olarak, elektrokimyasal rejenerasyon yöntem ile aktif karbon rejenerasyonun daha verimli, kontrollü ve çevre dostu bir şekilde gerçekleşmesi sağlanmıştır. Daha düşük enerji tüketimi, kontrol edilebilirlik ve çevresel etkilerin azalması gibi avantajlarıyla elektrokimyasal rejenerasyon, aktif karbonun rejenerasyon sürecinde önemli bir yer tutuğu ortaya konulmuştur. Ülkemizde bu yöntemin henüz yaygın olarak kullanılmaması, bu potansiyelin henüz tam anlamıyla keşfedilmemiş olmasından kaynaklana bilinir. Çalışmanın amacı aktif karbonların elektrokimyasal rejenerasyonu olduğu için elektrolit çözeltisinde gerçekleşen reaksiyonlar araştırılmamıştır. Çalışmanın bu aşaması daha sonra ki araştırmalarda kapsamlı olarak incelenerek ortaya konuluna bilinir. Ayrıca bu doktora çalışması sırasında deneyler laboratuvar ortamında gerçekleştirildiği için gerçek bir sistemde görülmeyen ve tespiti bu çalışmayla ortaya net bir şekilde ortaya konulamayan sorunlarla karşılaşmak mümkündür. Bu sorunların net bir şekilde ortaya konula bilmesi için bu çalışmada ki gibi kesikli değil sürekli çalışılan bir adsorpsiyon- rejenerasyon sisteminde çalışan pilot bir sistemin kurularak incelenmesine gerek vardır. 67 KAYNAKLAR Acuña-Bedoya, J., Comas-Cabrales, J. A., Alvarez-Pugliese, C. E., & Marriaga-Cabrales, N. (2020). Evaluation of electrolytic reactor configuration for the regeneration of granular activated carbon saturated with methylene blue. Journal of Environmental Chemical Engineering, 8(5), 104074. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104074 Alvarez-Pugliese, C. E., Acuña-Bedoya, J., Vivas-Galarza, S., Prado-Arce, L. A., & Marriaga-Cabrales, N. (2019). Electrolytic regeneration of granular activated carbon saturated with diclofenac using BDD anodes. Diamond and Related Materials, 93, 193–199. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2019.02.018 Asgari, G., Seid-mohammadi, A., Rahmani, A., Samadi, M. T., Salari, M., Alizadeh, S., & Nematollahi, D. (2021). Diuron degradation using three-dimensional electro- peroxone (3D/E-peroxone) process in the presence of TiO2/GAC: Application for real wastewater and optimization using RSM-CCD and ANN-GA approaches. Chemosphere, 266, 129179. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.129179 Aslım, İ. (2019). İlaç Aktif Maddelerle Yüklenmiş Aktif Karbonun Biyorejenerasyonunda Çamur Yaşının Etkisinin Araştırılması. İstanbul Üniversitesi. Baytar, O., & Ceyhan, A. A. (2018). Metilen Mavisinin Magnetik NiFe2O4/Aktif Karbon Nanokompoziti İle Adsorpsiyonu: Kinetik Ve İzoterm. Selcuk University Journal of Engineering ,Science and Technology, 6(2), 227–241. https://doi.org/10.15317/Scitech.2018.129 Berenguer, R., Marco-Lozar, J. P., Quijada, C., Cazorla-Amorós, D., & Morallón, E. (2010a). Electrochemical regeneration and porosity recovery of phenol-saturated granular activated carbon in an alkaline medium. Carbonn, 48(10), 2734–2745. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.03.071 Berenguer, R., Marco-Lozar, J. P., Quijada, C., Cazorla-Amorós, D., & Morallón, E. (2010b). Comparison among Chemical, Thermal, and Electrochemical Regeneration of Phenol-Saturated Activated Carbon. Energy & Fuels, 24(6), 3366–3372. https://doi.org/10.1021/ef901510c Bouaziz, I., Chiron, C., Abdelhedi, R., Savall, A., & Groenen Serrano, K. (2014). Treatment of dilute methylene blue-containing wastewater by coupling sawdust adsorption and electrochemical regeneration. Environmental Science and Pollution Research, 21(14), 8565–8572. https://doi.org/10.1007/s11356-014-2785-z Brown, N. W., & Roberts, E. P. L. (2007). Electrochemical pre-treatment of effluents containing chlorinated compounds using an adsorbent. Journal of Applied Electrochemistry, 37(11), 1329–1335. https://doi.org/10.1007/s10800-007-9376-3 Bunker, B., Dvorak, B., & Aly Hassan, A. (2023). Thermal Regeneration of Activated Carbon Used as an Adsorbent for Hydrogen Sulfide (H2S). Sustainability, 15(8), 6435. https://doi.org/10.3390/su15086435 Cabal, B., Tsyntsarski, B., Budinova, T., Petrov, N., Parra, J. B., & Ania, C. O. (2009). Improved phenol adsorption on carbons after mild temperature steam reactivation. Journal of Hazardous Materials, 166(2–3), 1289–1295. