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

46 Su ve Çevre Teknolojileri / Şubat 2020 suvecevre.com olduğu kabın altına yerleştirilen bir mıknatısla toplanmış ve reaksiyon yan ürünlerini içeren kalan solüsyon boşaltılmıştır. Daha sonra nano parçacıklar iyonize suyla yeniden dağıtıl- mıştır. Bu işlem tüm istenmeyen reaksiyon yan ürünlerinin atılmasının sağlanması için üç kez tekrarlanmıştır. Daha sonra manyetik çekirdekler polimerik (polistren) mikro taneciklerin içine katılmış ve manyetik parçacıklar bir emülsiyon solventinin buharlaştırılması süreciyle (emulsion solvent evaporation (ESE) process) hazırlanmıştır. Tablo 1, hazırlanan farklı manyetik parçacıkları göstermektedir. Manyetik parçacıklar daha sonra divalent (iki değerli) amino asit bazlı yüzey aktif maddelerle işlevseleştirilir. N-acyl (N-asil) yüzey etkin maddeler, iki karboksilik grubu taşıyan ve sadece karboksilik gruplar arasındaki aralayıcının ölçüsü farklı olan üç amino asit ile, aminomalonik asit, aspartik asit ve glutamik asidi yağlı asit parçası ile birleştirerek, hazırlandı ve N-acyl amino asit yüzey etkin maddeler elde edildi (Bor- des ve diğerleri, 2009; Bordes ve Holmberg, 2015). Üretilen parçacıkların manyetik özellikleri incelendi ve ticari olarak kullanılan parçacık sistemleriyle karşılaştırıldı. Üzerinde durulan ana özellik, parçacıkların bir sıvıda (suda) harici bir manyetik alan kullanarak ne kadar hızlı ayrılabil- dikleridir. Farklı manyetik düzenlerin ayrılma zamanını ne kadar etkiledikleri de gerek simülasyonlar gerekse deneylerle araştırılmıştır. Bunun için, farklı manyetik konseptleri, akış oranlarını ve farklı parçacıkları test etmek üzere bir laboratu- var ölçekli ayırma sistemi kullanılmıştır. Her parçacık sistemi için numune üzerine uygulanan manyetik alana karşısında manyetik moment oda sıcaklığında 1 T’ye kadar, Lakes- hore Cryotronics marka numune manyetometresi (vibrating sample magnetometer (VSM))kullanılarak ölçülmüştür. Ölçü- len numune manyetik momenti daha sonra toplu mıknatıs- lanmayı (her parçacık kütlesi için ortalama parçacık manyetik momenti) elde etmek için toplam parçacık kütlesine ve her parçacık için ortalama manyetik momenti elde etmek için parçacık sayısına normalleştirilmiştir (bu deneyin sonucu Şekil . 3 a,b de verilmiştir). Sabit bir mıknatısla ayrıldıkları zaman sıvıda manyetik parçacıkların konsantrasyonunu ölç- mek için bir ışık azalması/geçirgenlik düzeni kullanılmıştır (Schaller ve diğerleri, 2008). Bir numune hacminde parçacık konsantrasyonundaki değişme bu şekilde zaman üzerinden ışık geçirgenliğini ölçerek izlenebilmiş ve bu şekilde ayrılma zamanı belirlenebilmiştir (bu deneyin sonucu Şekil . 5’de verilmiştir). Parçacık ayrılma zamanlarının kombinasyonu ve parçacıkların manyetik özellikleri Şekil 6’da pilotlanmıştır. İlave olarak birkaç FEM- modeli (sonlu eleman modeli) geliştirilmiş ve manyetik ayrılma sürecini simüle etmek için COMSOL yazılımına uygulanmıştır. Modeller farklı ayırma konseptlerini incelemek ve ayrılma etkinliği üzerine etki eden önemli parametreleri anlamak için kullanılmışlardır. İlk olarak, yaklaşımımızın simülasyonunu deneysel sonuçlarla karşılaştırarak doğrulamak için ayırma zamanı ölçme düzeni modellenmiştir. Sonuçlar modelin belli sınırlamaları olduğunu ve sürekli olarak ayırma zamanını olduğundan fazla tahmin ettiğini göstermiştir. Bunun esas sebebi modellemeye çalış- tığımız fiziksel problemin karmaşıklığıdır. Ayrılma prosesini etkileyen tüm etmenlerini (örneğin: parçacık beraberliği etkileri /parçacık zinciri oluşturma) dâhil etmeye imkânımız olmadı. Buna rağmen, modeller iyi bir niteliksel anlayış sağ- ladılar ve ayırma sisteminin en uygun duruma getirilmesi için yardımcı oldular. Proje içinde ayırma göstericisine (seperation demons- trator) girdi vermek için birkaç ayırma konsepti test edildi (Şekil 1) . Simülasyon bunun oldukça başında OGMS (open gradient magnetic separator-açık gradyenli manyetik ayırıcı) yöntem yerine HGMS esaslı (high gradient magnetic separa- tor-yüksek gradyenli manyetik ayırıcı) yöntemin kullanılması gerektiğini gösterdi. Manyetik parçacıkların üretilmesi, uygulanması ve tekrar kullanılması ISO standartlarına göre atıf yapılan bir yaşam döngüsü değerlendirmesiyle değerlendirildi (ISO, 2006 a, b). Fonksiyonel ünite 1 m³ atıksu olarak tarif edilmiştir. Sistem sınırları komple sistem olarak manyetik mikro parçacıklarının imal edilmesi ve su arıtması için kullanılmasını kapsar. Enerji ve kaynak kullanımı, kullanılmış kimyasal ara ürünlerin ham madde üretimi dâhil, parçacıkların üretilmesi için dikkate alınmıştır. Ayırma süreci enerji kullanılmasını kapsar ve mikro parçacıkların geri kazanılması için farklı senaryoları mukayese eder. Veri envanteri parçacık üretiminin ham maddesi için genel verileri kullanmıştır. Parçacıkların üretimi ve ayırma süreci için veriler bu incelemedeki çalışmadan özel olarak toplanmıştır. Çevresel süreçleri (kimyasallar, enerji ve yapım) tarif eden sistem girişi verileri ilgili literatürden veya yaşam döngüsü envanteri veri tabanından uygun veri tabanlarından modüller olarak toplanmıştır, ör: Ecoinvent (çevre envanteri) 3.3 (Wernet ve diğerleri, 2016) ve GaBai SP36 (thinkstep AG, 2018). Bu çalışmada sadece bir başlangıç çevre etkisi değerlen- Tablo 1 . Hazırlanan manyetik parçacıkların özeti Çekirdek (nm) Tanecik (nm) Yüzey kimyası MB01 7 1950 Polimetrik yüzey etken madde MB02 7 1050 Polimetrik yüzey etken madde MB006 25 1300 SDS ve amino asit esaslı yüzey etken madde; 1:3 MB007 25 1100 SDS ve amino asit esaslı yüzey etken madde; 1:1 ÇEVİRİ