bazi polimer kil kompozitlerinin metal tutma ozelliklerinin incelenmesi the investigation of metal...
TRANSCRIPT
BAZI POLİMER-KİL KOMPOZİTLERİNİN METAL TUTMA
ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
SEMA ÖZMERT
Yüksek Lisans Tezi
KİMYA ANABİLİM DALI
ISPARTA 2006
T.C.
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
BAZI POLİMER-KİL KOMPOZİTLERİNİN
METAL TUTMA ÖZELLİKLERİNİN
İNCELENMESİ
SEMA ÖZMERT
YÜKSEK LİSANS TEZİ
KİMYA ANABİLİM DALI
ISPARTA, 2006
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğüne
Bu çalışma jürimiz tarafından KİMYA ANABİLİM DALI’ nda YÜKSEK LİSANS
TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Başkan: ……………………………………………
Üye: ………………………………………………..
Üye: ………………………………………………..
ONAY
Bu tez …. / …. / 2006 tarihinde Enstitü Yönetim Kurulunca belirlenen yukarıdaki
jüri üyeleri tarafından kabul edilmiştir.
…. / …. / 2006
Prof. Dr. Çiğdem SAVAŞKAN
Enstitü Müdürü
i
İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER................................................................................................................i
ÖZET.............................................................................................................................iii
ABSTRACT...................................................................................................................iv
TEŞEKKÜR....................................................................................................................v
SİMGELER DİZİNİ......................................................................................................vi
ŞEKİLLER DİZİNİ......................................................................................................vii
ÇİZELGELER DİZİNİ................................................................................................viii
1.GİRİŞ...........................................................................................................................1
1.1. Akrilonitril……………….......................................................................................1
1.2. Pomza…………………………………………………………………………….4
1.2.1. Su-atık su Arıtma ve Hava Temizleme Teknolojisinde Pomza Kullanımı..........5
1.3. Adsorpsiyon………………………………………………...……………….……6
1.3.1. Adsorpsiyon İzotermleri…………………………………………………..…....7
1.3.1.1. Freundlich Adsorpsiyon İzotermi…………………………………………….7
1.3.1.2. Langmuir Adsorpsiyon İzotermi……………………………………………...8
1.3.1.3. BET Adsorpsiyon İzotermi………………….…………………………...…...8
1.4. Ağır Metaller……………………...………………………………………….…..9
1.4.1. Kadmiyum………………...………………………………………………......10
1.4.2. Bakır………………………………………………………...…………….…..11
1.4.3. Krom………………………………………………………...………………...12
1.4.4. Çinko………………………………………………………………………….13
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI………………………………………………..…..…14
2.1. Literatür Özetleri…………………………………………………………..….....14
3. MATERYAL VE METOT……………………………………………….…...…..19
3.1. Kullanılan Malzemeler……………………………..………………………..….19
3.1.1. Pomza…………………………………………………………………………19
3.1.2. Kullanılan Kimyasal Maddeler………………………………………………..19
3.1.3. Kullanılan Cihazlar………………………………………………………...….19
3.1.4. Kullanılan Cam Malzemeler………………………………..………………....20
3.2. Kullanılan Çözeltilerin Hazırlanması…………………………………………...20
ii
3.3. Kompozit Sentezi…………………………..………………………..…………..20
3.4. Pomza ve Kompozit ile Cu(II), Cr(III), Cr(VI), Cd(II) ve Zn(II)
Metallerinin Adsorpsiyon Çalışmaları……………………………………….….21
3.4.1. Metal Sorpsiyonuna Derişimin Etkisi…………………………………………21
3.4.2. Metal Sorpsiyonuna pH’ ın Etkisi……………………………………………..22
3.4.3. Metal Sorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi…………………………………………22
3.4.4. Metal Sorpsiyonuna Zamanın Etkisi…………………………………..............22
3.4.5. Metal Sorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi……………..……………....23
3.5. AAS ile Çalışılan Dalga Boyları…………………………..………………..…...23
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA……………………………..………………..……24
4.1. Karakterizasyon…………………………………..………………………..……24
4.1.1. FT-IR Analizleri…………………………………………………………....…24
4.1.2. X-ray Analizleri………………………………………………………….....…25
4.1.3. UV Analizleri.……………………………………………………...……….…26
4.1.4. SEM Analizleri………………………………………………………………..27
4.2. Pomza ve Kompozitin Adsorpsiyon Analizleri………………..…………...…...28
4.2.1. Metal Adsorpsiyonuna Derişimin Etkisi………………………………………28
4.2.2. Metal Adsorpsiyonuna Zamanın Etkisi……………………...………………..32
4.2.3. Metal Adsorpsiyonuna pH’ ın Etkisi………………………………………….34
4.2.4. Metal Adsorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi ve Termodinamik
Parametrelerin Hesaplanması……………………………………...…..……...37
4.2.5. Metal Adsorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi………………….........….40
5. SONUÇLAR……………………...……………………………………….….…...42
6. KAYNAKLAR……………………...………………………………….…….…...44
7. EKLER……………………………………………………………………………48
EK-1…………………………………………………………………………………48
ÖZGEÇMİŞ…………………………..…………………………………..……….....50
iii
ÖZET
Bazı Polimer-Kil Kompozitlerinin Metal Tutma Özelliklerinin
İncelenmesi
Bu çalışmada, adsorpsiyon yöntemiyle sulu çözeltilerden ağır metallerin
uzaklaştırılması amaçlanmıştır. Bunun için, pomza ve akrilonitril ile kompoziti
kullanılmıştır. Kompozit S.D.Ü. Kimya laboratuarında sentezlenmiş ve FT-IR, SEM,
X-Ray ve UV ile karakterize edilmiştir. Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III), Cr(VI)
metalleri için çözeltiler hazırlanmıştır. Pomza ve kompozit Cu(II), Zn(II), Cd(II),
Cr(III) ve Cr(VI) çözeltileri ile muamele edilmiş ve metal adsorpsiyonuna pH,
sıcaklık, adsorban miktarı, metal derişimi ve zamanın etkileri ayrı ayrı incelenmiştir.
Ayrıca Freundlich ve Langmuir izotermlerinin adsorpsiyon parametreleri (k, n, As,
Kb) ve termodinamik parametreler (∆H ve ∆G0) hesaplanmıştır. Ölçümler AAS
cihazıyla yapılmıştır. Sonuçlar pomzanın ve poliakrilonitril-pomza kompozitinin
adsorban olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Ayrıca adsorpsiyona etki eden pH,
sıcaklık, adsorban miktarı, metal konsantrasyonu ve zaman parametrelerindeki artışın
sorpsiyonu artırtığı görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Adsorpsiyon, akrilonitril, pomza, kompozit, Freundlich ve
Langmuir izotermleri, AAS.
iv
ABSTRACT
The Investigation of Metal Sorption Properties of Some
Polymer-Clay Composites
In this study, it is aimed to take away heavy metals from aqueous solutions using
batch adsorption method. For this reason, pumice and its composite with acrylonitrile
are used. The composite is synthesized in Suleyman Demirel University Chemistry
Laboratory. It is characterized by FT-IR, X-ray, UV and SEM. The solutions for
Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III), Cr(VI) metals are prepared. Pumice and composite are
treated with these solutions. The effects of pH, temperature, adsorbent dosage, metal
concentration and time to metal sorption are investigated. In addition, the adsorption
parameters of Freundlich and Langmuir isotherms (k, n, As, Kb) and thermodynamic
parameters (∆H and ∆G0) are calculated. AAS is used for measurements. As a result,
pumice and PAN-pumice composite can be use as adsorbents. The sorption increased
with the increasing of pH, temperature, adsorbent dosage, metal concentration and
time.
Key Words: Adsorption, acrylonitrile, pumice, composite, Freundlich and Langmuir
isotherms, AAS.
v
TEŞEKKÜR
Bu çalışma, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü
öğretim üyelerinden Yrd. Doç. Dr. Mustafa YAVUZ yönetiminde hazırlanarak,
S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü’ ne Yüksek Lisans Tezi olarak sunulmuştur.
Çalışmam boyunca yardım ve katkılarıyla desteklerini esirgemeyen sayın hocalarım
Yrd. Doç. Dr. Mustafa YAVUZ ve Yrd. Doç. Dr. Fethiye GÖDE’ ye; S.D.Ü.
Bilimsel Araştırma Projeleri Destekleme Dairesine sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Ayrıca lisans eğitimimde emeği geçen tüm Selçuk Üniversitesi Eğitim Fakültesi
öğretim üyelerine; tez çalışmalarımda bana yardımcı olan Afyon Kocatepe
Üniversitesi Araştırma ve Uygulama Hastanesi Biyokimya Bölümü üyelerine ve çok
değerli eniştem Mustafa LAMBA’ ya teşekkür ederim. Hayatımın her aşamasında
ilgi ve destekleriyle yanımda olan çok değerli aileme de sonsuz teşekkürlerimi
sunarım.
vi
SİMGELER DİZİNİ
AAS Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi
As Adsorpsiyon kapasitesi (Freundlich izotermi için)
C Derişim
FT-IR Fourier Transform-İnfrared
k Adsorpsiyon kapasitesi (Langmuir izotermi için)
Kb Adsorpsiyon enerjisiyle ilgili sabit
Kd Dağılma katsayısı
LABSA Lineer Alkil Benzen Sülfonik Asit
MMT Montmorillonite
n Freundlich denklemi ile ilgili sabit
PAN Poliakrilonitril
R2 Korelasyon katsayısı
SEM Taramalı Elektron Mikroskopu
T Sıcaklık
UV Ultraviole
∆H Entalpi değişimi
∆G Serbest enerji değişimi
vii
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 4.1. Pomza ve kompozitin FT-IR spektrumları……………………….………24
Şekil 4.2. Pomza ve kompozitin X-ray spektrumları…………………….………….25
Şekil 4.3. Pomza ve kompozitin UV-vis spektrumları…………….………………..26
Şekil 4.4.a. Pomza SEM fotoğrafı…………………………………………………..27
Şekil 4.4.b. Kompozit SEM fotoğrafı……………………………………………….27
Şekil 4.5. Metal tutulmasına derişimin etkisi grafikleri……………………………..30
Şekil 4.6. Metallerin zamana karşı adsorpsiyon grafikleri………………………….33
Şekil 4.7. Metal iyonlarının pH’ a karşı dağılma katsayılarının değişim
grafikleri………………………………………………………………..…36
Şekil 4.8. Metal iyonlarının sıcaklığa karşı dağılma katsayılarının değişim
grafikleri…………………………………………………………………..39
Şekil 4.9. Metallerin sorpsiyonunun adsorban miktarına karşı değişimi grafikleri....41
Şekil 7.1. Pomza-Zn(II) SEM fotoğrafı……………………………………………..48
Şekil 7.2. Kompozit-Zn(II) SEM fotoğrafı………………………………………….48
Şekil 7.3. Pomza-Cr(III) SEM fotoğrafı…………………………………………….48
Şekil 7.4. Kompozit-Cr(III) SEM fotoğrafı…………………………………………48
Şekil 7.5. Pomza-Cr(VI) SEM fotoğrafı…………………………………………….49
Şekil 7.6. Kompozit-Cr(VI) SEM fotoğrafı…………………………………………49
Şekil 7.7. Pomza-Cd(II) SEM fotoğrafı……………………………………………..49
Şekil 7.8. Kompozit-Cd(II) SEM fotoğrafı………………………………………….49
Şekil 7.9. Pomza-Cu(II) SEM fotoğrafı………………………………………..........49
Şekil 7.10. Kompozit-Cu(II) SEM fotoğrafı….………………………………….….49
viii
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge 3.1. Pomza partiküllerinin kimyasal bileşimi…………………...…….…19
Çizelge 3.2. AAS ile çalışılan dalga boyları……………………………………...23
Çizelge 4.1. Pomzanın metal iyonları sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir
İzoterm parametreleri………………………………………………..29
Çizelge 4.2. Kompozitin metal iyonları sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir
İzoterm parametreleri………………………………………………..30
Çizelge 4.3. Pomza üzerinde metal iyonlarının adsorpsiyonu için termodinamik
parametreler………………………………………………………...38
Çizelge 4.4. Kompozit üzerinde metal iyonlarının adsorpsiyonu için termodinamik
parametreler…………………………………………………………38
1
1. GİRİŞ
Ağır metal uzaklaştırmada en yaygın metot sodyum hidroksit ya da kalsiyum
hidroksit ilave ederek metalleri çöktürme ve metal hidroksiti filtrasyonla ayırmadır.
Ancak çöktürme kolaylığına karşın metaller çöktürme ile tamamen
uzaklaştırılamamaktadır. Bu yüzden adsorpsiyonla ağır metallerin uzaklaştırılması
daha etkin bir yöntemdir. Diğer taraftan doğada bol miktarda bulunan killerin
adsorpsiyon özelliği bilinmektedir. Buna ek olarak poliakrilonitril ve
poli(hidroksietilmetakrilat) gibi polimerlerin metal tutma özellikleri bir çok
çalışmanın konusu olmuştur.