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.12.041 Can, B. Z., Boncukcuoglu, R., Yilmaz, A. E., & Fil, B. A. (2014). Effect of some operational parameters on the arsenic removal by electrocoagulation using iron electrodes. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 12(1), 1–10. https://doi.org/10.1186/2052-336X-12-95 68 Cardoso, R., Muniz, D., Lucena Matos, C., Caliman, J., & Linares, J. J. (2023). The challenging removal of emerging pollutants: electrochemical regeneration to recover the adsorption capacity of a caffeine-saturated activated carbon. Chemical Papers. https://doi.org/10.1007/s11696-023-02809-0 Chen, W., Dong, J., Zhou, S., Zhang, C., & Fu, D. (2019). Electrochemical mineralization of 1-naphthol and 2-naphthol using boron-doped diamond anodes: Factor analysis and mechanisms study. Journal of Electroanalytical Chemistry, 850. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2019.113399 Dai, Y. D., Yuan, C., Huang, C. P., & Chiang, P. C. (2017). Regeneration of spent carbon nanotubes by electrochemical oxidation over RuO2/Ti electrode. Separation and Purification Technology, 178, 207–214. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.01.021 de Mello, R., Motheo, A. J., Sáez, C., & Rodrigo, M. A. (2022). Combination of granular activated carbon adsorption and electrochemical oxidation processes in methanol medium for benzene removal. Electrochimica Acta, 425, 140681. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140681 Demir, E., & Yalçın, H. (2014). Adsorbentler: Sınıflandırma, Özellikler, Kullanım ve Öngörüler. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, 7(2), 70–79. El Gamal, M., Mousa, H. A., El-Naas, M. H., Zacharia, R., & Judd, S. (2018). Bio- regeneration of activated carbon: A comprehensive review. Separation and Purification Technology, 197, 345–359. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.01.015 Ersan, G., Cerrón-Calle, G. A., Ersan, M. S., & Garcia-Segura, S. (2023). Opportunities for in situ electro-regeneration of organic contaminant-laden carbonaceous adsorbents. Water Research, 232, 119718. https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119718 Feng, L., van Hullebusch, E. D., Rodrigo, M. A., Esposito, G., & Oturan, M. A. (2013). Removal of residual anti-inflammatory and analgesic pharmaceuticals from aqueous systems by electrochemical advanced oxidation processes. A review. Chemical Engineering Journal, 228, 944–964. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.05.061 Ferrández-Gómez, B., Cazorla-Amorós, D., & Morallón, E. (2021). Feasibility of electrochemical regeneration of activated carbon used in drinking water treatment plant. Reactor configuration design at a pilot scale. Process Safety and Environmental Protection, 148, 846–857. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.02.007 Ferrández-Gómez, B., Ruiz-Rosas, R., Beaumont, S., Cazorla-Amorós, D., & Morallón, E. (2021). Electrochemical regeneration of spent activated carbon from drinking water treatment plant at different scale reactors. Chemosphere, 264, 128399. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128399 Garcia-Rodriguez, O., Villot, A., Olvera-Vargas, H., Gerente, C., Andres, Y., & Lefebvre, O. (2020). Impact of the saturation level on the electrochemical regeneration of activated carbon in a single sequential reactor. Carbonn, 163, 265– 275. