Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi 139. Sayı (Şubat 2020)

44 Su ve Çevre Teknolojileri / Şubat 2020 suvecevre.com Bu süreçlerin ağır metallerin tam olarak kaldırılamaması, yüksek işletme maliyeti, yüksek enerji tüketimi ve süreç sonunda zehirli bir çamur üretmeleri gibi önemli dezavan- tajları ve sınırlamaları vardır. Birçok durumda, yüzeyde top- lanan maddenin geri kazanımı mümkün değildir veya maliyet bakımından uygun değildir. Manyetik nano parçacıkların uygulandığı bu uygulamada yaklaşık 15 yıl önce ümit verici bir yaklaşım gözükmüştür. Uygun yüzey modifikasyonuyla kombine edilmesi duru- munda manyetik nano parçacıklar kirleticileri yakaladıktan sonra kolayca ayırma imkânı sağlamıştır. Başlangıçta su arıtma süreçlerinde manyetik nano parçacıkların yüzeyde toplayıcı olarak kullanıldığı konsept, kolay ayrılmanın kirletici seviyelerini nitelemek için (Zhao ve diğerleri, 2008; Šafařík ve Šafaříková, 2002) bir yardımcı eleman olarak test mak- sadıyla geliştirilmiş daha sonra giderek daha yaygın olarak kullanılmıştır (Li ve diğerleri, 2013; Tang ve Lo, 2013). Uygulamaya özel yapılan nano parçacıklar benzersiz özellikleri ve modifikasyon yapılabilme potansiyelleriyle bilin- mektedir (Fonnum ve diğerleri, 2005; Pankhurst ve diğerleri, 2003; Pinheiro ve diğerleri, 2018; Santhosh ve diğerleri, 2016; Simeonidis ve diğerleri, 2016) . Su kalitesinin iyileştiril- mesi kapsamında bu parçacıklar genel olarak mevcut arıtma teknolojilerinin sağlamakta başarısız oldukları kirlilik yapıcı maddeleri etkili bir şekilde hedefleyip kaldırma imkânları sunmaları nedeniyle anahtar konumda özelliklere sahiptir. Bunlar: • Geniş yüzey hacim oranlarına sahiptir, bu özellikleri özel kirleticileri yakalanmada kullanılan nitelikler bakımından etkinliklerini artırmaktadır. • Süper paramanyetik özellikler gösterebilirler, yani sadece manyetik bir alanın varlığı halinde mıknatıslanabilir ve manyetik alan kalktıktan sonra kalıcı mıknatıslanma etkisi göstermezler. Bu da parçacıkların kümelenmesini engeller. Aynı zamanda bu parçacıklar büyük parçacık mıknatıs momenti sağlayan yüksek manyetik satürasyon (içine alma) değerine ve yüksek manyetik duyarlılığa da sahiptir. Kirlilik yapan madde yüklü manyetik parçacıklar bu nedenle harici bir manyetik alan veya eğim vasıtasıyla çözeltiden kolayca ayrılabilir. • Yüzeyleri inorganik kabuklarla ve/veya organik molekül- lerle modifiye edilebilir. Bu özellik parçacıkları sadece kararlı hale getirip okside olmalarını önlemez; fakat aynı zamanda onlara hedef kirleticilere yönelik artırılmış bağ- lanma özelliği gibi işlevsellikler de verir. • Yüzey kimyasını tanecik sisteminin yeniden çevrime alır hale getirilmesini sağlayacak şekilde ayarlamak imkânı. Bu parçacığa bağlanan kirlilik yapıcının ayrılmasının sağ- lanması ve parçacığın birden çok su arıtma çevrimlerinde yeniden çevrime alınması anlamına gelir, bu suretle yön- temin çevre üzerine olan etkisi de en aza indirilmiş olur. • Demir oksit esaslı manyetik mikro ve nano metre ölçü- sündeki parçacıklar bio-medikal ve medikal uygula- malarda yirmi yılı aşan süredir kendilerini kanıtlamıştır (örneğin: bio manyetik ayrıştırma, bağışıklık ölçümü için ve medikal görüntüleme tekniklerinde kontrat etmen ola- rak). Kapsamlı in vitro/in vivo (deneysel /canlı ortamda) zehirlilik çalışmaları yapılmaktadır. Bu nedenle çevreye hiçbir zararı olamayan atık veya yan ürünü olan bir süreç geliştirmeye yardımcı olacak manyetik parçacıklar üze- rine geniş ölçekte bir veri tabanı geliştirilmektedir. Bugünlerde en klasik yaklaşım manyetik bir göbeğin ayrılmayı kolaylaştıracağı hibrit malzemeler gerçekleştirmeyi içermektedir bu işlem sırasında komposit malzemeni kalan kısmı belirli bir adsopsiyon (yüzeye tutunma) ve yine belirli bir yüksek yüzey alanı sağlamada kullanılacaktır. Bu şekilde yukarıda belirtilen özelliklerden yararlanılacaktır (Harikishore Kumar Reddy and Lee, 2014; Lu ve diğerleri, 2017; Peng ve diğerleri, 2014; Song ve diğerleri, 2018). Manyetik nano parçacıkların suların kirliliğinin alınma- sında kullanılması üzerine yapılan birkaç çalışmaya rağmen, bu konsept en iyi şartta, konseptin kanıtlanması için bir başvuru seviyesinde kalmıştır. Böyle bir teknolojinin potan- siyelinin gerçek bir hayat senaryosunda dikkate alınması üzerine herhangi bir global yaklaşım dikkate alınmamıştır. Bu nedenle amacımız disiplinler arası bir yaklaşımla man- yetik nano parçacıklara dayanarak yüzeyleri işlevselleştiril- miş manyetik taneciklerin hazırlanması ve çekme kapasi- telerinin ayırma performanslarının araştırılmasıyla beraber incelenmesi olmuştur. Elde edilen bilgiler yaşam döngüsü değerlendirme çalışmasına girdi olarak hizmet edecek farklı senaryoların geliştirilmesinde kullanılmış, bu suretle ileriki gelişmelerdeki anahtar konumda olacak parametrelerin belir- lenmesi ve bu teknolojinin daha üst seviyelere taşınmasına imkân sağlamıştır. 2. MALZEMELER VE YÖNTEMLER Manyetik işlevsellik sağlamaları için polimerik tane parçacıklarıyla birleştirilecek demir oksit nano parçacıklar, demir asetilasetonat solüsyonunun NaBH4 indirgenmesiyle hazırlanmıştır. Hazırlama sürecinin ayrıntıları her yerde tarif edilmektedir (Sommertune ve diğerleri, 2015). NaBH4’ün suyla reaksiyonu sırasında hidrojen oluşumu Fe (II) oksidiyo- nunun Fe(III) olmasına mani olan indirgen bir ortam yaratmış, bu suretle reaksiyon sırasında manyetik nano parçacıkların hava-kararlılığını geliştirmiştir. Nano parçacıklar reaksiyonun ÇEVİRİ