Dergiler / Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi / 2026 / Cilt: 26 Sayı: 5

Kapalı Çevrim Elektrokoagülasyon ve Zenginleştirme Sistemi (CEED) ile Jeotermal Sulardan Silika Bakımından Zengin Nano Boyutlu Ürün Geri Kazanımı

Recovery of Silica-Rich Nano-Sized Products from Geothermal Waters Using a Closed-Loop Electrocoagulation and Enrichment System (CEED)

Osman Fevzi Yaman(AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-4170-2418
Muhammed Can(Afyon Kocatepe Üniversitesi)0000-0001-6527-1336
Sayfa
1226–1237
Yayın Tarihi
2026-10-06
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Bulgular, CEED yaklaşımının çözünmüş silis türlerinin elektrokoagülasyon destekli kontrollü çökelmesini sağlayarak bunların silika bakımından zengin nano boyutlu katı ürünler olarak eş zamanlı geri kazanımı için etkili ve uygulanabilir bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Jeotermal enerji sistemlerinde önemli işletme problemlerinden biri, çözünmüş silis türlerinin polimerizasyon ve çökelme süreçleri sonucunda katı silika fazına dönüşerek ekipman yüzeylerinde silika tortuları oluşturmasıdır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bununla birlikte, bu fizikokimyasal dönüşüm silika bazlı katma değerli ürünlerin geri kazanımı için önemli bir potansiyel sunmaktadır.
💡
Sonuç & Katkı:Bulgular, CEED yaklaşımının çözünmüş silis türlerinin elektrokoagülasyon destekli kontrollü çökelmesini sağlayarak bunların silika bakımından zengin nano boyutlu katı ürünler olarak eş zamanlı geri kazanımı için etkili ve uygulanabilir bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Jeotermal su · elektrokoagülasyon · elektrokoagülasyon deney düzeneği tasarımı

Özet

Jeotermal enerji sistemlerinde önemli işletme problemlerinden biri, çözünmüş silis türlerinin polimerizasyon ve çökelme süreçleri sonucunda katı silika fazına dönüşerek ekipman yüzeylerinde silika tortuları oluşturmasıdır. Bununla birlikte, bu fizikokimyasal dönüşüm silika bazlı katma değerli ürünlerin geri kazanımı için önemli bir potansiyel sunmaktadır. Bu çalışmada, Afyonkarahisar Ömer-Gecek jeotermal sahasından temin edilen termal sulardan elektrokoagülasyon yöntemiyle silika bakımından zengin nano boyutlu katı ürünlerin geri kazanımı araştırılmıştır. Geliştirilen Kapalı Çevrim Elektrokoagülasyon ve Zenginleştirme Sistemi (CEED) ile açık ve kapalı çevrim işletme koşulları karşılaştırılmıştır. Deneyler 0.50–1.50 A akım aralığında ve 16.5–62.5 mL/dk debilerde gerçekleştirilmiştir. Kapalı çevrim sistemde en yüksek katı ürün miktarı 1.50 A ve 62.5 mL/dk koşullarında 0.425 mg/mL olarak belirlenmiş ve açık çevrime göre %41.7 daha yüksek geri kazanım elde edilmiştir. Ürün geri kazanım deneylerinde maksimum değer 1.50 A/V2 koşulunda 0.709 mg/mL olarak saptanmıştır. SEM analizleri ortalama 279 nm partikül boyutunu, EDS analizleri ise geri kazanılan ürünün yaklaşık %68.5 SiO₂ içerdiğini göstermiştir. Bulgular, CEED yaklaşımının çözünmüş silis türlerinin elektrokoagülasyon destekli kontrollü çökelmesini sağlayarak bunların silika bakımından zengin nano boyutlu katı ürünler olarak eş zamanlı geri kazanımı için etkili ve uygulanabilir bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur.