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.02.041 Jaya Rajan, M., & Indira Anish, C. (2022). Role of Activated Carbon in Water Treatment. Içinde Water Quality - New Perspectives [Working Title]. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.108349 Kannan, N., Karthikeyan, G., & Tamilselvan, N. (2006). Comparison of treatment potential of electrocoagulation of distillery effluent with and without activated Areca 69 catechu nut carbon. Journal of Hazardous Materials, 137(3), 1803–1809. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.05.048 Karabacakoğlu, B., & Savlak, Ö. (2014). Electrochemical Regeneration of Cr(VI) Saturated Granular and Powder Activated Carbon: Comparison of Regeneration Efficiency. Industrial & Engineering Chemistry Research, 53(33), 13171–13179. https://doi.org/10.1021/ie500161d Karimi-Jashni, A. (2002). Electrochemical reactivation of granular activated carbon. University of Ottawa. Kundu, S., Chowdhury, I. H., & Naskar, M. K. (2018). Hierarchical Porous Carbon Nanospheres for Efficient Removal of Toxic Organic Water Contaminants of Phenol and Methylene Blue. Journal of Chemical and Engineering Data, 63(3), 559–573. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00745 Liu, Z., Ren, B., Ding, H., He, H., Deng, H., Zhao, C., Wang, P., & Dionysiou, D. D. (2020). Simultaneous regeneration of cathodic activated carbon fiber and mineralization of desorbed contaminations by electro-peroxydisulfate process: Advantages and limitations. Water Research, 171(1154562), 115456. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115456 Lu, P. J., Lin, H. C., Yu, W. Te, & Chern, J. M. (2011). Chemical regeneration of activated carbon used for dye adsorption. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 42, 305–311. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2010.06.001 McQuillan, R. V., Stevens, G. W., & Mumford, K. A. (2018). The electrochemical regeneration of granular activated carbons: A review. Journal of Hazardous Materials, 355, 34–49. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.04.079 Mohammad, H. (2016). Advanced Oxidation for Wastewater Treatment by Adsorption with Electrochemical Regeneration. Manchester Üniversity. Narbaitz, R. M., & Cen, J. (1994). Electrochemical regeneration of granular activated carbon. Water Research, 28(8), 1771–1778. https://doi.org/10.1016/0043- 1354(94)90250-X Narbaitz, R. M., & Karimi-Jashni, A. (2009). Electrochemical regeneration of granular activated carbons loaded with phenol and natural organic matter. Environmental Technology, 30(1), 27–36. https://doi.org/10.1080/09593330802422803 Narbaitz, R. M., & Karimi-Jashni, A. (2012). Electrochemical reactivation of granular activated carbon: Impact of reactor configuration. Chemical Engineering Journal, 197, 414–423. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.05.049 Narbaitz, R. M., & McEwen, J. (2012). Electrochemical regeneration of field spent GAC from two water treatment plants. Water Research, 46(15), 4852–4860. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.05.046 Nienhauser, A. B., Ersan, M. S., Lin, Z., Perreault, F., Westerhoff, P., & Garcia-Segura, S. (2022). Boron-doped diamond electrodes degrade short- and long-chain per- and polyfluorinated alkyl substances in real industrial wastewaters. Journal of Environmental Chemical Engineering, 10(2), 107192. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107192 Ohyama, K., Kishikawa, N., Matayoshi, K., Adutwum, L. A., Wada, M., Nakashima, K., & Kuroda, N. (2009). Sensitive determination of 1- and 2-naphthol in human plasma by HPLC-fluorescence detection with 4-(4,5-diphenyl-1H-imidazol-2-yl)benzoyl chloride as a labeling reagent. Journal of Separation Science, 32(13), 2218–2222. https://doi.org/10.1002/jssc.200900056 Özkılıç, M. A. (2019). Nohuttan Elde Edilen Aktif Karbon Üzerine Basic Yellow 28 70 Adsorpsiyonu. Kocaeli Üniversitesi. Öztürk, T. (2017). Adsorpsiyon Yöntemi ile Reaktif Boyarmadde Gideriminde Çeşitli Adsorbentlerin Etkinliğinin Değerlendirilmesi. Içinde NKUBAP (C. 87). Özüsoy, M. (2022). Atik Bı̇yokütleden Elde Edı̇len Aktı̇f Karbonun Metı̇len Mavı̇si̇ Adsorpsı̇yonunda Kullanımı. Afyon Kocatepe üniversitesi. Pan, R. R., Fan, F. L., Li, Y., & Jin, X. J. (2016). Microwave regeneration of phenol- loaded activated carbons obtained from Arundo donax and waste fiberboard. RSC Advances, 6(39), 32960–32966. https://doi.org/10.1039/C6RA01642A Panizza, M., & Cerisola, G. (2004). Influence of anode material on the electrochemical oxidation of 2-naphthol: Part 2. Bulk electrolysis experiments. Electrochimica Acta, 49(19), 3221–3226. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2004.02.036 Pi, Z., Hou, K., Yao, F., He, L., Chen, S., Tao, Z., Zhou, P., Wang, D., Li, X., & Yang, Q. (2022). In-situ regeneration of tetracycline-saturated hierarchical porous carbon by peroxydisulfate oxidation process: Performance, mechanism and application. Chemical Engineering Journal, 427, 131749. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131749 Ramos, J. M. P., Pereira-Queiroz, N. M., Santos, D. H. S., Nascimento, J. R., Carvalho, C. M. de, Tonholo, J., & Zanta, C. L. P. S. (2019). Printing ink effluent remediation: A comparison between electrochemical and Fenton treatments. Journal of Water Process Engineering, 31, 100803. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.100803 Şahin, G. (2009). Doğal Organik Maddelerin Adsorpsiyon Yöntemi ile Giderimi. Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü. Sakin, E., & Dilekoğlu, M. F. (2018). Adsorption Removal of Methylene Blue ( MB ) Dye from Aqueous Solution by Biochar Prepared from Almond Shells. 1. International GAP Agriculture and Livestock Congress, 652–655. Salvador, F., Martin-Sanchez, N., Sanchez-Hernandez, R., Sanchez-Montero, M. J., & Izquierdo, C. (2015). Regeneration of carbonaceous adsorbents. Part I: Thermal Regeneration. Microporous and Mesoporous Materials, 202, 259–276. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2014.02.045 Salvador, F., Martin-Sanchez, N., Sanchez-Montero, M. J., Montero, J., & Izquierdo, C. (2013). Regeneration of activated carbons contaminated by phenol using supercritical water. Journal of Supercritical Fluids, 74, 1–7. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2012.11.025 Santos, D. H. S., Duarte, J. L. S., Tavares, M. G. R., Tavares, M. G., Friedrich, L. C., Meili, L., Pimentel, W. R. O., Tonholo, J., & Zanta, C. L. P. S. (2020). Electrochemical degradation and toxicity evaluation of reactive dyes mixture and real textile effluent over DSA® electrodes. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 153, 107940. https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.107940 Santos, D. H. S., Duarte, J. L. S., Tonholo, J., Meili, L., & Zanta, C. L. P. S. (2020). Saturated activated carbon regeneration by UV-light, H2O2 and Fenton reaction. Separation and Purification Technology, 250(March), 117112. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117112 Santos, D. H. S., Santos, J. P. T. S., Duarte, J. L. S., Oliveira, L. M. T. M., Tonholo, J., Meili, L., & Zanta, C. L. P. S. (2022). Regeneration of activated carbon adsorbent by anodic and cathodic electrochemical process. Process Safety and Environmental Protection, 159, 1150–1163. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.01.083 Shan, I. K., Pre, P., & Alappat, B. J. (2013). Steam Regeneration of Adsorbents: An Experimental and Technical Review. Chemical Science Transactions, 2(4). 