ÖZEL EGE LİSESİ SERAMİK YAPIŞTIRICILARINDAKİ KROM(VI) İNDİRGENEREK NEDEN OLDUĞU DERİ HASTALIKLARININ ÖNLENMESİ

Transkript

1 ÖZEL EGE LİSESİ SERAMİK YAPIŞTIRICILARINDAKİ KROM(VI) İNDİRGENEREK NEDEN OLDUĞU DERİ HASTALIKLARININ ÖNLENMESİ HAZIRLAYAN ÖĞRENCİLER: Sinem TATAR Ece ÖZKALEMKAŞ DANIŞMAN ÖĞRETMEN: Fatma AKKUŞ 2007 İZMİR

2 Projenin Amacı Ağır metaller, kimyasal özellikleri sebebiyle, günlük yaşantımızda birçok alanda yaygın olarak varlık göstermektedir. Bu sebeple kullanım alanları, kullanım şekilleri sıkça sorgulanmakta çevreye ve insana verdiği zararlar maalesef ortaya çıktıktan sonra giderilmeye çalışılmaktadır. Proje çalışmamızda insan sağlığına zararlı maddelerin, rahatsızlığa sebep olmadan önlenmesi benimsenmiştir. Ağır metaller, kullanıldıkları bazı sektörlerde hammadde, bazılarında ise çeşitli işlemler sonrası yan ürün olarak bulunmakta, olumsuz etkileri çevreye ve insan sağlığına tehlike oluşturmaktadır.tıpta ağır metaller içeren ürünlerin kullanımının ve insanla temasının çeşitli rahatsızlıklara neden olduğu bilinmektedir. Ağır metaller biyo-birikime eğilimli oldukları için tehlikelidirler. Araştırmalarımız doğrultusunda inşaat sektöründe, deri hastalıklarının en önemli nedeninin Cr(VI) içerikli inşaat malzemelerin kullanımı olduğu bilgisine ulaşılmıştır. Bu malzemelerin başlıcaları suda çözünebilir krom içeriği yaklaşık 8 ppm olan çimento ve çimento içerikli ürünlerdir. Cr(VI) çimento üretiminde kullanılan kalker ve kil gibi hammaddelerde toplanır. Cr(VI) insan derisiyle temasında ciddi deri hastalıklarına sebep olan bir ağır metaldir. Cr(VI) iyonunun önemli deri hastalıklarından olan egzamaya da yol açtığı bilimektedir. Seramik yapıştırıcısı, yoğun miktarda Cr(VI) içermesi sebebiyle, Cr(VI) nın insan derisindeki alerjik etkilerinin kolaylıkla gözlenebildiği önemli bir endüstriyel üründür. Seramik yapıştırıcılarının hammaddesi, çimentonun da içeriğinde bulunan kalker ve kildir. FeSO 4, çimentoda Cr(VI) yı Cr (III) e indirgemekte kullanılan bir maddedir. İnşaat sektöründe, özellikle Cr(VI) içerikli malzemeler yoğunlukla kullanılmakta ve sektör çalışanları doğrudan Cr(VI) nın zararlı etkilerine maruz kalmaktadır. Avrupa Standart Komisyonunun (European Directive 2003/53,CEN) kararlarına göre, çimento esaslı ürünlerde Cr(VI) içeriğinin maksimum 2 ppm seviyesinde olması zorunludur. Avrupa ülkeleri yoğun miktarda Cr(VI) içeren ürünlerini standart seviyeye indirmeye çalışmaktadır. Bu nedenler araştırmamızın çıkış noktasını belirlemiş ve seramik yapıştırıcılarının zararlı etkilerinin ortaya çıkmadan önlemesi, aynı zamanda ürünün özelliğinin koruması hedeflenmiştir. Projemizde, seramik yapıştırıcısındaki Cr (VI) iyonunun FeSO 4 kullanımı ile Cr (III) e indirgenerek, ihraç ürünlerimizin Cr(VI) içeriğinin, Avrupa Komisyonunun belirlediği 1