Bu çalışmada, polimer-kil kompoziti hazırlanarak metal adsorpsiyonunun değişimi
incelenmiştir. Metal tutma özelliklerinin iyi olması nedeniyle çalışmalarda pomza ve
poliakrilonitril kullanılmıştır. PAN-pomza kompoziti sentezlenmiş ve kompozit FT-
IR, UV, X-ray ve SEM analizleri ile karakterize edilmiştir. Çeşitli sanayi işlemlerinin
yol açtığı ağır metal içerikli atıkların, pomza ya da kompozit ile uzaklaştırılması
amaçlanmıştır. Farklı derişim, pH ve sıcaklıklarda adsorpsiyonun nasıl değiştiği;
zaman ve adsorban miktarındaki değişmelerin sorpsiyonu nasıl etkilediği; ayrıca bu
yöntemin endüstriyel alanda uygulanabilirliği araştırılmıştır.
1.1. Akrilonitril
Akrilonitril bazı az bulunur özelliklere ve reaktiviteye sahiptir. Polimer
özelliklerinden dolayı bir çok ticari uygulama alanı vardır. Akrilonitril, ticari alanda
ilk kez ortaya çıktığı 1940 yılından beri U.S.A.’ da polimer endüstrisinin en önemli
yapı taşlarından biri olmuştur. Poliakrilonitrilin üstün gelen polar yapısı, sertlik ve
katılık, birçok kimyasala ve çözücüye, güneş ışığına, ısıya ve mikroorganizmaya
dayanma, yavaş yanma ve kömür olma, nitril ayıraçlarına karşı reaktivite, belirli
polar maddelerle bir arada olabilme, yöneltme yeteneği, gazlara karşı düşük
geçirgenlik dahil olmak üzere ona az bulunur ve tanınmasını sağlayan özellikler
sağlamıştır.
2
Poliakrilonitril, akrilonitril monomerlerinin baş-kuyruk (head-to-tail) zinciri
şeklinde, nitril grubunun bağlı bulunduğu karbon atomu ile diğer karbon atomunun
sırayla ve yakın olarak birbirlerine bağlanmaları ile meydana gelir.
(─CH─CH2─CH─CH2─CH─CH2─CH─CH2─) | | | | C≡N C≡N C≡N C≡N
Poliakrilonitril, süregelen polimerizasyon metodlarıyla hem izotaktik hem de
sindiotaktik konfigürasyonlarda yaklaşık olarak eşit oranda düzenlenmektedir.
Bununla birlikte esasen izotaktik formda elde edilmiştir.
Nitril gruplarının büyüklüğü ve kuvvetli polaritesi, bunları çevreleri ile interaktif
yapmıştır. Azottaki tek orbital, hidrojen bağı için olduğu gibi elektron alıcı-verici
kompleks oluşumları için de uygundur. Buna ek olarak nitril üçlü bağının π-
orbitallerindeki elektronlar etkileşimler için kullanılabilir.
Reçinelerin siyanür grubu ile kimyasal etkileşimleri kolay olmaktadır ve reçineler
metal iyonlarına karşı iyi adsorbanlardır. Bu da poliakrilonitrilin adsorpsiyon
özelliğinin iyi olduğunu gösterir (Chen ve ark., 2003).
Küçük parçalar halinde poliakrilonitril kullanıldığında çeşitli sıcaklıklarda
kristalizasyon meydana gelir ve dikdörtgen tek kristaller, çift kristaller, ovaller ve
küreseller gibi birçok morfolojik, göze çarpan özellikteki büyümeler gözlenir.
Düzensizlik benzer davranışı gösteren polietilen ovallerindeki gibi düşeysel olarak
düzenlenmiştir. Polistiren ince filmi ve doğal kauçukta olduğu gibi çatlak benzeri
yapılar ya da düzensizlikler arasındaki boşluklar, lifçiklerle birleşmiş olarak bulunur.
Poliakrilonitril küresellerinin mekanizması da diğer polimerlerle benzerdir.
Poliakrilonitril ısıtıldığında renk değişimleri meydana gelir; ilk önce sarı, daha sonra
derece derece kırmızı, son olarak ta siyah olur. Renk oluşum mekanizmasının,
konjuge sistemdeki nitril gruplarının reaksiyonundan olduğu düşünülmektedir.
Poliakrilonitrilin renk oluşumunun ve termal oluşum reaksiyonlarının geniş olarak
3
yeniden incelenmesi yapılmıştır. Bozunma reaksiyonlarını dört ana gruba
ayırabiliriz: zincir kırılması, çapraz-bağlanma, hidrojenasyon ve halka reaksiyonları.
Akrilonitril homopolimerinin; yüksek erime noktası, yüksek erime viskozitesi ve
zayıf termal stabilite birleşimlerinden dolayı uygulaması azdır. Sentetik liflere küçük
bir miktar ikinci bir monomer ile stabilitesi, boya kabul edebilirliği ve belirli diğer
özellikleri geliştirilir. Akrilonitril homopolimerinin fiziksel eksiklikleri akrilonitrilin
diğer monomerlerle kopolimerizasyonu ile yumuşatılmış, aynı zamanda akrilonitrilin
ender rastlanır ve istenilir özellikleri çeşitli erime-üretimli reçinelere eklenmiştir.
Akrilonitril kopolimerlerinin sertlik, kimyasal dayanıklılık, erime viskozitesi,
stabilite, geçirgenlik gibi özellikleri genellikle akrilonitril içeriğine göre değişir.
Bununla birlikte camsı geçiş sıcaklığı beklenmedik bir davranış gösterir; belirli
hallerde maksimum ve minimum Tg’ si vardır, örneğin; stiren, vinilidin klorid ve
metilmetakrilat kopolimerleri için. Akrilik liflerde çoğunlukla akrilonitrilin, stiren ile
kopolimeri (SAN) ve akrilonitril-stiren-bütadien karışımı (ABS) kullanılır
(Karakaş, 2000).
Akrilik lif endüstrisi 1950 yılında Du Pont tarafından, elde edilen polimerin life
dönüştürülmesi yani kopolimerizasyon işlemi ve ipliğin boyanması için gerekli olan
DMFA (dimetil formamit) çözücünün bulunmasıyla birlikte ORLON ile başlamıştır.
Poliakrilonitril, yüne benzeyen özellikleri nedeniyle önemli bir sentetik lif
hammaddesidir ve özellikle ortalama molekül ağırlığı ile karakterize edilir. Doğal
elyafa alternatif olarak giyim, halı ve battaniye üretiminde kullanılmaktadır.
Poliakrilonitril ayrıca temizlik bezlerinin üretiminde, dayanıklı ambalaj malzemesi
yapımında ve çimento üretiminde katkı maddesi olarak ta kullanılır.
Poliakrilonitril kristal parlaklığa, orta derecede kimyasal dirence ve asit, alkali ve
tuzlara karşı üstün dirence sahip, işleme kolaylığı olan, UV ışınlara dirençli, iyi
vurma ve gerilme direnci olan bir polimerdir. Bu nedenle yukarıdaki kullanım
alanlarının dışında dekoratif ve yapısal panel, elastomer, yapıştırıcı, lens, aydınlatma
4
sistemleri, pencere ve gölgelik, tabela ve reklam panosu yapımında da
kullanılmaktadır (Atasoy, 2000).
1.2. Pomza
Pomza, boşluklu, süngerimsi, volkanik olaylar sonucu oluşmuş, fiziksel ve kimyasal
etkenlere karşı dayanıklı, gözenekli camsı volkanik bir kayaçtır. Yüksek oranda ve
birbiriyle bağlantılı olmayan gözenekler içeren, % 50’ ye yakın nem suyu
bulunduran ve dolayısıyla nemi alındığında özgül ağırlığı 0,5 g/cm3’ e kadar
düşebilen, toz haline getirildiğinde oldukça sert malzeme özelliği kazanan, ısı ve ses
yalıtkanlığına, uygun basınç dayanımı ve elastik modüle sahip ve özel kimyasal
bileşimi olan doğal bir malzemedir. Asit veya bazik bileşimli olabilir. Asidik pomza,
yeryüzünde en yaygın olarak bulunan ve kullanılan türüdür.
Kayacın içerdiği SiO2 oranı kayaca aşındırıcı bir özellik kazandırmaktadır. Al2O3
bileşimi ise ateşe ve ısıya yüksek dayanım özelliği kazandırır. Na2O ve K2O tekstil
sanayinde reaksiyon özellikleri veren mineraller olarak bilinmektedir.
Pomza ilk olarak Yunanlılar ve daha sonra Romalılar tarafından kullanılmıştır. Roma
duvarlarının inşaatında, su kanallarında ve daha pek çok anıtsal yapıtlarda
kullanılmıştır. Pomza başlıca inşaat, tekstil, tarım, kimya sektörlerinde ve diğer
endüstriyel ve teknolojik alanlarda kullanılmaktadır (Erkoyun, 2005).
Pomzanın sanayi sektöründe kullanım yerleri aşağıda verilmiştir:
- Kullanım alanlarının başında aşındırma sanayi gelmektedir. Oldukça hafif ve
aşındırıcı olarak sınıflandırılan pomza gerek doğal, gerekse doğal olmayan
madeni eşyalar ve yumuşak metalleri cilalamakta kullanılır.
- Boya sanayinde, pürüzlü kayalarda ses izole edici duvar boyası imalinde,
boya için astar macunu düzeltmede kullanılır.
- Kimya sanayinde, kimyasal taşıyıcı ve filtrasyon malzemesi olarak kullanılır.
5
- Metal ve plastik sanayinde, temizleme ve cilalama elemanı olarak, titreşim
özelliği olan malzemeler yapımında son ameliye elemanı olarak ve elektriksel
kaplamada ve de taş basma kalıplarını temizlemede kullanılır.
- Alaşım sanayinde, toz ve el sabunu imalinde ve cam temizleme işleminde
kullanılır.
- Cam sanayinde; televizyon tüpü düzeltmek için, cam cilalamak için, kesik
cam tamamlama malzemesi olarak kullanılır.
- Mobilya sanayinde; cilalamak için ve resim çerçevelerine motif vermek için
kullanılır.
- Elektronik sanayinde; devre plaketlerini temizlemekte kullanılır.
- Seramikte; astar malzemesi olarak ve tekstilde kot kumaşının ağartılmasında
temizleyici olarak kullanılır.
- Tarım sektöründe; toprağın özelliklerini ıslah etmekte, suni gübrenin
topraklaşmasını önlemede kullanılır.
- Karayollarında, buzlanmaları kontrol altına almada kullanılır (Tuncer, 1997).
1.2.1. Su-atık su Arıtma ve Hava Temizleme Teknolojisinde Pomza
Kullanımı
- Adsorpsiyon prosesiyle atık sudan fosfor giderilmesinde,
- Fosfat adsorpsiyonunda,
- Suyun filtre edilmesinde,
- Bio-reaktörlerde atık su işlemede,
- Organik ve inorganik partiküllerin atık suda bağlama ajanı olarak,
- Temiz su eldesi için fotokataliz prosesinde,
- Atık su işleme sisteminde,
- Çamurun susuzlaştırılmasında pıhtılaştırma ajanı olarak,
- Sudan demir ve manganez tortusunun arındırılmasında,
- Canlı balıkların nakli esnasında mikroorganizmaların arıtımında,
- Kirlilik yaratan tehlikeli akışkanların adsorpsiyonunda,
- Zararlı metal içeren endüstriyel atık suların arıtımında,
- Ev içi havayı temizleyen cihazlarda,
6
- Tehlikeli baca gazlarının ayrıştırılmasında,
- Aktif karbon kaplı adsorbant imalinde,
- Organik-inorganik madde ve yosun içeren havuz ve göletlerin arıtılmasında,
- Farklı adsorbanlarla beraber Fe+2 iyonu içeren solüsyonlardan demirin
giderilmesinde kullanılmaktadır (Sezgin ve ark., 2005).
1.3. Adsorpsiyon
Adsorpsiyon, iyon ve moleküllerin bir maddenin yüzeyine tutunması olayıdır ve
maddenin sınır yüzeyinde moleküller arasındaki kuvvetlerin denkleşmemiş
olmasından ileri gelir. Fiziksel, kimyasal ve iyonik olmak üzere üç tip
adsorpsiyondan söz edilebilir.
a) Fiziksel adsorpsiyon: Gaz veya buhar, katının yüzeyine bağlı kaldığı zaman
adsorplayıcı ile adsorplanan arasında yoğunlaşmaya benzer zayıf bir etkileşme
meydana gelebilir. Bu olaya fiziksel adsorpsiyon veya van der Waals adsorpsiyonu
denir.
b) Kimyasal adsorpsiyon: Gaz veya buhar, katının yüzeyine bağlı kaldığı zaman
adsorplayıcı ile adsorplanan arasında kimyasal tepkimeye benzer kuvvetli bir
etkileşme meydana gelebilir. Bu olaya da kimyasal adsorpsiyon veya kemisorpsiyon
adı verilir. Kimyasal adsorpsiyon, bir aktiflenme enerjisinin eşliğinde meydana
geldiği için aktiflenmiş adsorpsiyon adını da alır. Oysa, van der Waals adsorpsiyonu
hiç aktivasyon enerjisi gerektirmez ve bu sebeple kimyasal sorpsiyon daha hızlı bir
şekilde meydana gelir.
c) İyonik adsorpsiyon: Yüzeydeki yüklü bölgelere, çözeltideki iyonik karakterli
adsorplananların elektrostatik kuvvetler ile çekilmesi sonucu iyonik adsorpsiyon
oluşur. Pek çok farklı özelliklerine rağmen çoğu durumda fiziksel, kimyasal ve
iyonik adsorpsiyon arasında kesin bir ayrım yapılamaz.