71 https://doi.org/10.7598/cst2013.545 Shi, H., Wang, Q., Ni, J., Xu, Y., Song, N., & Gao, M. (2020). Highly efficient removal of amoxicillin from water by three-dimensional electrode system within granular activated carbon as particle electrode. Journal of Water Process Engineering, 38, 101656. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101656 Sun, H., Liu, Z., Wang, Y., & Li, Y. (2013). Electrochemical in situ regeneration of granular activated carbon using a three-dimensional reactor. Journal of Environmental Sciences (China), 25(S1), S77–S79. https://doi.org/10.1016/S1001- 0742(14)60630-6 Tang, J.-Y., Xiong, Y.-S., Li, M.-X., Jia, R., Zhou, L.-S., Fan, B.-H., Li, K., Li, W., Li, H., & Lu, H.-Q. (2023). Hyperbranched polyethyleneimine-functionalised chitosan aerogel for highly efficient removal of melanoidins from wastewater. Journal of Hazardous Materials, 447, 130731. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.130731 Tongur, T. (2020). Yüksek Polariteli Bazı Pestisitlerin Sulu Çözeltilerden Aktif Karbon Kumaşı Üzerine Adsorpsiyon ve Elektrosorpsiyon ile Uzaklaştırılmasının Spektrofotometrik Yöntemle İncelenmesi. Akdeniz Üniversitesi. Trellu, C., Oturan, N., Keita, F. K., Fourdrin, C., Pechaud, Y., & Oturan, M. A. (2018). Regeneration of activated carbon fiber by the electro-fenton process. Environmental Science and Technology, 52(13), 7450–7457. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b01554 Türkoğlu, S. (2010). Sudaki Fenolik Kirleticilerin Farkli Adsorplayicilara Adsorpsiyonu ve Katinin Mikrodalga Rejenerasyonu. Ankara Üniversitesi. Ülkeryıldız Balçık, E., Torun, M., & Şahin Nadeem, H. (2020). Gida Atiklarindan Akti̇f Karbo Üretı̇mı̇ ve Aktiḟ Karbonun Gida Endüstrı̇sı̇nde Uygulamalari. Gida / the Journal of Food, 45(2), 217–229. https://doi.org/10.15237/gida.gd19127 Wang, L., & Balasubramanian, N. (2009). Electrochemical regeneration of granular activated carbon saturated with organic compounds. Chemical Engineering Journal, 155(3), 763–768. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.09.020 Wang, L. K., Hung, Y.-T., & Shammas, N. K. (2016). Advanced Physicochemical Treatment Technologies. Weng, C. H., & Hsu, M. C. (2008). Regeneration of granular activated carbon by an electrochemical process. Separation and Purification Technology, 64(2), 227–236. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2008.10.006 Weng, C. H., Lin, Y. T., & Hsu, S. C. (2014). Electrochemical Regeneration of Zn- Saturated Granular Activated Carbon from Electroplating Wastewater Plant. Separation Science and Technology (Philadelphia), 49(4), 506–512. https://doi.org/10.1080/01496395.2013.853083 Xing, X., Tang, J., Yao, S., Chen, H., Zheng, T., & Wu, J. (2023). Electrochemical regeneration of granular activated carbon saturated by p-nitrophenol in BDD anode system. Process Safety and Environmental Protection, 170, 207–214. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.11.082 Ye, X., Cai, W., Lu, D., Liu, R., Wu, Y., & Wang, Y. (2022). Electrochemical regeneration of granular activated carbon using an AQS (9,10- anthraquinone-2- sulfonic acid)/PPy modified graphite plate cathode. Chemosphere, 308. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136189 You, X. Y., Chai, L. Y., Wang, Y. Y., Su, Y. R., Zhao, N., & Shu, Y. De. (2013). Regeneration of activated carbon adsorbed EDTA by electrochemical method. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 23(3), 855–860. 