3 standartlara getirilmesi böylece Cr(VI) nın insan sağlığına zararlı etkilerinin yok edilmesi amaçlanmaktadır. YÖNTEM Hach Metodu: Seramik yapıştırıcısının Cr(VI) içeriği, çimentodaki Cr(VI) tayininde de kullanılan, Hach Metodu adı verilen özel bir yöntem ile belirlendi. Hach Metodu; indikatör ve ayırıcı özellikteki diphenylcarbohydrazide in örneğe uygulanarak ölçümlerin yapılmasıdır. Deneyde kullanılan araçlar: Manyetik karıştırıcı :Manyetik etkiden yararlanan, hazırlanan çözeltilerin homojen karışmasını manyetik balık kullanımı ile sağlayan araç. Manyetik balık karışımın içine işlem sırasında bırakılan, manyetik alan etkisi ile hareket eden küçük parça. Kullanımı: Krom miktarını belirlemek istediğimiz seramik yapıştırıcısı, su, standart norm kumdan oluşan karışımımızın içine manyetik balık ilave edildi. Karışımımızın bulunduğu kab manyetik karıştırıcıya yerleştirildi. Manyetik alan etkisiyle, manyetik balığa hareket kazandırılarak homojen karışımı sağlandı. Resim 5. Manyetik Karıştırıcıda çözelti karışımı eldesi Spektrofotometre: Görünür(380nm- 760nm) ve ultraviole dalga boylarında(190nm-1100nm) infrared dalga boylarında(700nm-1350nm) ışık absorbsiyonunu yapabilen her türlü maddenin, doğrudan veya başka bir maddeyle reaksiyona sokulduktan sonra ölçümünü yapabilen bir cihazdır. 2

4 Kullanımı: Deneylerimizde UV spektrofotometre kullanılmıştır. Hazırladığımız seramik yapıştırıcısı karışımı süzüldükten sonra karışımımız seyreltilerek 2 adet kuartz ölçüm hücresine doldurulmuştur. 1. hücrelerdeki örnek içerisine indikatör (diphenylcarbohydrazide) eklenmeden, 2. hücredeki örnek içerisine indikatör (diphenylcarbohydrazide) eklenerek kapakları kapatılmıştır. İndikatörlü örnekte indikatörün çözünmesi tamamlandıktan sonra, her iki örnekteki Cr(VI) miktarı spektrofotometrede okutulmuştur. Etüv: Deney örneklerinin belli sıcaklık derecelerinde bekletildiği fırın. Kullanımı: Cr(VI) indirgenmesine sıcaklığın etkisini belirlemede kullanılmıştır. ph metre: Örneklerin ph değerlerini ölçen araçtır. Kullanımı: İndirgenmenin gerçekleştiği ph değerlerini ve bu değerlerin reaksiyona etkilerini ölçmekte kullanılmıştır. Deney Numunesinin Hazırlanması: -25 gr seramik yapıştırıcısı deney numunesi (M) ve 100 gr standart norm kumu 250 ml behere konuldu ve 100 ml saf su behere ilave edildi (V 1 ). Resim 1. Standart kumun tartılması -Beher içine manyetik balık adı verilen karıştırıcı parçacık atılarak beher saat camıyla kapatıldı. Çözelti manyetik karıştırıcıda (Resim 5) 10 dk karıştırıldı. 3