7
1.3.1. Adsorpsiyon İzotermleri
Adsorplayıcı ve adsorplanan yanında sıcaklık ta sabit tutulduğunda gaz tarafından
adsorpsiyon yalnızca basınca, çözeltiden adsorpsiyon ise yalnızca derişime bağlıdır.
Bu durumda, adsorplanan madde miktarının basınçla ya da derişimle değişimini
veren çizgilere adsorpsiyon izotermi denir. Adsorpsiyon izoterminde; adsorban
madde tarafından tutulan maddenin miktarı, tutulan maddenin derişiminin ve
sıcaklığın birer fonksiyonudur.
Adsorpsiyon dengesi verileri izotermler ve izobarlar olarak çizilebilir. Bir
adsorpsiyon süreci, en iyi şekilde izotermlerden anlaşılabilir. Deneysel yoldan
belirlenen adsorpsiyon izoterm verilerini tanımlamak için çok sık kullanılan
denklemler Freundlich, Langmuir ve Brunauer-Emmet-Teller (BET) tarafından
geliştirilmiştir (Göde, 2002).
1.3.1.1. Freundlich Adsorpsiyon İzotermi
Freundlich adsorpsiyon izotermi aşağıdaki gibi ifade edilir:
q = k C 1/n veya log q = logk + 1/n log C (1)
Denklemde;
q: Birim adsorban ağırlığı başına adsorblanan madde miktarı (g/g)
C: Adsorpsiyondan sonra çözeltide kalan maddenin derişimi (mg/L)
k, n: Amprik sabitlerdir.
Deneysel çalışmalara dayanılarak türetilen Freundlich denkleminin logaritması
grafiğe geçirilerek elde edilen doğrunun kayma ve eğiminden sırasıyla k ve n
sabitleri bulunur. Çözeltilerden adsorpsiyon için türetilen bu denklem derişim yerine
basınç alınarak gaz ya da buhar fazından adsorpsiyon için de kullanılabilir.
8
1.3.1.2. Langmuir Adsorpsiyon İzotermi
Langmuir tarafından 1915 yılında geliştirilen bu kuramsal bağıntı her basınç
aralığında kullanılabilir. Langmuir, bir gazın bir katı yüzeyi tarafından
adsorpsiyonunun tek tabakadan öteye gidemeyeceğini öne sürmüştür. Adsorpsiyonda
birbirine ters iki etki tanımlanabilir:
i- Gazın yüzeyde tutulması
ii- Yüzeyde tutulan gaz moleküllerinin yüzeyden uzaklaşması
Bu iki olayın hızı eşit olduğunda adsorpsiyon dengesi kurulur.
Langmuir adsorpsiyon izotermi aşağıdaki gibi deneysel olarak ifade edilir.
C/q=1/(AsKb)+ C/As (2)
Denklemde;
C: Adsorpsiyondan sonra çözeltide kalan maddenin derişimi (mg/L)
q: Birim adsorban ağırlığı başına adsorplanan madde miktarı (g/g)
As: Adsorpsiyon kapasitesi
Kb: Adsorpsiyon enerjisiyle ilgili sabittir.
Langmuir denklemindeki (As) sabiti Freundlich denklemindeki (k)’ ya, (Kb) ise (n)’
ye karşılık olmaktadır. Adsorpsiyonun ilerleme hızı, belli bir derişimde adsorbe
olabilecek miktar ve adsorbe olmuş miktar arasındaki fark olan ve adsorplanacak
madde hareketini oluşturan kuvvetle orantılıdır.
1.3.1.3. BET Adsorpsiyon İzotermi
Başlangıçta adsorplanan tabaka, ileri adsorpsiyon için yeni bir yüzey olarak
davranabilirse, izoterm eğrisinin belli bir doygunluk değerinde düzleşmesi yerine
sonsuza gidecek bir şekilde büyümesi beklenebilir. Çok tabakalı adsorpsiyonla ilgili
en yaygın olarak kullanılan izoterm, S. Brunauer, P. Emmett ve E. Teller tarafından
geliştirilen BET izotermidir. BET izoterminin matematiksel ifadesi aşağıda
verilmiştir.
9
qe= (B.C.Q)/(Cs-C)[1+(B-1)(C/Cs)] (3)
Denklemde;
B, Q : Sabitler
B : Yüzeyle enerji alışverişi ile ilgili bir sabit
Cs : Adsorplanan maddenin doygunluk derişimi
C : Adsorpsiyondan sonra çözeltide kalan maddenin
derişimi (mg/L)
1.4. Ağır Metaller
Canlı bünyesine girdiği zaman ona zararlı olan metallere toksik metaller denir.
Toksiklik metalden metale, canlıdan canlıya değiştiği gibi derişime bağlı olarak ta
değişir. Toksik metaller canlı bünyesine havadan, sudan ve özellikle de alınan
besinlerden girerler. Bunların toksik ve kanserojen etkileri olduğu gibi, canlı
organizmalarda birikme eğilimi de söz konusudur. Birikme sonucu metallerin
derişimleri sudakinin ve havadakinin çok üstüne çıkabilir. Böyle bir oranda toksik
metal ihtiva eden bir gıdayı alan insan veya hayvan zehirlenebilir.
Eser elementler topraktaki ve litosferdeki dağılımı “yüzde bir” mertebesinden
“milyonda bir” mertebesine kadar değişiklikler gösteren elementlerdir. Canlıların,
eser elementlere az miktarlarda ihtiyaç duymaları bir rastlantı değildir. Zehir etkisi
gösteren maddeler, suda düşük derişimlerde bulunmaları durumunda bile insan
sağlığına zarar vererek, hastalıklara ve hatta ölümlere yol açabilmektedir. Eser
miktarda bile toksik etkisi yapabilen bu maddeler arasında en önemli grubu; Ag, As,
Be, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, Se, Zn gibi elementler oluşturmaktadır. Aslında bu
elementlerin çoğu zehirli madde sınıfına girer ve bir ortamda ancak çok az
miktarlarda olurlarsa yaşamı desteklerler.
Krom, civa, kurşun, kadmiyum, mangan, kobalt, nikel, bakır ve çinko gibi metaller
doğada genellikle sülfür, oksit, karbonat ve silikat mineralleri şeklinde
bulunmaktadır. Bunların suda çözünürlükleri oldukça düşüktür. Çok küçük
10
miktarlarda bile genellikle kuvvetli zehir etkisine sahip olan ağır metaller, kirlenmiş
sularda metal, katyon, tuz ve kısmen anyon şeklinde bulunurlar. Bunlar hem
kirlenmiş suların kendiliğinden temizlenmesini engelleyebilir, hem de suların
arıtılmış halde sulamada kullanılmasını ve arıtma çamurlarının gübre olarak
kullanılmasını sınırlandırabilirler.
Eser elementler veya metaller çevre kirlenmesi bakımından bol bulunan
elementlerden çok daha tehlikelidir. Eser ağır elementler ise canlı yapısında eser
oranda bulunmalarına rağmen çok önemli görevlerde yer alırlar. Bunlardan bazıları
proteinlerin bazıları da enzimlerin içinde yer alırlar.
Bir eser elementin, topraktaki yada sudaki formu onun zehirlilik derecesini
belirleyebilir. Buna en iyi örnek kromdur. Bu elementin en zehirli bileşikleri +6
değerlikle yaptığı bileşiklerdir. Bakır, çinko gibi ağır metallerin, iyon hallerinin en
zehirli durumları olması ise dikkat çekicidir. Diğer koşullarda bu elementlerin
zehirliliklerini ortamdaki derişimleri belirler (mta.gov).
1.4.1. Kadmiyum
Yeryüzünde nadir olarak bulunan Cd; çinko benzeri bir geçiş elementi olup,
yumuşak ve gümüş beyazı rengindedir. Doğada 0 ve +2 değerlikli olmak üzere iki
yükseltgenme basamağında bulunabilmesine karşın metalik hali oldukça nadir
görülür.
Kadmiyum oksit, kadmiyum klorür, kadmiyum sülfat ve kadmiyum sülfit
şekillerinde bulunabilen ve özel bir tad ve kokusu olmayan bir maddedir. Kadmiyum,
orman yangınları, rüzgarların getirdiği toprak parçacıkları ve volkanik patlamalarla
atmosfere doğal yollardan karışır.
Kadmiyum havadan solunarak, kadmiyum bulaşmış yiyeceklerin yenmesiyle, sigara
dumanından, kadmiyumla kirlenmiş suların içilmesiyle vücuda alınabilir. Vücutta
çok uzun süre kalabilir ve düşük düzeyde maruz kalınsa bile yıllar içinde birikebilir.
11
Yüksek düzeyde kadmiyumun solunması akciğer hasarına bağlı olarak ölüme neden
olabilir. Çok yüksek düzeyde kadmiyumun yiyeceklerle alınması kusma ve ishale
neden olur. Hava, su ya da besinler yoluyla düşük düzeyde kadmiyuma uzun süre
maruziyet sonucunda kadmiyum böbreklerde birikir ve böbrek hastalıklarına neden
olabilir. Akciğerde hasar ve kemiklerin kırılganlığının artması diğer etkileridir.
Hayvan deneylerinde kadmiyumun tansiyon yükselmesine, kandaki demir düzeyinin
düşmesine, karaciğer hastalıklarına, sinir sistemi ve beyinde hastalıklara neden
olduğu gösterilmiştir. Cilt temasının neden olduğu bir hastalık bilinmemektedir.
Kadmiyum bileşikleri kanserojen olması beklenen maddeler grubundadır.
Kadmiyum özellikle deniz ve alkali ortam korozyonuna karşı mukavemeti nedeniyle
demir, çelik, pirinç ve alüminyum kaplamasında kullanılmaktadır. Kadmiyum
kaplamaları elektrik, elektronik, otomotiv ve uzay sanayinde çok yaygındır.
Kadmiyumun en önemli kullanım alanı Ni-Cd, Ag-Cd ve Hg-Cd pilleridir.
Kadmiyumun yoğun olarak kullanıldığı diğer bir alan da boya endüstrisidir.
Kadmiyum bunlardan başka stabilizör olarak plastik ve sentetik elyaf sanayinde,
televizyon tüpleri ve florasan lamba imalinde, nükleer reaktör kontrol sistemlerinde
ve alaşımlarda kullanılır (tubitak.gov).
1.4.2. Bakır
Bakır, üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı endüstride yaygın olarak
kullanılmaktadır. Sektörlere göre bakırın tüketim alanları şunlardır:
Elektrik ve elektronik sanayi, inşaat sanayi, ulaşım sanayi, endüstriyel ekipman,
kimya, kuyumculuk, boya sanayi, turistik eşya.
Bakır özellikle küçük canlılar için yüksek derecede zehirlidir. Hafif alkali sularda
hidroksit, çürüyen organik madde içeren sularda sülfür şeklinde çökelir. Bakır,
balıklar için kuvvetli bir zehirdir. Sert sularda zehir etkisi daha azdır. Suda bulunan
diğer tuzlar bakırın zehir etkisini azaltmaktadır. 2,5 mg Cu/L yüksek su bitkilerine
zarar vermez. İçme sularında en fazla 0,05 mg Cu/L bulunmalıdır (cmo.org).
12
1.4.3. Krom
Yer kabuğunun doğal bileşenlerinden biri olan krom; metalurji, kimya ve refrakter
sanayinin temel elementlerinden biridir. Krom kimyasalları paslanmayı önleyici
özellikleri dolayısıyla uçak ve gemi sanayinde yaygın olarak; kimya endüstrisinde de
sodyum bikromat, kromik asit ve boya hammaddesi yapımında, metal kaplama, deri
tabaklama, boya maddeleri (pigment), seramikler, parlatıcı gereçler, katalistler,
boyalar, organik sentetikler, konserve yapma ajanları, su işleme, sondaj çamuru ve
diğer birçok alanda tüketilir.
Krom metalinin ekonomik olarak üretilebildiği tek mineral ise kromittir. Krom
cevherinin kimyasal bileşimi cevherin sanayideki kullanım alanlarını belirlemektedir.
Kimyasal analizlerde SiO2, Cr2O3, Al2O3 % miktarları ve Cr/Fe oranı belirleyici
olmaktadır.
Krom cevherinin endüstrideki kullanım alanlarına göre kimyasal bileşimi ve fiziksel
özellikleri ile ilgili sınırlamalar söz konusudur. Teknolojik gelişmelere uygun olarak
cevherin kimyasal bileşiminden kaynaklanan kullanım sınırlamaları giderek daha
esnek hale gelmektedir.
Krom kirlenmiş sularda hem katyon, hem de anyon (kromat, bikromat veya kromik
asit) olarak bulunabilir. Anyon formu katyon formundan daha etkilidir.
Krom (0), krom (III) ve krom (VI) formunda bulunabilen krom bileşikleri tatsız ve
kokusuzdur. Sadece krom (III) bileşikleri vücut için diyetle eser miktarlarda
alınması gerekli elementlerdir. Diğer formlardaki kroma vücudun ihtiyacı yoktur.