Abstract

One of the major operational challenges in geothermal energy systems is the transformation of dissolved silica species into solid silica phases through polymerization ve precipitation processes, leading to the formation of silica scale deposits on equipment surfaces. However, this physicochemical transformation also offers significant potential for the recovery of high-value silica-based products. In this study, the recovery of silica-rich nanoscale solid products from thermal waters obtained from the Afyonkarahisar Ömer-Gecek geothermal field was investigated using the electrocoagulation process. Furthermore, the performance of the newly developed Closed-Loop Electrocoagulation ve Enrichment System (CEED) was evaluated by comparing open-loop ve closed-loop operating conditions. Experiments were conducted at current intensities ranging from 0.50 to 1.50 A ve flow rates of 16.5–62.5 mL min⁻¹. Under closed-loop operation, the maximum solid product concentration reached 0.425 mg mL⁻¹ at 1.50 A ve 62.5 mL min⁻¹, representing a 41.7% higher recovery than that obtained under open-loop conditions. In the product recovery experiments, the highest recovery value was determined to be 0.709 mg mL⁻¹ at 1.50 A/V2. SEM analysis revealed an average particle size of 279 nm, while EDS analysis indicated that the recovered product contained approximately 68.5 wt.% SiO₂. These findings demonstrate that the proposed CEED approach enables the electrocoagulation-assisted controlled precipitation of dissolved silica species into silica-rich nanoscale solid products, allowing their simultaneous recovery ve providing an effective ve practical strategy for both silica scale mitigation ve value-added resource recovery from geothermal fluids.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Yaman, O. F., Can, M. (2026). Kapalı Çevrim Elektrokoagülasyon ve Zenginleştirme Sistemi (CEED) ile Jeotermal Sulardan Silika Bakımından Zengin Nano Boyutlu Ürün Geri Kazanımı. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt: 26 Sayı: 5, 1226–1237. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1989455

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (29)