72 https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62539-X Yuen, F. K., & Hameed, B. H. (2009). Recent developments in the preparation and regeneration of activated carbons by microwaves. Advances in Colloid and Interface Science, 149(1–2), 19–27. https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.12.005 Zanella, O., Bilibio, D., Priamo, W. L., Tessaro, I. C., & Féris, L. A. (2017). Electrochemical regeneration of phenol-saturated activated carbon–proposal of a reactor. Environmental Technology (United Kingdom), 38(5), 549–557. https://doi.org/10.1080/09593330.2016.1202327 Zhang, H. (2002). Regeneration of exhausted activated carbon by electrochemical method. Chemical Engineering Journal, 85(1), 81–85. https://doi.org/10.1016/S1385-8947(01)00176-0 Zhang, H., Ye, L., & Zhong, H. (2002). Regeneration of phenol-saturated activated carbon in an electrochemical reactor. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 77(11), 1246–1250. https://doi.org/10.1002/jctb.699 Zhou, M. H., & Lei, L. C. (2006). Electrochemical regeneration of activated carbon loaded with p-nitrophenol in a fluidized electrochemical reactor. Electrochimica Acta, 51(21), 4489–4496. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.12.028 Zhou, W., Meng, X., Ding, Y., Rajic, L., Gao, J., Qin, Y., & Alshawabkeh, A. N. (2019). “Self-cleaning” electrochemical regeneration of dye-loaded activated carbon. Electrochemistry Communications, 100(February), 85–89. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.01.025 Zhou, W., Meng, X., Gao, J., Zhao, H., Zhao, G., & Ma, J. (2021). Electrochemical regeneration of carbon-based adsorbents: a review of regeneration mechanisms, reactors, and future prospects. Chemical Engineering Journal Advances, 5, 100083. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2020.100083 73 ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı : Leyla Gazigil Doğum Yeri ve Tarihi : Özbekistan /11.12.1984 Yabancı Dil : İngilizce Eğitim Durumu Lise : Iğdır Anadolu Lisesi Lisans : Atatürk Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans : Atatürk Üniversitesi Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Çalıştığı Kurum/Kurumlar : Bitlis Eren Üniversitesi Bursa Uludağ Üniversitesi İletişim (e-posta) : leylagazigil@gmail.com Yayınları : Can, O. T., & Gazgil, L. (2019). Elektrokoagülasyon ile Sulardan Renk Giderimine Elektrotlar Arası Mesafe ve Potansiyel Farkı Değişiminin Etkisi. Bitlis Eren Üniversitesi F en Bilimleri Dergisi, 8(4), 1415–1421. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.541056 Can, O. T., Gazigil, L., & Keyikoglu, R. (2022). Treatment of intermediate landfill leachate using different anode materials in electrooxidation process. Environmental Progress & Sustainable Energy, 41(1). https://doi.org/10.1002/ep.13722 Demir Yetiş, A., Gazigil, L., Yetiş, R., & Çelikezen, B. (2019). Hayvansal Atık Kaynaklı Biyogaz Potansiyeli: Bitlis Örneği. Academic Platform Journal of Engineering and Science, 7(1), 1–1. https://doi.org/10.21541/apjes.405308 Demir Yetiş, A., Şahin Bal, S., Karatepe, Ş., Durmaz Bekmezci, H., Gazigil, L., & Yetiş, R. (2016). Investıgatıon of the alpha and beta radıoactıvıty ın drınkıngwater a case study from the rahva area. Applied Science Reports, 14, 159–162. 74 Gazigil, L., Er, E., Kestioğlu, O. E., & Yonar, T. (2022). Pilot-Scale Test Results of Electrodialysis Bipolar Membrane for Reverse-Osmosis Concentrate Recovery. Membranes, 12(1), 83. https://doi.org/10.3390/membranes12010083 Gazigil, L., Er, E., & Yonar, T. (2023). Determination of the optimum conditions for electrochemical regeneration of exhausted activated carbon. Diamond and Related Materials, 133, 109741. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.109741 Rüstemli, S., Polat Dautov, Ç., & Gazigil, L. (2018). Indoor and Outdoor air quality detection using programmable microprocessor and sensor technologies. European Journal of Engineering Research and Science, 3(12), 8–12. 75