Krom partikülleri havaya karıştığında 10 gün kadar kalabilir. Toprak partiküllerine
sıkıca yapışır. Suda dibe çöker, topraktan küçük miktarlarda sulara karışabilir.
Havadan solunarak, suyla ve besinlerle vücuda alınabilir.
13
Krom bileşiklerinin tümü yüksek miktarlarda alındığında toksik olabilir, ancak krom
(VI), krom (III)' e göre daha toksiktir. Yüksek miktarlarda solunması burun, akciğer,
mide ve bağırsaklara zarar verebilir. Kroma alerjisi olan kişilerde astım krizlerine
neden olabilir. Uzun süre yüksek ve orta düzeylerde maruziyet burun kanaması,
yaraları, akciğer hasarı ve kanser dışındaki akciğer hastalıklarında artışa neden
olabilir. Sindirim yoluyla yüksek düzeylerde alınırsa mide şikayetleri ve ülsere,
konvülsiyonlara, böbrek ve karaciğer hastalıklarına, hatta ölüme neden olabilir. Cilde
temas durumunda cilt ülserleri oluşabilir. Ayrıca ciltte alerjik reaksiyonlara yol
açabilir.
Bazı krom(VI) bileşikleri kanserojendir. Akciğer kanserine neden olduğu
bilinmektedir. Krom saç, idrar, serum, kırmızı kan hücreleri ve kanda tespit
edilebilir. EPA' ya göre içme suyundaki krom miktarı (III ve VI) litrede 100
mikrogramı geçemez (tse.org).
1.4.4. Çinko
Çinko atıklarının başlıca kaynağı elektrolitik kaplama banyolarıdır. Bu banyoların
çoğunluğu çinko siyanür içeren bazik çözeltilerdir. Çinko en çok galvanizlemede
kullanılmaktadır. Galvanizleme bazik çözeltide siyanürlü ortamda ve asidik ortamda
çinko sülfat varlığında yapılabildiğinden atık sularda bu iyonların yanında demir
iyonları da bulunur. Demiri korozyondan korumak için çinko ile kaplanır ve
“galvenize demir” adını alır. İnşaat sektöründeki galvanizli saçlar ve konstrüksiyon
malzemeleri ile elektrik ve diğer havai hat direkleri galvanizlemenin en çok
kullanıldığı alanlardır. Pirinç alaşımı ile bilhassa otomotiv sanayinde döküm kalıpları
yapımında kullanılan çinko alaşımları çinkonun kullanıldığı diğer önemli alanlardır.
Ergin bir insanda günlük Zn ihtiyacı 8-20 mg kadardır. İnsan vücudu 2 gram kadar
çinko içerir ve Zn birçok enzim sistemine girer (ekolojidergisi.com).
14
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI
2.1. Literatür Özetleri
Ersöz ve ark. (1995), sporopollenin şelat reçinesi ile sulu çözeltilerden Cu(II), Ni(II),
Zn(II), Cd(II) ve Al(III) metal iyonlarının uzaklaştırılması üzerine çalışmalar
yapmışlar; pH ve sıcaklık değişiminin adsorpsiyona etkilerini araştırmışlardır.
Kaşıkara ve ark. (1997), fenol içeren endüstriyel atık suların biyokimyasal arıtımında
pomza kullanmışlardır. Bu çalışmada; petrol rafineleri, çeşitli kimyasal tesisler,
insektisit üreten fabrikaların atıkları, kok fırınları, odun distilasyonu ve reçine
üretimi yapan tesislerin atık sularında mevcut olan ve hem insan sağlığı hem de
ekolojik hayat için büyük tehlike arz eden fenolün biyokimyasal arıtımının fizibilitesi
yapılmıştır. Fenolü tek karbon kaynağı olarak kullanabilen bir organizma olan
Pseudomonas putida, pomza partikülleri üzerinde adsorblanmıştır.
Onar ve ark. (1997), pomza taşının su arıtım teknolojisinde fosfat giderimi amacıyla
kullanılabileceğini ortaya çıkarmışlardır. Fosfat adsorblama yeteneğinin pomza
taşlarının kalsiyum içeriğine bağlı olduğu EDXRF analizleri ile saptanmıştır. CaO
içeriği %32,6 oranında olan pomza taşlarının fosfat giderme verimi %98’ in üzerinde
bulunmuştur.
Chen ve ark. (1998), poliakrilonitril ve tiyosemikarbazit reçinesiyle sentezlenen
kompozitin karakterizasyonunu incelemişlerdir. Ayrıca Rh(III), Ru(IV), Pd(II) ve
Ir(IV) iyonlarının sorpsiyon özelliklerini araştırmışlardır. Kompozitin yapısı IR,
elementel analiz ve X-ray fotoelektron spektroskopisinde incelenmiş; sorpsiyon
kapasiteleri Rh(III) için 82,7; Ru(IV) için 239,7; Pd(II) için 430,8; Ir(IV) için 417
mg/g reçine olarak bulunmuştur. Ru(IV) için aktivasyon enerjisi 43 kJ/mol olarak
hesaplanmış, kompozit ile metal iyonlarının adsorpsiyonunun çok iyi olduğu
sonucuna varılmıştır.
15
Surianarayanan ve ark. (1998), akrilonitrilin polimerizasyonunu, termal
davranışlarını ve poliakrilonitrilin bozunmasını araştırmışlardır. Polimerizasyonda
termal etki ile mikrokalorimetrik çalışmalar yapılmış; bozunmada ise termal etki
olmadan çalışılmıştır. Polimerizasyon sıcaklığa karşı duyarlı ve ekzotermiktir. Sulu
ortamda poliakrilonitrilin bozunması kontrol altında tutulmalıdır. Düzensiz
sıcaklıklardaki termal tehlikelere karşı polimer kurutma işlemi yapılmalıdır.
Reddy ve Chinthamreddy (1999), elektrik akımı ile farklı indirgeyici reaktif
kullanarak killi topraklardan krom, nikel ve kadmiyumun taşınmasını
araştırmışlardır. İndirgeyici reaktif olarak 1000 mg/kg derişimlerde hümik asit,
demir(II) veya sülfid kullanılmıştır.
Rauf ve Tahir (2000), bentonit üzerinde Fe(II) ve Mn(II)’ nin adsorpsiyon
davranışını; çalkalama zamanı, adsorban miktarı, pH ve adsorban derişiminin
optimize edilmiş şartları altında sıcaklığın bir fonksiyonu olarak çalışmışlardır.
Termodinamik parametreleri hesaplayarak, elde edilen adsorpsiyon analizleri
sonuçlarının Langmuir ve Freundlich izotermlerine uygunluğunu araştırmışlardır.
Uzun ve Güzel (2000), chitosan ve agar adsorbanlarıyla sulu çözeltilerden Mn+2,
Fe+2, Ni+2 ve Cu+2 ağır metal iyonlarını uzaklaştırmayı amaçlamışlardır.
Rengaraj ve ark. (2002), IRN77 katyon değiştirici reçinelerle, Cr(III), Co(II) ve
Ni(II) iyonlarının sulu çözeltilerden uzaklaştırılması ile ilgili çalışmalar yapmışlardır.
Adsorpsiyona derişimin, pH’ ın ve zamanın etkilerini incelemişlerdir. Ayrıca
Freundlich adsorpsiyon izotermini hesaplamışlardır. Sonuç olarak, kullanılan
reçinenin etkili bir adsorban olduğunu ve bu metal iyonlarının % 95’ ten fazlasının
sulardan uzaklaştırılabileceğini belirtmişlerdir.
Reddy ve Chinthamreddy (2003), elektrokinetik deneylerini krom ile kirletilmiş
killerle yapmışlardır. Burada krom üç farklı yapıda bulunmaktadır; bunlar Cr(III),
Cr(VI) ve Cr(III) ile Cr(VI)’ nın kombinasyonudur. Sonuç olarak kromun başlangıç
16
formu ile bağımlı kirlenmiş killerden krom, nikel ve kadmiyumun elektrokinetik
taşınmasının yeterliliğini açıkça göstermişlerdir.
Özdemir ve ark. (2003), ochrobactrum anthropiyi kullanarak, sulu çözeltilerden
zehirli özelliklerinden dolayı zehirli metaller olan krom, kadmiyum ve bakırın
taşınmasına çalışmışlardır. Krom(VI), kadmiyum(II) ve bakır(II)’ ın optimum
adsorpsiyon pH değerlerini sırasıyla 2, 8 ve 3 olarak bulmuşlardır. Freundlich ve
Langmuir adsorpsiyon modellerinin krom(VI), kadmiyum(II)’ un kısa süreli
bisorpsiyonunu tanımlamak için uygun olduğu açıklanmıştır.
Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn ağır metallerinin Na-montmorillonite ile adsorpsiyonunu
inceleyen Abollino ve ark. (2003), pH ve organik yapıların adsorpsiyon üzerine
etkilerini araştırmışlardır. Na-montmorillonite’ nin incelenen metallere karşı iyi bir
adsorban olduğunu, farklı pH’ larda Cu, Pb ve Cd derişimlerinin değişiklikler
gösterdiğini açıklamışlardır.
Kara ve ark. (2003), kobalt iyonlarının sepiolite ile sulu çözeltilerden
uzaklaştırılması için çalışmalar yapmışlardır. Farklı pH ve sıcaklıklardaki
adsorpsiyonu incelemişlerdir.
Yavuz ve ark. (2003), kaolinit kullanarak Mn(II), Co(II), Ni(II) ve Cu(II) ağır
metallerini sulu çözeltilerden ayırma çalışmaları yapmışlardır. Kinetik ve
termodinamik parametrelerini de (∆H, ∆G, ∆S) hesaplamışlardır. Sonuç olarak;
adsorpsiyonun endotermik bir reaksiyon olduğunu ve metal adsorpsiyonunun yüksek
sıcaklıklarda daha hızlı olduğunu göstermişlerdir.
Chiron ve ark (2003), Cu(II) ve Pb(II) metal iyonlarının silikonla adsorpsiyonunu,
adsorpsiyon izotermlerini ve adsorpsiyon kinetiğini incelemişlerdir.
Chen ve Zhao (2003), poliakrilonitril ve 2-amino-2-tiyazolin reçinesiyle sentezlenen
kompozitin karakterizasyonunu ve soygaz iyonlarının sorpsiyon özelliklerini
araştırmışlardır. Sentezlenen kompozitin yapısı elementel analiz ve X-ray
17
fotoelektron spektroskopisinde incelenmiştir. Adsorpsiyon kapasiteleri Rh(III) için
72,07; Ru(IV) için 137,6; Ir(IV) için 147,1 ve Pd(II) için 230,7 mg/g reçine olarak
bulunmuştur. Ru(IV)’ un aktivasyon enerjisi 58,8 ve Ir(IV)’ un aktivasyon enerjisi
65,9 kJ/mol olarak hesaplanmıştır.
Youssef ve ark. (2004), Cd(II) iyonunun sorpsiyonu ile ilgili çalışmalar yapmışlardır.
Kadmiyum sorpsiyonunun aktif karbon yüzeyleriyle ilgili olduğunu, Na+ gibi hafif
metal iyonlarının Cd(II) adsorpsiyonunu düşürdüğünü açıklamışlardır.
Kang ve ark. (2004), IRN77 katyon değiştirici reçineyi kullanarak endüstriyel atık
sulardan Cd(II) metal iyonlarının uzaklaştırılması amacıyla çalışmalar yapmışlardır.
Adsorpsiyonun bir saat içerisinde hızla yükseldiğini görmüşler, Langmuir
adsorpsiyon izotermini hesaplamışlardır.
Çay ve ark. (2004), kullanılmış çay atıklarının sulu çözeltilerdeki bakır ve kadmiyum
iyonlarını adsorplaması amacıyla yaptıkları çalışmalar sonucu, bu yöntemin çevre
temizliği açısından yararlı olacağını ortaya çıkarmışlardır. Ayrıca adsorpsiyona pH,
zaman, derişim ve adsorban miktarı parametrelerinin etkilerini de incelemişlerdir.
Jeevananda ve ark. (2004), benzoil peroksit kullanarak poli(anilin-co-akrilonitril)’ i
emülsiyon metoduyla sentezlemişlerdir. Kopolimerin kimyasal yapısı UV, FT-IR,
FT-Raman ve EPR ile karakterize edilmiştir. Polianilinin ve PAni-PAN
kopolimerinin çözünürlükleri elektronik absorpsiyon spektrumunda ölçülmüştür.
İletkenlikleri de (1,26-4,20)x10-2 S/cm aralığındadır. X-ray analizine göre,
kopolimerler yarıkristal haldedirler ve iki kristalin pikine rastlanmıştır (17 ve 25, 2θ).
Akbal (2005), toz pomza kullanarak sulu çözeltilerden bazik boyaların adsorpsiyonu
ile ilgili çalışmalar yapmıştır. Metilen mavisinin pomzayla adsorpsiyonu Batch
adsorpsiyon tekniğiyle incelenmiştir. Ayrıca adsorban miktarı, zaman, derişim gibi
parametrelerin etkileri de deneysel olarak incelenmiştir. Sonuç olarak, zamanın ve
adsorban miktarının artmasıyla adsorpsiyon artmış; bazik boya derişiminin
artmasıyla da adsorpsiyon yavaşlamıştır. Freundlich adsorpsiyon izotermi de
18
hesaplanmıştır. Adsorpsiyon kinetiği ikinci mertebeden reaksiyon modeliyle
açıklanmıştır.