  1. Bordvik, S. ve Næss, E., 2023. Silica nanoparticle formation from supercritical geothermal sources. Energies, 16(16), 5981. https://doi.org/10.3390/en16165981
  2. Cahyani, I. S., Prasetya, A., Petrus, H. T. B. M. ve Purnomo, C. W., 2022. Nanosilica from geothermal sludge using sol-gel method with addition of CTAB surfactants. AIP Conference Proceedings, 2453, 020008. https://doi.org/10.1063/5.0072886
  3. Can, M. F., Başaran, C., Yıldız, A. ve Demirkapı, M., 2021. Lithium extraction from geothermal waters; a case study of Ömer-Gecek (Afyonkarahisar) geothermal area. Turkish Journal of Earth Sciences, 30, 1208–1220. https://doi.org/10.3906/yer-2105-29
  4. Chen, G., 2004. Electrochemical technologies in wastewater treatment. Separation and Purification Technology, 38(1), 11–41. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2003.10.006
  5. Den, W. and Wang, C.-J., 2008. Removal of silica from brackish water by electrocoagulation pretreatment. Separation ve Purification Technology, 59(3), 318–325. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2007.07.025
  6. Fleming, B. A., 1986. Kinetics of reaction between silicic acid and amorphous silica surfaces in NaCl solutions. Journal of Colloid and Interface Science, 110(1), 40–64. https://doi.org/10.1016/0021-9797(86)90351-6
  7. Fukuyama, M. and Chen, F., 2021. Geochemical characteristics of silica scales precipitated from geothermal fluid at the Onuma geothermal power plant in Japan. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 116(1), 1–13. https://doi.org/10.2465/jmps.201130b
  8. Garcia-Segura, S., Eiband, M. M. S. G., de Melo, J. V., Martínez-Huitle, C. A. (2017). Electrocoagulation and advanced electrocoagulation processes: A general review about the fundamentals, emerging applications and its association with other technologies. Journal of Electroanalytical Chemistry, 801,267–299. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.07.047
  9. Goldberg, V., Winter, D., Nitschke, F., Held, S., Groß, F., Pfeiffle, D., Uhde, J., Morata, D., Koschikowski, J. ve Kohl, T., 2023. Development of a continuous silica treatment strategy for metal extraction processes in operating geothermal plants. Desalination, 565, 116775. https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116775
  10. Jenie, S. N. A., Ghaisani, A., Ningrum, Y. P., Kristiani, A., Aulia, F. ve Petrus, H. T. B. M., 2018. Preparation of silica nanoparticles from geothermal sludge via sol-gel method. AIP Conference Proceedings, 2026, 020008. https://doi.org/10.1063/1.5064968
  11. Liu, Y.-H., Bootwala, Y., Jang, G.-G., Keum, J., Khor, C. M., Hoek, E. M. V., Hatzell, M. C., 2022. Electroprecipitation mechanism enabling silica and hardness removal through aluminum-based electrocoagulation. ACS ES&T Engineering, 2(2), 262–273. https://doi.org/10.1021/acsestengg.1c00315
  12. Lund, J. W. ve Tóth, A. N., 2021. Direct utilization of geothermal energy 2020 worldwide review. Geothermics, 90, 101915. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2020.101915
  13. Meier, D. B., Gunnlaugsson, E., Gunnarsson, I., Jamtveit, B., Peacock, C. L. ve Benning, L. G., 2014. Microstructural and chemical variation in silica-rich precipitates at the Hellisheiði geothermal power plant. Mineralogical Magazine, 78(6), 1381–1396. https://doi.org/10.1180/minmag.2014.078.6.04
  14. Mollah, M. Y. A., Morkovsky, P., Gomes, J. A. G., Kesmez, M., Parga, J. R. ve Cocke, D. L., 2004. Fundamentals, present and future perspectives of electrocoagulation. Journal of Hazardous Materials, 114(1–3), 199–210. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2004.08.009
  15. Moya, D., Aldás, C., Kaparaju, P., 2018. Geothermal energy: Power plant technology and direct heat applications. Renewable ve Sustainable Energy Reviews, 94, 889–901. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.06.047
  16. Mroczek, E. K., Graham, D. J. ve Bacon, L. G., 2019. Removal of arsenic and silica from geothermal fluid by electrocoagulation. Journal of Environmental Chemical Engineering, 7(4), 103213. https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103213
  17. Pardelli, P. T., Tempesti, C., Mannelli, A., Kravos, A., Sabard, A., Fanicchia, F., Paul, S., Şengün, R., Sahiller, H. A., Halaçoğlu, U., Pekdüz, İ., Stefánsson, A. ve Galeczka, I., 2021. Design of a scaling reduction system for geothermal applications. E3S Web of Conferences, 238, 01014. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202123801014
  18. Potapov, V., Fediuk, R., Gorev, D., 2020. Obtaining sols, gels and mesoporous nanopowders of hydrothermal nanosilica. Journal of Sol-Gel Science ve Technology, 94, 681–694. https://doi.org/10.1007/s10971-020-05216-z
  19. Potapov, V., Serdan, A., Gorev, D., Zubaha, S., Shunina, E., 2019. Colloid silica in hydrothermal heat carrier: Characteristics, technology of extraction, industrial applications. IOP Conference Series: Earth ve Environmental Science, 249, 012043. https://doi.org/10.1088/17551315/249/1/012043
  20. Rao, N. Z., Gelb, L. D., 2004. Molecular dynamics simulations of the polymerization of aqueous silicic acid. Journal of Physical Chemistry B, 108(33), 12418–12428. https://doi.org/10.1021/jp049169f
  21. Scott, S., Galeczka, I. M., Gunnarsson, I., Arnórsson, S., Stefánsson, A., 2024. Silica polymerization and nanocolloid nucleation ve growth kinetics in aqueous solutions. Geochimica et Cosmochimica Acta, 371, 78–94. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.02.017
  22. Setiawan, F. A., Rahayuningsih, E., Petrus, H. T. B. M., Nurpratama, M. I., Perdana, I., 2019. Kinetics of silica precipitation in geothermal brine with seeds addition. Geothermal Energy, 7, 26. https://doi.org/10.1186/s40517-019-0138-3
  23. Shortall, R., Davidsdottir, B., Axelsson, G., 2015. Geothermal energy for sustainable development: A review of sustainability impacts and assessment frameworks. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 44, 391–406. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.020
  24. Soltani, M., Kashkooli, F. M., Souri, M., Rafiei, B., Jabarifar, M., Gharali, K., Nathwani, J., 2021. Environmental, economic, and social impacts of geothermal energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 140, 110750. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110750
  25. Syauqi, M., Astuti, W., Aisyiyah, S., Petrus, H. T. B. M., Sutresno, V., Sujoto, H., Mulyono, P., 2023. Modelling of nano silica formation from geothermal silica using co-precipitation method. Solid State Phenomena, 345, 171–178. https://doi.org/10.4028/p-nvh0kl
  26. Tegladza, I. D., Xu, Q., Xu, K., Lv, G., Lu, J., 2021. Electrocoagulation processes: Role of electro-generated flocs in pollutant removal. Process Safety and Environmental Protection, 146, 169–189. https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.08.048
  27. Tobler, D. J. and Benning, L. G., 2013. In situ and time resolved nucleation and growth of silica nanoparticles forming under simulated geothermal conditions. Geochimica et Cosmochimica Acta, 114, 156–168. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.03.045
  28. van den Heuvel, D. B., Gunnlaugsson, E., Gunnarsson, I., Stawski, T. M., Peacock, C. L., Benning, L. G., 2018. Understanding amorphous silica scaling under well-constrained conditions inside geothermal pipelines. Geothermics, 76, 231–241. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2018.07.006
  29. Watanabe, Y., Amitani, N., Yokoyama, T., Ueda, A., Kusakabe, M., Unami, S., Odashima, Y., 2021. Synthesis of mesoporous silica from geothermal water. Scientific Reports, 11, 23645. https://doi.org/10.1038/s41598-021-03133-x