5 -Çözelti filtre kağıdından (Resim 8) süzüldü ve süzüntüden 5 ml alınarak (V 2 ),50 ml lik balon jojeye konuldu. -Balon joje içindeki süzüntü saf su ile 50 ml ye tamamlandı (Resim 7) (V 3 ). -Çözelti renginin sarıya döndüğü gözlendi. spektrofotometrenin 2 adet kuartz ölçüm hücresi, ölçümlerin sağlıklı olabilmesi için yumuşak bezle ve kağıt havlu yardımıyla temizlendi. -Kuartz hücreleri işaretli yerlerine (5ml) kadar çözeltiyle dolduruldu (Resim 12). -Seramik yapıştırıcısındaki Cr(VI) tayini için Hach metodundan yararlanılarak çözelti dolu kuartz hücrelerinden birine indikatör madde (diphenylcarbohydrazide) eklendi (Resim 11). Sonucun kesin olarak ölçülebilmesi ve indikatörün tamamen karışım içinde çözünmesi için yaklaşık 5 dk beklendi. Bu süre içerisinde karışımımız pembe rengini aldı. -İlk olarak indikatörsüz olan kuartz hücre daha sonra indikatörlü kuartz hücre spektrofotometrede okutuldu (Resim 13). İndikatörsüz kuartz hücrenin spektrofotometredeki ölçüm sonucundan sağlıklı bir veri elde edilemez iken, indikatörlü örneğimiz ile gerekli ölçümler yapılabilmiştir. Bu durum, kullandığımız indikatörün(diphenylcarbohydrazide) ölçüm için gerekliliğini göstermektedir. İndikatör karışımda ölçeceğimiz madde miktarına göre renk değişimi yaparak, spektrofotometrenin ölçüm yapmasını sağlamaktadır. Yapılan deneylerle madde yoğunluğunun artışıyla doğru orantılı olarak renk yoğunluğunun arttığı, dolayısıyla spektrofotometredeki emilme miktarının artışıyla ölçümün kolaylaştığı belirlenmiştir. 4

6 Resim12. Kuartz hücrelerinin spektrofotometreye yerleştirilmesi İndikatörlü Kuartz Hücrenin Spektrofotometredeki Ölçüm sonucuna Göre Gerçek Cr(VI) Miktarının Hesaplanması: C= Spektrofotometrede okunan değer (0.17ppm) V 1 = Karıştırma esnasında kullanılan su miktarı (100ml) V 2 = Süzüntüden alınan miktar (5gr) V 3 = Balon jojedeki süzüntünün, saf su ile tamamlandıktan sonraki miktarı (50ml) M= Seramik yapıştırıcı miktarı (25gr) Cr(VI)=C x (V 1 /M) x (V 3 /V 2 ) %ppm Bu formül kullanımı, seyreltik karışımla aldığımız ölçüm sonuçlarının gerçek değerlerine ulaşmamızı sağlamaktadır. Cr(VI)=C x (V 1 /M) x (V 3 /V 2 ) Cr(VI)=0.17 x (100/25) x (50/5) Cr(VI)=6.8 ppm FeSO 4 eklemesi yapılmadan önce seramik yapıştırıcısı örneğimizin Cr(VI) miktarı 6.8 ppm olarak hesaplanmıştır. 5