Yu ve ark. (2005), Na-montmorillonite-PAN kompozitini emülsiyon yöntemiyle
sentezlemişlerdir. X-ray ve TEM ile kompozit karakterize edilmiş ve TEM (geçirimli
elektron mikroskopunda), Na-MMT’ nin ve SiO2 partiküllerinin polimer karışımında
iyi bir dağılım gösterdiği görülmüştür.
Sevindir ve Pakdil (2005), pomza taşı kullanılarak içme sularından demir ve mangan
giderilmesini ve pomzanın filtrasyon malzemesi olarak kullanılabilirliğini
araştırmışlardır.
Bardakçı ve Çiçek (2005), Isparta pomzasının radyoaktif atıkların adsorplanmasında
kullanılabileceğini göstermişlerdir. Pomza üzerine Teknesyum-NaTcO4 tutunumunu
incelemişlerdir. Başlangıçta 0,167 Gbq olarak ölçülen radyasyon miktarı, 3 saat
sonunda 27,5 MBq olarak ölçülmüştür.
Çelebi ve ark. (2005), Ni(II) içeren atık suların arıtımında klinoptilolit
kullanmışlardır. Çalışmada nikel iyonundan oluşan sentetik atık su kullanılmış,
adsorpsiyona zaman, pH, derişim ve adsorban miktarı parametrelerinin etkileri
araştırılmıştır. Maksimum giderim verimi 30 dakikalık sürede ve pH 6’ da %98
olarak elde edilmiştir. Klinoptilolitin ekonomik, pratiğe dönük ve kolay bulunabilir
olduğu görülmüştür.
Literatür özetlerinde görüldüğü gibi; adsorpsiyon çalışmalarında pomza ve
poliakrilonitril yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III)
ve Cr(VI) ağır metalleri de bir çok çalışmanın konusu olmuştur. Bunların yanında,
Pb, Fe, Mn, Ni, Co, Al gibi metaller de kullanılmıştır. Değişik reçineler kullanılarak
poliakrilonitril ile kompozit oluşturulmuş ve metal adsorpsiyonuna yönelik
çalışmalar yapılmıştır. Sonuçlar; pomzanın, poliakrilonitril ve kompozitlerinin iyi
adsorbanlar olduklarını göstermektedir.
19
3. MATERYAL VE METOT
3.1. Kullanılan Malzemeler
3.1.1. Pomza
Bu çalışmada Kayseri-Talas yöresinden elde edilen pomza kullanılmıştır. Pomzanın
özellikleri SEM, IR, X-ray ve UV analizleri ile incelenmiştir. Çizelge 3.1’ de pomza
partiküllerinin kimyasal bileşimi verilmiştir.
Çizelge 3.1. Pomza partiküllerinin kimyasal bileşimi
Bileşik SiO2 Al2O3 Na2O K2O diğer % 74 15,6 6,1 2,4 1,9
3.1.2. Kullanılan Kimyasal Maddeler
Deneylerde kullanılan maddeler analitik saflıkta olup, Merck firmasından
sağlanmıştır. Çalışmalarda NaOH, HCI, CrCI3.6H2O, CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O,
K2Cr2O7, ZnSO4.7H2O kullanılmıştır. Ayrıca polimer sentezinde H2C=CHCN,
(NH4)2S2O8, LABSA, NaCl kullanılmıştır. Çözelti hazırlamalarında ve diğer
çalışmalar sırasında iki kez distillenmiş saf su kullanılmıştır.
3.1.3. Kullanılan Cihazlar
• AAS (Perkin Elmer AA800 Model)
• pH metre (Crison Basic 20)
• Magnetik karıştırıcı (Labart SH5)
• Çalkalamalı termostatlı su banyosu (Memmert WB29)
• X-ray difraktometrisi (Panalytical X’PertPro)
• FT-IR (Perkin Elmer BX Model FT-IR Spectrometer)
• SEM (Jeol-Jsm-5600 LV Scanning Electron Microscope)
• UV/VIS (Perkin Elmer Lambda 20 UV/VIS Spectrometer)
20
• Metler analitik terazi
3.1.4. Kullanılan Cam Malzemeler
Polimer sentez düzeneği (500 mL üç boyunlu pyreks balon, geri soğutucu),
termometre, damlatma hunisi, vakum damıtma düzeneği.
3.2. Kullanılan Çözeltilerin Hazırlanması
Cr(III), Cu(II), Cd(II), Zn(II), Cr(VI) metal çözeltileri sırasıyla, CrCI3.6H2O,
CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O, ZnSO4.7H2O, K2Cr2O7’ den 1.10-3 M’ lık stok
çözeltiler şeklinde hazırlanmıştır. Gerekli seyreltme işlemleri yapılarak (1.10-4,
2.10-4, 4.10-4, 6.10-4, 8.10-4 M) değişik derişimlerdeki çözeltiler deneylerde
kullanılmıştır. pH ayarlamaları için 0,1 M NaOH ve 0,1 M HCI çözeltileri
kullanılmıştır.
3.3. Kompozit Sentezi
Kompozit hazırlanmasında Kayseri-Talas yöresine ait pomza kullanılmıştır. 5 gram
pomza tartıldıktan sonra HCl ile yıkandı. 2 gram lineer alkil benzen sülfonik asit
(LABSA) 30 mL su ile birlikte üç boyunlu balon jojeye alındı. 15 dakika
karıştırıldıktan sonra 5 gram pomza ilave edildi. Yarım saat sonra 1 gram amonyum
persülfat ((NH4)2S2O8) süspansiyon içerisine damla damla ilave edildi. Sistem 5
dakika karıştırıldıktan sonra polimerizasyon sıcaklığı 80 oC’ ye getirildi. Yarım saat
sonra vakumda damıtılmış olan akrilonitril monomeri (5 mL) balonun diğer
kolundan damla damla eklendi. Sistem düzenli ve iyi bir kolloidal süspansiyon
oluşması açısından 3-4 saat karışmaya bırakıldı. Polimerizasyon tamamlandıktan
sonra safsızlıkların uzaklaştırılması amacıyla kompozit sırası ile su ile ön yıkama,
LABSA’ nın ortamdan uzaklaştırılması amacıyla etanol ile karıştırarak 20 dakikada
yıkama, tekrar etanol ile yıkama, 2M HCl ile yıkama son olarak ta tekrar su ile
yıkama işlemleri yapıldı. Yıkanan kompozit 60 oC’ de normal etüvde saat camı
üzerinde 48 saat kurutuldu.
21
S2 O 8
-2 S O 4 S O 4
, ,
S O 4
,
H,
H
HHS O 4
H
HS O 4
C N H
H H
,
H
H
H
S O 4
C N H
H H
, H
H
H
H
H
C N H
H H
C N H
H H
C N
n
H
H HN H
,
HS O 4
,
H
H
+
C C N
H
C
+
C C C N
C C C C C N
C C C C C N C C C N+
C C C C C C
C C C C C N
H
C
A krilon itril'in , am onyum persü lfa t ile rad ika lik po lim erizasyonu ;
H
+
+
3.4. Pomza ve Kompozit ile Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI)
Metallerinin Adsorpsiyon Çalışmaları
3.4.1. Metal Sorpsiyonuna Derişimin Etkisi
0,5’ er gram pomza polipropilen kaplara tartıldı. Kompozit ile yapılan deneylerde ise
0,1 gram kullanıldı. Derişim değişiminin adsorpsiyona etkisini araştırmak için, stok
metal çözeltisinden farklı derişimlerde hazırlanarak, pomza ve kompozite 30 mL
ilave edildi. Çalkalamalı sıcak su banyosunda oda sıcaklığında 2 saat çalkalandı.
Metal çözeltilerinin derişimleri 1.10-4, 2.10-4, 4.10-4, 6.10-4, 8.10-4 M olarak
22
CrCI3.6H2O, CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O, ZnSO4.7H2O den hazırlanmıştır. Cr(VI)
iyonları için K2Cr2O7 kullanılmıştır. Dengeye gelen metal-pomza, metal-kompozit
karışımı vakum pompası ile gouch krozesinde süzülerek çözeltiden ayrıldı. Daha
sonra süzüntü hacmi 50 mL’ ye tamamlanarak çözelti fazında dengedeki metal
derişimlerini belirlenmek için AAS ile ölçüm yapıldı. Metallerin göstermiş oldukları
adsorpsiyon miktarları Freundlich ve Langmuir izotermlerinden faydalanılarak
hesaplandı. İzoterm sabitleri, grafiklerin doğru denklemleri ve eğimlerinden
hesaplanmış ve Çizelge 4.1 ve 4.2’ de gösterilmiştir. Ayrıca dengede çözelti fazında
kalan metal derişimine karşı 1 gram pomzanın ve 1 gram kompozitin tutmuş olduğu
metal miktarları grafiklendirilerek gösterilmiştir.
3.4.2. Metal Sorpsiyonuna pH’ ın Etkisi
0,5’ er gram tartılan pomza ve 0,1’ er gram tartılan kompozit üzerine 1.10-3 M
derişimde metal çözeltisinden 30 mL konuldu ve 0.1 M HCl ve 0.1 M NaOH
çözeltilerini kullanarak karışımın pH’ ı pH metreyle 2, 3, 4, 5, 6, 7 ve 8 civarında
ayarlandı. Çalkalamalı sıcak su banyosunda 2 saat karıştırıldı. Dengeye ulaşıldıktan
sonra süzme işlemi yapıldı. Kroze birkaç defa 2-3 mL saf su ile yıkandı ve süzüntüler
biriktirildi. Hacim 50 mL’ ye tamamlanarak AAS’ de metal içeriği belirlendi.
Dağılma katsayısına karşı pH değişimi grafiklendirildi.
3.4.3. Metal Sorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi
Sıcaklık deneyleri için 0,5’ er gram pomza ve 0,1 gram kompozite 30 mL, 1.10-3 M
metal çözeltilerinden ilave edildi. 20, 35, 50 ve 65 °C sıcaklıklarda 2 saat karıştırıldı.
Çözelti süzülerek ayrıldı ve hacmi 50 mL’ ye tamamlandı. Yukarıda anlatılan
işlemlerin aynısı tekrar edilerek metal miktarları AAS ile tespit edildi. Dağılma
katsayısına karşı sıcaklık değişimi grafiklendirildi.
3.4.4. Metal Sorpsiyonuna Zamanın Etkisi
23
0,5’ er gram pomza ve 0,1’ er gram kompozite 100 mL, 1.10-3 M metal çözeltisi ilave
edildi. Belli zaman aralıklarında (5, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1440, 2880 dakika) 5’
er mL numuneler alındı ve hacmi 25 mL’ ye tamamlandı. Zamana karşı metal
sorpsiyonu grafikleri çizildi.
3.4.5. Metal Sorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi
1.10-3 M metal çözeltilerinden 30’ ar mL alınarak 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 gram tartılan
pomza üzerine ayrı ayrı ilave edildi. Kompozitten 0,06; 0,08; 0,1; 0,12; 0,14 gram
tartıldı. Adsorban miktarının artışıyla metal sorpsiyonunun değişim grafikleri çizildi.
3.5. AAS ile Çalışılan Dalga Boyları
Atomik absorpsiyon spektrometresinde Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI)
metalleri ölçümleri hava-asetilen alevinde gerçekleştirilerek çalışılan dalga boyları
Çizelge 3.2’ de gösterilmiştir.
Çizelge 3.2. AAS ile çalışılan dalga boyları
Metaller Cu Zn Cd Cr
Dalga Boyları (nm) 253,7 357,9 248,3 357,9
24
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
4.1. Karakterizasyon
4.1.1. FT-IR Analizleri
Pomza ve kompozite ait FT-IR spektrumları SDÜ merkez araştırma laboratuarında
alınmıştır. Pomza ve kompozite ait spektrumlar Şekil 4.1’ de verilmiştir. Pomzaya ait
spektrumda 3600 cm-1, 1050 cm-1 ve 500 cm-1 de gözlenen pikler pomza yapısındaki
silikatların oluşturduğu karakteristik piklerdir.
Kompozite ait spektrumda ise hem pomzanın hem de poliakrilonitrilin oluşturduğu
pikler görülmektedir. Her iki yapıya ait pikler, PAN’ ın pomza tabakaları arasında
polimerleşmesinden dolayı daha yayvan (geniş) yapıda görülmektedir.
Spektrumda; 3247 cm-1 deki bant N-H gerilme titreşimlerini, 2928 cm-1 deki pik C-H
gerilme titreşimlerini, 1180 cm-1 deki pik C-N gerilmesini ve 1037 cm-1 deki pik C-C
gerilme titreşimlerini göstermektedir. Benzer sonuçlar Jeevananda ve ark. (2004)’
nın çalışmalarında da gözlenmiştir.
Şekil 4.1. Pomza ve kompozitin FT-IR spektrumları
25
4.1.2. X-ray Analizleri
Şekil 4.2’ de pomza ve PAN-pomza kompozitinin X-ışını kırınım örnekleri
görülmektedir. Pomza örneğine ait 2θ = 250, 280, 310 ve 61,220’ de ortaya çıkan
pikler, pomzada kristal bölgelere karşılık gelen piklerdir. Bu pikler, pomza
içerisindeki albit ve anorthite yapısındaki silikatlara aittir.
PAN-pomza kompozitinin X-ışını kırınım örneğinde pomzaya ait saçılmalar
görülmektedir. Bu da poliakrilonitril moleküllerinin kil tabakaları arasında
oluştuğunu göstermektedir. Pomzadaki 2θ = 250, 280, 310 ve 61,220 pikleri
kompozitte 2θ = 170; 260, 350 ve 64,50’ ye kaymıştır. Bu kaymalar PAN
moleküllerinin pomza yapısına girmesinden kaynaklanmaktadır.
Şekil 4.2. Pomza ve kompozitin X-ray spektrumları
26
4.1.3. UV Analizleri
1-Metil-2-Prolidon çözücüsünde çözülerek hazırlanan pomzanın ve N,N-
dimetilformamid çözücüsünde çözülerek hazırlanan kompozitin UV spektrumu, 190-
900 nm arasında tarama yapılarak alındı. Şekilde görüldüğü gibi, pomza belirtilen
dalga boyu aralığında diğer killer gibi UV spektrumu vermemektedir. Spektrumda
absorbsiyon yapan gruplar akrilonitril yapılarıdır. Jeevananda ve ark. (2004)’ nın
çalışmalarındaki PAN’ a ait spektrumda 330 nm’ de pik görülmektedir.
Poliakrilonitril moleküllerinin pomza tabakaları arasında polimerleşmesinden dolayı
bu pik, kompozitte 240 nm’ ye kaymıştır (Şekil 4.3).
Şekil 4.3. Pomza ve kompozitin UV-vis spektrumları
27
4.1.4. SEM Analizleri Pomza, kompozit ve bunların metallerle adsorpsiyonundan sonraki durumları
Taramalı Elektron Mikroskobunda incelenmiş ve fotoğrafları şekillerde
gösterilmiştir. Şekil 4.4.a’ da görüldüğü gibi pomza iri yapılara sahip partiküllerden
oluşmaktadır. Şekil 4.4.b’ deki PAN-pomza kompozitinin SEM fotoğrafında genel
olarak düzensiz partiküllerden oluşan yapılar görülmektedir. Bu yapılar, PAN ve
pomzadan gelen hem küresel hem de küresel olmayan partiküllerden oluşmuştur.
Aynı şekilde, Cu(II) metal iyonlarının pomza ile adsorpsiyonunun SEM fotoğrafında,
metalin pomzaya tutunumu kompozittekine oranla daha net görülmektedir.
Metallerin SEM görüntüleri de benzer özellikler göstermektedir ve eklerde
verilmiştir.
Şekil 4.4.a. Pomza SEM fotoğrafı
Şekil 4.4.b. Kompozit SEM fotoğrafı
28
4.2. Pomza ve Kompozitin Adsorpsiyon Analizleri
4.2.1. Metal Adsorpsiyonuna Derişimin Etkisi
0,5’ er gram pomza polipropilen kaplara tartıldı. Kompozit ile yapılan deneylerde ise
0,1 gram kullanıldı. Derişim değişiminin adsorpsiyona etkisini araştırmak için,
CrCl3.6H2O, CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O, K2Cr2O7 ve ZnSO4.7H2O’ den farklı
derişimlerde hazırlanarak, pomza ve kompozite 30 mL ilave edildi. Çalkalamalı
sıcak su banyosunda, oda sıcaklığında 2 saat çalkalandı. Dengeye gelen metal-
pomza, metal-kompozit karışımı vakum pompası ile gouch krozesinde süzülerek
çözeltiden ayrıldı. Daha sonra süzüntü hacmi 50 mL’ ye tamamlanarak çözelti
fazında dengedeki metal derişimlerini belirlemek için AAS ile ölçüm yapıldı. Şekil
4.5.(a)Cu(II)-pomza, Şekil 4.5.(b)Cu(II)-kompozit; Şekil 4.5.(c)Zn(II)-pomza, Şekil
4.5.(d)Zn(II)-kompozit; Şekil 4.5.(e)Cr(III)-pomza, Şekil 4.5.(f)Cr(III)-kompozit;
Şekil 4.5.(g)Cr(VI)-pomza, Şekil 4.5.(h)Cr(VI)-kompozit ve Şekil 4.5.(i)Cd(II)-
pomza, Şekil 4.5.(k)Cd(II)-kompozit adsorpsiyonunu göstermektedir.
Derişim grafiklerine göre; derişimin artmasıyla adsorpsiyonda önce hızlı bir artış
gözlenmekte, belli bir plato değerinden sonra adsorpsiyonun sabit kaldığı
görülmektedir. Metal çözeltilerinin derişikliği arttıkça adsorpsiyon da artmıştır.
Adsorpsiyon izotermleri bir gram reçine tarafından adsorplanan metal miktarına
karşı, çözeltide kalan metal miktarını grafiklendirerek elde edilmiştir (Şekil 4.5).
Freundlich ve Langmuir adsorpsiyon izotermleri bu grafikler yardımıyla hesaplanmış
ve Çizelge 4.1 ve 4.2’ de gösterilmiştir. Buna göre pomza ve kompozitle yapılan
metal adsorpsiyonu çalışmalarının bazıları Freundlich, bazıları Langmuir izotermine;
bazıları da her ikisine de uygunluk göstermektedir. Freundlich izoterminde
hesaplanan (k), adsorpsiyon kapasitesini gösterirken; (n) sabit bir değerdir. Langmuir
izotermindeki (As) adsorpsiyon kapasitesi, (Kb) ise adsorpsiyon enerjisiyle ilgili bir
sabittir.
29
Metal derişiminin düşük olduğu çözeltilerde fiziksel adsorpsiyon daha etkiliyken,
derişik çözeltilerde kimyasal adsorpsiyon daha etkilidir ve Langmuir izotermine
uyduğu bilinir.
Pomza ile metal adsorpsiyonu çalışmalarında; Cu(II), Zn(II) ve Cr(VI) metallerinin
her iki izotermle de uygunluk gösterdiği görülmüştür. Bu da hem fiziksel hem
kimyasal sorpsiyonun gerçekleştiği görüşünü desteklemekedir. Diğer metaller Cr(III)
ve Cd(II) ise daha çok Langmuir adsorpsiyon izotermine uymaktadır. Cu(II)
adsorpsiyonu ile ilgili olarak yapılan bir çalışmada (Yavuz ve ark., 2003); Cu(II)’
nin Langmuir adsorpsiyonuna uygunluk gösterdiği, ayrıca Cu(II) derişiminin
artmasıyla adsorpsiyonun arttığı ortaya çıkarılmıştır.
Kompozit ile yapılan çalışmalarda ise; sadece Cu(II) Langmuir izotermiyle uygun
olup, diğer metaller Freundlich izotermine daha uygundur. Buna göre daha çok
fiziksel adsorpsiyon olmaktadır. Rengaraj ve ark. (2002), IRN77 katyon değiştirici
reçineyle Cr(III) adsorpsiyonu incelemelerinde de Cr(III)’ un Freundlich izotermine
uygun olduğu sonucuna varmışlardır.
Çizelgelerdeki Freundlich izoterminin adsorpsiyon kapasitesi (k) değerlerine
bakıldığında, metal iyonları adsorpsiyonunun kompozitte arttığı görülmüştür.
Pomzanın poliakrilonitril ile hazırlanan kompoziti, onun adsorpsiyon özelliğini
artırmıştır.
Çizelge 4.1. Pomzanın Metal İyonları Sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir
İzoterm Parametreleri
Freundlich İzotermi Langmuir İzotermi Metaller k n R2 As Kb R2 Cu(II) 0,8113 1,8083 0,9506 0,0551 614,3000 0,9893 Cr(III) 0,1470 3,1969 0,8341 0,0353 1388,2649 0,9547 Cd(II) 3,9174 2,0597 0,7486 0,0628 5555,5555 0,9959 Cr(VI) 1,0048 0,0706 0,9468 1,7921 0,9228 0,9468 Zn(II) 1,7559 1,3453 0,9787 0,0945 2941,1764 0,9773
30
Çizelge 4.2. Kompozitin Metal İyonları Sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir İzoterm Parametreleri
Freundlich İzotermi Langmuir İzotermi Metaller k n R2 As Kb R2 Cu(II) 92,8324 0,5534 0,7554 0,0565 621,1180 0,8821 Cr(III) 34,0094 0,8599 0,8521 0,2183 196,0784 0,8469 Cd(II) 18,7499 0,5032 0,8923 0,0233 1351,3513 0,5386 Cr(VI) 83,2530 0,6203 0,9814 0,0476 45,8715 0,9557 Zn(II) 18,3982 0,0543 0,9797 1,2094 23,9693 0,8320
k ve As: Adsorpsiyon kapasitesi (mmol/g adsorban)
R2: Korelasyon katsayısı
Kb: Adsorpsiyon enerjisi ile ilgili sabit (L/mmol)
n: Freundlich izotermi ile ilgili sabit
0,00000,01250,02500,03750,0500
0,000 0,002 0,004 0,006 0,008
C
q
0,0000,0200,0400,0600,080
0,000 0,008 0,016 0,024 0,032
C
q
(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit
0,0000,0150,0300,0450,060
0,0000 0,0003 0,0006 0,0009
C
q
0,000,010,020,030,04
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
C
q
(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit Şekil 4.5. Metal tutulmasına derişimin etkisi grafikleri C: Dengede çözelti fazında kalan metal miktarı (mmol) q: 1 gram adsorbanın tuttuğu metal miktarı (mmol metal/g adsorban)
31
0,0000,0100,0200,0300,040
0,000 0,003 0,006 0,009 0,012
C
q
0,000,050,100,150,20
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020
C
q
(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit
0,000,020,040,060,08
0,0000 0,0003 0,0005 0,0008 0,0010
C
q
0,000,030,060,090,12
0,000 0,006 0,012 0,018 0,024
C
q
(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit
0,000,020,030,050,06
0,0000 0,0002 0,0003 0,0005 0,0006
C
q
0,0000,0250,0500,0750,100
0,000 0,006 0,012 0,018 0,024
C
q
(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.5. (devam)
32
4.2.2. Metal Adsorpsiyonuna Zamanın Etkisi
0,5 g pomza üzerine, 1.10-3 M metal çözeltileri ilave edilerek 48 saat boyunca metal
tutma miktarları incelenmiştir. Kompozit için ise 0,1 gram kullanılmış ve 24 saat
inceleme yapılmıştır. Belli zaman aralıklarında süspansiyonlardan belli hacimlerde
numuneler alınarak metal içerikleri ölçülmüştür. Zamanla adsorbe olan metal
miktarları grafiklendirilerek Şekil 4.6’ da gösterilmiştir.
Zamanla adsorpsiyon belli bir süre artmış; bir plato değerine ulaştıktan sonra
adsorpsiyon sabit kalmıştır. Pomza ile Cu(II) ve Cd(II) metallerinin adsorpsiyonunda
kısa sürede dengeye ulaşılmış, Zn(II), Cr(III) ve Cr(VI)’ da adsorpsiyon yavaş olup,
24 saat sonunda denge sağlanmıştır.
Kompozitte ise adsorpsiyon daha hızlı olmaktadır. Zn(II) ve Cr(VI)’ da adsorpsiyon
1 saat gibi kısa bir sürede tamamlanmış ve bu süreden sonra sabit kalmıştır. Kang ve
ark. (2002), IRN77 katyon değiştirici reçine ile sulu çözeltilerden Cr, Co ve Ni
iyonlarını uzaklaştırmak amacıyla yaptıkları çalışmalarda adsorpsiyonun hızla
yükseldiğini ve 1 saat sonunda dengeye ulaşıldığını göstermişlerdir. Bu da bizim
deneylerimizdeki kompozit-Cr(VI) adsorpsiyonu ile uyum sağlamaktadır.
Diğer metallerde (Cu(II), Cd(II), Cr(III)) 8 saat sonunda adsorpsiyon dengesi
kurulmuştur. Buna göre, pomzanın ve kompozitin toksik metalleri tutma özelliği
yüksek olup, poliakrilonitril-pomza kompozitinin metal adsorpsiyonu sadece
pomzanınkine oranla daha hızlı olmaktadır.