7 Seramik yapıştırıcısı, standart norm kumu, saf su karışımından elde edilen deney numunesine FeSO 4 ilavesi ile gerçekleşen indirgenme tepkimesi: 3FeSO 4 +CrO Ca(OH) 2 +4H 2 O<=>3Fe(OH) 3 +Cr(OH) 3 +3CaSO 4 + 2OH - Fe(II) Cr(VI) Fe(III) Cr(III) FeSO 4 (Demir II Sülfat) : Deneyde kullanılan FeSO 4 Erdoğanlar A.Ş. den temin edilmiştir. Özellikleri; 178 g Fe /kg Iron (Fe +2 ) > 17.6% Residual moisture (H 2 O)< 4.0% Insolubles: 0.09% Ca(OH) 2 : Beyaz renkli bir tozdur. Suda hamurumsu bir görünüş alır. Sönmemiş kirece su ilave edilmesi ile elde edilir. Kireç ve çimento yapımında kullanılır. Çimento bazlı sanayi ürünü olan seramik yapıştırıcısının yapısında yer alır. SONUÇLAR VE TARTIŞMA: Cr(VI) Konsantrasyonu Ölçüm Sonuçları: test edilmiştir. Deneylerde her ölçüm için 2 şer deneme yapılarak ölçüm sonuçlarının güvenilirliği FeSO 4 eklemesi yapılmadan, Cr(VI) miktarı 6.8 ppm olarak hesaplanmış olan karışımımıza, düzenli aralıklarla %0.05 oranında FeSO 4 eklemesi yapılarak, numunenin %0,00- %0,4 aralığındaki FeSO 4 değerlerinde Cr(VI) miktarı değişimi ölçülmüştür. Yapılan ölçümlerde elde edilen verilere göre FeSO 4 miktarının değişiminin, Cr(VI) konsantrasyonuna etkisi Grafik 1 de verilmiştir. (Bkz. Ek.1) Cr(VI) miktarı 6.8 ppm den 1 ppm in altına kadar düşmüştür. Cr(VI) miktarının %0.1 FeSO 4 içerikli numunede 0.8 ppm e, %0,4 FeSO 4 içerikli numunede 0.4 ppm e kadar düştüğü gözlenmiştir. 6

8 Örneklerimizden elde edilen sonuçlarda FeSO 4 oranı arttırıldığında Cr(VI) miktarlarının önemli ölçüde azaldığı belirlenmiştir. Zaman faktörünün reaksiyon verimine etkisini test edebilmek amacıyla, hazırladığımız %0.1 ve %0.4 oranındaki FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısı örneklerinin zamana bağlı Cr(VI) içeriği ölçülmüştür. %0,1 FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısı örneğimizin zamana bağlı Cr(VI) içeriğinin giderek azaldığı yaklaşık 13 gün sonrasında tamamen Cr(III) e indirgendiği, yaklaşık 27. günün sonrasında Cr(III) un Cr(VI) ya geri dönüştüğü tespit edilmiştir. %0.1 FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısındaki zamana bağlı Cr(VI) miktarı değişimi Grafik 2 de verilmiştir. (Bkz. Ek.2) Reaksiyondaki geri dönüşümü önlemek için FeSO 4 miktarını arttırılmıştır. Kullandığımız %0,4 FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısının, Cr(VI) miktarının, yaklaşık 7. günün sonrasında tamamen Cr(III)e dönüştüğü, 60. güne kadar yapılan ölçümlerde geri dönüşüm olmadığı gözlemlenmiştir. %0.4 FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısındaki zamana bağlı Cr(VI) miktarı değişimi Grafik 3 de verilmiştir. (Bkz. Ek.3) ph ölçüm Sonuçları: Cr(VI) miktarı 6.8 ppm olarak tespit edilen FeSO 4 süz seramik yapıştırıcısı örneğimizin ph değeri 11,74 olarak ölçülmüştür. FeSO 4 ilavesinin ortamın ph ı ile olan ilişkisini belirlemek için, her FeSO 4 ilavesi sonrası ph ölçümü de yapılmıştır. FeSO 4 lu örneklerin phlarının FeS0 4 ilavesi ile önemli bir değişikliğe uğramadığı belirlenmiştir. Seramik yapıştırıcısı su karışımına FeSO 4 ilavesi ile ortamın ph değişimi Grafik 4 de verilmiştir. (Bkz. Ek.4) Yapılan bütün ölçümler sonucu elde ettiğimiz veriler ile seramik yapıştırıcılarındaki Cr(VI) iyonu zararsız Cr(III) iyonuna indirgenmiş ve Cr(VI) nın neden olduğu zararlı etkiler ortadan kaldırılmıştır. 7