33
8082848688
0 1000 2000 3000
t, dakika
% S
76
80
84
88
0 500 1000 1500
t, dakika
% S
(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit
7778798081
0 1000 2000 3000
t, dakika
%S
607080
90100
0 500 1000 1500
t, dakika
% S
(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit
80
81
82
83
84
0 1000 2000 3000
t, dakika
% S
7678808284
0 500 1000 1500
t, dakika
% S
(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit
80
81
82
83
84
0 1000 2000 3000
t, dakika
% S
7071727374
0 500 1000 1500
t, dakika
% S
(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit
76
78
80
82
84
0 1000 2000 3000
t, dakika
% S
7879
808182
0 500 1000 1500
t, dakika
% S
(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.6. Metallerin zamana karşı adsorpsiyon grafikleri
34
4.2.3. Metal Adsorpsiyonuna pH’ ın Etkisi
0,5’ er gram tartılan pomza ve 0,1’ er gram tartılan kompozit üzerine 30 mL 1.10-3
M derişimde metal çözeltisinden 30 mL konuldu ve 0.1 M HCl ve 0.1 M NaOH
çözeltilerini kullanarak karışımın pH’ ı pH metreyle 2, 3, 4, 5, 6, 7 ve 8 civarında
ayarlandı. Çalkalamalı sıcak su banyosunda 2 saat karıştırıldı. Dengeye ulaşıldıktan
sonra süzme işlemi yapıldı. Hacim 50 mL’ ye tamamlanarak AAS’ de metal içeriği
belirlendi. Dağılma katsayısına karşı pH değişimi grafiklendirildi. pH 2 ile 8
aralığında yapılan çalışmalar, metal adsorpsiyonunun ortamın pH’ ından çok
etkilendiğini göstermektedir.
Dağılma katsayısı, kildeki metal iyon derişiminin sulu fazdaki metal iyon derişimine
oranı olduğundan dolayı, Kd değerlerinden pomza veya kompozitin metal iyonuna
karşı seçkinliği bulunabilir. pH grafikleri Şekil 4.7’ de görülmektedir. Bu grafiklere
göre, maksimum adsorpsiyon pH 8 civarında olmaktadır. Deneylerdeki pH
değişiminin adsorpsiyona etkisine bakıldığında, sorpsiyon veriminin daha bazik
bölgelere kaydığı açıkça görülmektedir.
Abollino ve ark. (2003)’ nın Na-montmorillonite ile Cu, Cd ve Pb uzaklaştırılması
çalışmalarında da katyonik ağır metaller için adsorpsiyonun, pH’ ın artmasıyla arttığı
görülmüştür. Düşük pH’ larda (2,5-3,5) hidrojen iyonları ile ağır metal iyonları
yarıştığı için adsorpsiyon az olmaktadır. Asidik ortamda, adsorplanan metal
katyonlarının pomza ve kompozitten desorplandığı ve bazik ortamlarda ise metal
katyonlarının hidroksitleri halinde çöktüğü görülmüştür.
Metal iyonlarının yarıçapı ve iyonik yük yoğunluğu da adsorpsiyonu büyük ölçüde
etkilemektedir. İyon yarıçapı küçükse, iyonlar kildeki küçük boşluklara kolayca
girerler ve sıkı bir şekilde tutunurlar. İyonik yükün fazla olması ise elektrostatik itme
kuvvetini artırır ve metalin tutunmasına engel olur. İyon yarıçapının küçük olması ve
iyonik yükün az olması adsorpsiyonu kolaylaştıran etkenlerdir.
35
Montmorillonitteki alüminol ve silanol gruplar proton sayısını artırarak metal
tutunumunu kolaylaştırmıştır. Bunun sebebi; yüzey reaksiyonlarının, yüzeysel yük ve
çözünmüş iyonlar arasındaki elektrostatik çekim kuvvetlerinden etkilenmesidir. Cd’
nin iyon yarıçapının büyük olmasına rağmen iyonik yük yoğunluğu fazla değildir. Bu
yüzden yüzeydeki protonlardan daha çok etkilenir ve kilde adsorpsiyon yüzeyini
artırır (Abollino ve ark., 2003).
Ağır metal içeren atık suların klinoptilolit kullanılarak arıtılması çalışmalarında pH
2-9 aralığı kullanılmış ve maksimum nikel giderimi pH 6’ da sağlanmıştır. pH 8 ve
daha yüksek değerlerde nikel iyonları Ni(OH)2 şeklinde çökelmiştir. Fakat bu
adsorpsiyonu yansıtmamaktadır (Çelebi, 2005). Yine adsorpsiyonun bazik bölgede
daha fazla olduğunu gösteren bir başka çalışmada sepiolite kullanılmış ve maksimum
kobalt adsorpsiyonu pH 8,2’ de gözlenmiştir. Kobalt için çökme pH’ ı 8 civarında
bulunmuştur (Kara, 2003). Bizim çalışmalarımızda kullandığımız metallerin
adsorpsiyonunda da benzer sonuçlar elde edilmiştir.
Korngold ve ark. (2003), anyon değiştiricilerle içme suyundan Cr(VI)
uzaklaştırılması üzerinde yaptıkları çalışmalarda benzer olarak, adsorpsiyon için
yüksek pH’ ların daha iyi olduğunu göstermişlerdir. Deneylerde adsorpsiyon pH 6’
dan sonra artmaya başlamış, pH 11’ de Cr(VI) iyonlarının Cr(OH)3 şeklinde
çöktükleri görülmüştür. Sonuç olarak, adsorpsiyon çökme pH’ ının altında
gerçekleşmiştir.
Adsorpsiyonun bazik bölgelerde daha çok olduğunu gösteren bir başka çalışmada,
sporopollenin şelat reçinesi kullanılmış ve sulu çözeltilerden ağır metallerin
uzaklaştırılması sağlanmıştır (Ersöz ve ark., 1995). Adsorpsiyon pH 8 civarında en
yüksektir. Düşük pH’ larda kompleks ile metal iyonları arasındaki elektrostatik itme
kuvvetleri adsorpsiyona engel oluşturmaktadır.
36
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
-1,5-1,0-0,50,00,51,01,5
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit
0,920,991,061,131,20
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
0,40,50,60,70,8
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit
01234
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit
0,991,00
1,011,02
1,03
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
0,900,951,001,051,10
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit
1,001,051,101,151,20
0 2 4 6 8 10
pH
log
Kd
0,00
0,03
0,06
0,09
0,12
0 2 4 6 8 10pH
log
Kd
(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.7. Metal iyonlarının pH’ a karşı dağılma katsayılarının değişim grafikleri
37
4.2.4. Metal Adsorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi ve Termodinamik Parametrelerin
Hesaplanması
Sıcaklık deneyleri için 0,5’ er gram pomza ve 0,1 gram kompozite 30 mL, 1.10-3 M
metal çözeltilerinden ilave edildi. 20, 35, 50 ve 65 °C sıcaklıklarda 2 saat karıştırıldı.
Dağılma katsayısına karşı sıcaklık değişimi grafiklendirildi (Şekil 4.8). Adsorpsiyon
metallere karşı farklılık göstermekle birlikte, genelde sıcaklıkla doğru orantılı olarak
artmaktadır.
Yüksek sıcaklıklarda reaksiyon hızının ve reaksiyon ürünlerinin artması,
adsorpsiyonu büyük ölçüde etkilemekte ve metal tutunumunu artırmaktadır. Tüm
sistemlerde sıcaklığın yükselmesiyle dağılma katsayıları yüksek sıcaklıklara doğru
kayar. Sıcaklığın artması sonucu yüzey ile metal arasındaki elektrostatik itme azalır
ve bu da tutunmanın daha kolay olmasını sağlar (Ersöz ve ark., 1995).
Yavuz ve ark. (2003)’ nın kaolinit ile Cu(II), Ni(II), Co(II) ve Mn(II) adsorpsiyonu
çalışmalarında, sıcaklık 25 0C’ den 40 0C’ ye yükseltildiğinde adsorpsiyonda artış
gözlenmiştir. Bunun sebebi, adsorban ile metal iyonları arasındaki kimyasal
etkileşimlerdir. Sıcaklığın yükselmesiyle ∆G (serbest enerji) değerlerinin düşmesi
adsorpsiyonun yüksek sıcaklıklarda daha iyi olduğunu göstermektedir. Grafiklere
göre adsorpsiyon için en uygun sıcaklık 50 0C ve üzeridir.
Grafiklere bakıldığında; pomza ile Cu(II), Cr(III), Cd(II) adsorpsiyonunun sıcaklıkla
artışının belirgin olduğu; Cr(VI), Zn(II) adsorpsiyonunda ise önemli bir değişiklik
olmadığı görülmektedir. Kompozit ile Cu(II)ve Cr(VI) adsorpsiyonunda sıcaklığın
artışı adsorpsiyonu önemli ölçüde değiştirirken, Zn(II) için bu oran çok azdır. Cr(III)
ve Cd(II) metallerinde ise sıcaklık artışı adsorpsiyonu çok fazla etkilememektedir.
Termodinamik Parametreler
Ağır metal sorpsiyonuna etki eden faktörlerden birisi olan sıcaklık, termodinamik
parametrelerin hesaplanmasında kullanılmıştır. Dağılma katsayısı (Kd) değerlerinin
38
logaritmaları alınarak 1/T’ ye karşı grafiğe geçirilmiş ve formül (4)’ den ∆H (entalpi
değişimi) ve formül (5)’ den deneylerde kullanılan sıcaklıklar için ∆G (serbest enerji)
değerleri hesaplanmıştır.
Log Kd = -∆H/2,303 R T + ∆S/ 2,303 R (4)
∆G = -RTlnK (5)
Çizelgelerde görüldüğü gibi entalpi değerleri (∆H) negatiftir. ∆H değerlerinin negatif
olması metalin adsorpsiyon reaksiyonunun ekzotermik bir reaksiyon olduğunu
gösterir. ∆G değerlerinin negatif olması ise adsorpsiyonun istemli olduğunu
göstermektedir. Bu sonuçlar Kara ve ark. (2003), Rauf ve Tahir (2000) ve Göde
(2002) tarafından yapılan termodinamik hesaplamalarıyla uyum içindedir.
Çizelge 4.3. Pomza Üzerinde Metal İyonlarının Adsorpsiyonu İçin Termodinamik
Parametreler
∆G0 (J.mol-1)
Metaller ∆H0
(J.mol-1) T=293,15 K T=308,15 K T=323,15 K T=338,15 K
Cu(II) -32657,36 -8859,64 -6895,51 -6115,39 -4217,06
Cr(III) -25255,08 -14531,36 -13318,34 -12700,42 -12377,37
Cd(II) -7045,38 -11424,11 -11374,58 -11627,63 -11945,83
Cr(VI) -2377,88 -8706,09 -8939,18 -9253,42 -9637,40
Zn(II) -399,08 -9903,51 -10398,47 -10896,59 -11343,07
Çizelge 4.4. Kompozit Üzerinde Metal İyonlarının Adsorpsiyonu İçin Termodinamik
Parametreler
∆G0 (J.mol-1)
Metaller ∆H0
(J.mol-1) T=293,15 K T=308,15 K T=323,15 K T=338,15 K
Cu(II) -3057,22 -571,04 -421,18 -300,10 -107,11
Cr(III) -3085,17 -6754,83 -6611,64 -7126,12 -7115,03
Cd(II) -2112,69 -6539,87 -6588,84 -6881,36 -7161,70
Cr(VI) -6393,99 -1085,79 -782,16 -316,75 -215,63
Zn(II) -109,21 -41,43 -19,98 -23,64 -27,55
39
0,00,51,01,52,0
280 300 320 340
T, K
log
Kd
0,000,040,080,120,16
280 300 320 340
T, K
log
Kd
(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit
1,601,651,701,751,80
280 300 320 340
T, K
log
Kd
0,0000,0020,0040,0060,008
280 300 320 340
T, K
log
Kd
(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit
1,01,52,02,53,0
280 300 320 340
T, K
log
Kd
1,01,11,21,31,4
280 300 320 340
T, K
log
Kd
(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit
1,11,21,31,41,5
280 300 320 340
T, K
log
Kd
0,500,751,001,251,50
280 300 320 340
T, K
log
Kd
(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit
1,81,92,02,12,2
280 300 320 340
T, K
log
Kd
1,01,11,21,31,4
280 300 320 340
T, K
log
Kd
(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.8. Metal iyonlarının sıcaklığa karşı dağılma katsayılarının değişimi grafikleri
40
4.2.5. Metal Adsorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi
Bu bölümde metal çözeltisine değişik miktarlarda pomza ve kompozit eklenmiştir.
Pomzadan 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 gram; kompozitten ise 0,06; 0,08; 0,1; 0,12 ve 0,14
gram kullanılmıştır. Adsorbanların üzerine 30 mL metal çözeltileri eklenerek,
sorpsiyona adsorban miktarının etkisi incelenmiştir. Şekil 4.9’ daki grafikler
adsorban miktarına karşı % sorpsiyonu göstermektedir.
Grafiklerde görüldüğü gibi, adsorban miktarının artmasıyla adsorpsiyon da artmıştır.
Belli bir değerden sonra adsorban miktarındaki artış sorpsiyonu etkilememiştir. Bu
durum, adsorban miktarı arttıkça tutunma için yüzey alanının büyümesi şeklinde
açıklanabilir (Rengaraj ve ark., 2002). Cr(VI)-kompozit grafiğinde % sorpsiyona
bakacak olursak, diğer metallere göre tutunma daha fazladır. Bu da, Cr(VI)’ nın
kompozit için daha iyi bir adsorban olduğunu gösterir.
Klinoptilolit ile atık sulardan Ni(II) iyonlarını uzaklaştırmak amacıyla yapılan
çalışmada da, benzer olarak klinoptilolit artışı adsorpsiyonu artırmıştır (Çelebi ve
ark., 2005).
Çay ve ark., (2004); sulu çözeltilerden Cu(II) ve Cd(II) ağır metallerinin
uzaklaştırılmasında adsorban olarak çay atıklarını kullandıkları çalışmada da bizim
deneylerimizde gözlediğimiz gibi adsorban miktarı arttıkça, metal iyonlarına karşı
adsorban partiküllerinin sayısı daha çok olmaktadır. Böylece, partiküller metal
iyonlarını çevreleyerek, iyonların yüzeyde tutunmasını kolaylaştırırlar.
41
7075808590
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
adsorban miktarı, g
% S
20,0
22,5
25,0
27,5
30,0
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15
adsorban miktarı , g
% S
(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit
98,098,198,298,398,4
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
adsorban miktarı, g
% S
05
101520
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15
adsorban miktarı , g
% S
(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit
99,4699,4899,5099,5299,54
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
adsorban miktarı, g
% S
2025303540
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15
adsorban miktarı, g
% S
(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit
97,0097,2597,5097,7598,00
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
adsorban miktarı, g
% S
95,095,195,295,395,4
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15
adsorban miktarı, g
% S
(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit
98,0098,2598,5098,7599,00
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
adsorban miktarı, g
% S
2023262932
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15
adsorban miktarı , g
% S
(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.9. Metallerin sorpsiyonunun adsorban miktarına karşı değişimi grafikleri
42
5. SONUÇLAR Poliakrilonitril-pomza kompoziti sentezlenerek, SEM, FT-IR, X-ray, UV analizleri
ile karakterize edildi. Adsorban olarak kullanılan pomza ve kompozitinin Cu(II),
Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI) metal iyonlarını tutma miktarları AAS cihazıyla
ölçüldü.
Sonuç olarak, sulu çözeltilerden Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI) metal
iyonlarının uzaklaştırılmasında pomzanın ve kompozitinin çok iyi adsorban oldukları
belirlenmiştir. Araştırmalar atık sulara ve sulu çözeltilere bu prosesin
uygulanabileceğini göstermiştir.
Farklı metal derişimleri ile yapılan adsorpsiyon çalışmalarında, derişimin artmasıyla
adsorpsiyonun da arttığı gözlenmiştir. Seyreltik metal çözeltilerinde fiziksel
sorpsiyon görülürken; derişik metal çözeltilerinde hem fiziksel hem de kimyasal
sorpsiyon gerçekleşmiştir.
Adsorpsiyona zamanın etkisi incelenmiş ve zamanla adsorpsiyonun arttığı
gözlenmiştir. Adsorpsiyon pomzada daha yavaş gerçekleşmiş, kompozitte ise daha
kısa sürede denge sağlanmıştır.
Her iki adsorbanın da miktarının artışı sorpsiyonu artırmış, belli bir süreden sonra da
sabit değere ulaşılmıştır. Kompozit için Cr(VI) iyi bir adsorban iken, pomza için tüm
metallerde adsorpsiyon yüksektir.
pH değişiminin adsorpsiyona etkisi metallere göre değişiklikler göstermekle birlikte;
genellikle pH arttıkça tutunma da artmıştır. Adsorpsiyonun bazik bölgede daha çok
olduğu görülmüştür.
Sıcaklığın artmasıyla metal tutma miktarı da artmıştır. Entalpi değişimi ve serbest
enerji değerleri sıcaklıkla adsorpsiyonun artmasını doğrulamış ve reaksiyonların
kendiliğinden gerçekleştiğini göstermiştir.
43
Pomza ve PAN-pomza kompoziti, sulu çözeltilerden ve atık sulardan ağır metallerin
uzaklaştırılmasında, geri kazanılmasında ve kirlilik gideriminde kullanılabilecek
uygun materyaller olup, laboratuar ve endüstriyel alanda uygulanabilir olduğu
sonucuna varılmıştır.
44
6. KAYNAKLAR Abollino, O., Aceto, M., Malandrino, M., Sarzanini, C., Mentasti, E., 2003,
Adsorption of heavy metals on Na-montmorillonite, effect of pH and organic substances, Water Research 37, 1619-1627.
Akbal, F., 2005, Adsorption of basic dyes from aqueous solution onto pumice
powder, Journal of Colloid and Interface Science 286, 455-458. Atasoy, İ., 2000, Akrilonitril polimeriasyon reaktörünün dinamik modellenmesi,
Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans Tezi, 129s, Ankara. Bardakçı, B., Çiçek, E., 2005. Isparta pomzasının radyoaktif atıkların
adsorblanmasında kullanımı. Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 335-338, Isparta.
Chen, Y., Zhao, Y., 2003, Synthesis and characterization of polyacrylonitrile-2-
amino-2-thiazoline resin and its sorption behaviors for noble metal ions, Reactive & Functional Polymers 55, 89-98.
Chen, Y., Liang, C., Chao, Y., 1998, Synthesis and characterization of
polyacrylonitrile-thiosemicarbazide resin and its sorption behavior for Rh(III), Ru(IV), Pd(II) and Ir(IV) ions, Reactive & Functional Polymers 36, 51-58.
Chiron, N., Guilet, R., Deydier, E., 2003, Adsorption of Cu(II) and Pb(II) onto a
grafted silica isotherms and kinetic models, Water Research 37, 3079-3086. Choi, B., Park, Y., Gong, M., 2005, Ionic conductivity enhancement in Na2SO4-PAN
polymer composites, Materials Science and Engineering B 119, 177-181. Csoban, K., Parkanyi-Berka, M., Joo, P., Behra, P., 1998, Sorption experiments of
Cr(III) onto silica, Colloids and Surfaces 141, 347-364. Çabuk, M., 2005, Polimer-kil kompozitlerinin elektroreolojik özelliklerinin
incelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans tezi, 49s, Isparta.
Çay, S., Uyanık, A., Özaşık, A., 2004, Single and binary component adsorption of
copper(II) and cadmium(II) from aqueous solutions using tea-industry waste, Separation and Purification Technology 38, 273-280.
Çelebi, F., Argun, M.E., Özdemir, C., Dursun, Ş., 2005. Ağır metal içeren atık
suların klinoptilolit kulanılarak arıtımı. Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 339-342, Isparta.
45
Deng, J., He, C. L., Peng, Y., Wang, J., Long, X., Li, P., Chan, A.S.C., 2003, Magnetic and conductive Fe3O4-polyaniline nanoparticles with core-shell structure, Synthetic Metals.
Erkoyun, H., 2005. Pomzanın Türkiye’deki yeri ve önemi. Türkiye Pomza
Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 1-7, Isparta. Ersöz, M., Pehlivan, E., Duncan, H.J., Yıldız, S., Pehlivan, M., 1995, Ion exchange
equilibra of heavy metals in aqueous solution on new chelating resins of sporopollenin, Reactive Polymers 24, 195-202.
Fereira, S.L.C., Brito, C.F., Dantas, A.F., Araujo, N.M.L., Costa, A.C.S., 1999,
Nickel determination in saline matrices by ICP-AES after sorption on amberlite XAD-2 loaded with PAN, Talanta 48, 1173-1177.
Göde, F., 2002, Reçinelerle ağır metal adsorpsiyonu ve atık sulara uygulanması,
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 119s, Konya. Hu, Z., Lei, L., Li, Y., Ni, Y., 2003, Chromium adsorption on high-performance
activated carbons from aqueous solution, Separation and Purification Technology 31, 13-18.
Inglezakis, V. Z., Loizidou, M. D., Grigoropoulou, H. P., 2002, Equilibrium and
kinetic ion Exchange studies of Pb+2, Cr+3, Fe+3 and Cu+2 on natural clinoptilolite, Water Research 36, 2784-2792.
Jeevananda, T., Siddaramaiah, Seetharamu, S., Saravanan, S., D’Souza, L., 2004,
Synthesis and characterization of ploy(aniline-co-acrylonitrile) using organic benzoyl peroxide by inverted emulsion method, Synthetic Metals 140, 247-260.
Kang, S., Lee, J., Moon, S., Kim, K., 2004, Competitive adsorption characteristics of
Co+2, Ni+2 and Cr+3 by IRN-77 cation Exchange resin in synthesized wastewater, Chemosphere 56(2), 141-147.
Kara, M., Yüzer, H., Sabah, E., Çelik, M.S., 2003, Adsorption of cobalt from
aqueous solutions onto sepiolite, Water Research 37, 224-232. Karakaş, Z., 2000, Akrilonitrilin elektrokimyasal polimerizasyonunda elektrolit
etkisi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans Tezi, 51s, İstanbul.
Kaşıkara-Pazarlıoğlu, N., Telefoncu, A., 1997. Pomzanın fenol içeren endüstriyel
atık suların biyokimyasal arıtımında kullanılması. 1. Isparta Pomza Sempozyumu. (Gündüz, L.) 25-29, Isparta.
46
Korngold, E., Belayev, N., Aronov, L., 2003, Removal of chromates from drinking water by anion exchangers, Separation and Purification Technology 33, 179-187.
Onar, A.N., Balkaya, N., Öztürk, B., 1997. Pomza taşının su arıtım teknolojisinde
kullanımı. 1. Isparta Pomza Sempozyumu. (Gündüz, L.) 31-38, Isparta. Özdemir, G., Öztürk, T., Ceylan, N., İşler, R., Coşar, T., 2003, Heavy metal
biosorption by biomass of Ochrobactrum anthropi producing exopolysaccaride in activated sludge, Bioresource Technology 90, 71-74.
Rauf, N.,Tahir, S.S., 2000, Termodynamıcs of Fe(II) and Mn(II) Adsorptıon
onto Bentonite from Aqueous Solutions, J. Chem. Thermodynamics 32, 651-658.
Reddy, K.R., Chinthamreddy, S., 2003, Effects of initial form of chromium on
electrokinetic remediation in clays, Advences in Enviromental Research 7, 353-365.
Reddy, K.R., Chinthamreddy, S.,1999, Electrokinetic remediation of heavy metal-
contaminated soils under reducing enviroments, Waste Management 19, 269-282.
Rengaraj, S., Yeon, K., Kang, S., Lee, J., Kim, K., Moon, S., 2002, Studies on
adsorptive removal of Co(II), Cr(III) and Ni(II) by IRN77 cation exchange resin, Journal of Hazardous Materials B92, 185-198.
Sevindir, H.C., Pakdil, N.B., 2005. Pomza taşı kullanılarak içme sularından demir ve
mangan giderilmesi. Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 321-325, Isparta.
Sezgin, M., Davraz, M., Gündüz, L., 2005. Pomza endüstrisine sektörel bir bakış.
Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 9-22, Isparta.
Surianarayanan, M., Rao, S.P., Vijayaraghavan, R., Raghavan, K.V., 1998, Thermal
behaviour of acrylonitrile polymerization and polyacrylonitrile decomposition, Journal of Hazardous Materials 62, 187-197.
Tranter, T.J., Herbst, R.S., Todd, T.A., Olson, A.L., Eldredge, H.B., 2002,
Evaluation of (AMP-PAN) as a cesium selective sorbent for the removal of Cs from acidic nuclear waste solutions, Advances in Environmental Research 6, 107-121.
Uzun, İ., Güzel, F., 2000, Adsorption of some heavy metal ions from aqueous
solution by activated carbon and comparison of percent adsorption results of activated carbon with those of some other adsorbents, Turk J. Chem. 24, 291-297.
47
Yavuz, Ö., Altunkaynak, Y., Güzel, F., 2003, Removal of copper, nickel, cobalt and manganese from aqueous solution by kaolinite, Water Research 37, 948-952.
Youssef, A.M., El-nabarawy, Th., Sarma, S. E., 2004, Sorption properties of
chemically-activated carbons and soprtion of cadmium(II) ions, Colloids and Surfaces A 235, 153-163.
Yu, T., Lin, J., Xu, J., Chen, T., Lin, S., 2005, Novel polyacryloniyrile
nanocomposites containing Na-montmorillonite and nano SiO2 particle, Polymer 46, 5695-5697.
http://www.cmo.org http://www.die.gov http://www.ekolojidergisi.com http://www.kimyaevi.org http://www.mta.gov http://www.tse.org http://www.tubitak.gov
48
7. EKLER
EK-1
Şekil 7.1. Pomza-Zn(II) SEM Şekil 7.2. Kompozit-Zn(II) SEM
fotoğrafı fotoğrafı
Şekil 7.3. Pomza-Cr(III) SEM Şekil 7.4. Kompozit-Cr(III) SEM
fotoğrafı fotoğrafı
49
Şekil 7.5. Pomza-Cr(VI) SEM Şekil 7.6. Kompozit-Cr(VI) SEM
fotoğrafı fotoğrafı
Şekil 7.7. Pomza-Cd(II) SEM Şekil 7.8. Kompozit-Cd(II) SEM
fotoğrafı fotoğrafı
Şekil 7.9. Pomza-Cu(II) SEM Şekil 7.10. Kompozit-Cu(II) SEM
fotoğrafı fotoğrafı
50
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : Sema ÖZMERT
Doğum Yeri : Senirkent
Doğum Yılı : 1980
Medeni Hali : Bekar
Eğitim ve Akademik Durumu :
Lise 1994 – 1998 , Afyon Lisesi
Lisans 1998 – 2002 , Selçuk Üniversitesi Eğitim Fakültesi
Fen Bilgisi Öğretmenliği Bölümü
Yabancı Dil : İngilizce