9 Deney sonuçlarını FeSO 4 miktarının %0,4 ten az oluşu ancak 25. günün sonrasında olumsuz yönde etkilemiştir ve Cr(VI) indirgenmesi reaksiyonu tersine dönüştürmüştür. Sıcaklık faktörünün ise seramik yapıştırıcısındaki Cr(VI) miktarını ancak 55 ºC de 60 gün beklemesi halinde sonucu olumsuz yönde etkilediği belirlenmiştir. Seramik yapıştırıcısında FeSO 4 kullanımı ile verimli sonuçlara ulaşılmış, seramik yapıştırıcısının özelliği korunarak zararlı etkilerinden uzaklaştırılmıştır. Bu durum yaşanabilecek dermatolojik problemleri ortadan kaldırmaktadır. Seramik yapıştırıcılarında uygulanabilecek bu yöntem ile, Avrupa Standart Komisyonunun (European Directive 2003/53,CEN) belirlediği maksimum 2 ppm sınırının çok altında, Cr içerikli ihraç ürünleri elde edilebilecektir. Bu durum ihracatımızı olumlu yönde etkileyerek, ekonomik anlamda ülkeye büyük kazanç sağlayacaktır. 8

10 KAYNAKLAR M.Scheider, K.Lipus, Chromatarme Zemente für einen verbesserten Arbeitsschutz ZKG International No:6/2002 Avrupa komisyonu (2002) directorate general health and consumer protection Yeqıng Lan, Baolin Deng Chulsung Kım, Edward C. Thorton ve Huıfang XU Environmental science technology. (2005) Catalysis of Elemantal Sulfur nanoparticles on Chromium (VI) reduction by sulfide under araerobic conditions Metallerin Çevresel Etkileri, İTÜ Metalürji ve Malzeme Mühendisliği bölümü dergisi (136) Türk Tabipleri Birliği, İnsan Sağlığını Etkileyebilecek unsurlar Bruze M, Fregert S, Gruvberger B(1990): Patch testing with cement containing iron sulfate. Contact Dernatits 8, Mali JWH Van Knoten WJ Van Neer FCJ Spruit D (1966): Quantitative aspects of chromium sensitization. Acta Derm Venereol 44, 44 48, 1966 Grolier Concise Encyclopadia Of Science And Technology 2: eczema 598.(1984): U.S.A John Daintith (1996): Oxford Dictionary Of Chemistry chromium 117: Oxford University Press Encyclopadia Britannica 5: cement (1970) : U.S.A Encyclopadia Britannica 5: chromium (1970) :U.S.A Batı Anadolu Çimento Fabrikası Laboratuarları ve laboratuar şefi Gökhan GÜMÜŞ 9

11 Ek Cr (VI) ppm 4 Cr(VI) içeriği (ppm) ,0000% 0,0500% 0,1000% 0,1500% 0,2000% 0,2500% 0,3000% 0,3500% 0,4000% 0,4500% % FeSO4 içeriği Grafik 1. Seramik yapıştırıcısına eklenen FeSO 4 ün Cr(VI) konsantrasyonuna etkisini

12 Ek.2 0,90 0,80 0,70 0,60 Cr (VI) ppm 0,50 0,40 Cr(VI) içeriği (ppm) 0,30 0,20 0,10 0, Gün Grafik 2. %0.1 oranında FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısındaki Cr(VI) miktarının zamana bağlı değişimi

13 Ek.3 0,45 0,40 0,35 0,30 Cr (VI) ppm 0,25 0,20 Cr(VI) içeriği (ppm) 0,15 0,10 0,05 0, gün Grafik 3. %0.4 oranında FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısındaki Cr(VI) miktarının zamana bağlı değişimi

14 Ek ,5 12 ph 11,5 Seramik yapıştırıcı su karışımının ph'ı 11 10,5 10 0,0000% 0,0500% 0,1000% 0,1500% 0,2000% 0,2500% 0,3000% 0,3500% 0,4000% 0,4500% % FeSO4 ilavesi Grafik 4. FeSO 4 ilaveli seramik yapıştırıcısı su karışımının Ph değişimi