TÜBİTAK BİDEB (LİSE-4 [ÇALIŞTAY 2014]) KİMYA PROJE RAPORU GRUP POMZA PROJE ADI ATIK SULARDAKİ AĞIR METALLERİN POMZA TAŞI İLE ADSORBSİYONU PROJE EKİBİ

Transkript

1 TÜBİTAK BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ-FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK- PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI (LİSE-4 [ÇALIŞTAY 2014]) KİMYA PROJE RAPORU GRUP POMZA PROJE ADI ATIK SULARDAKİ AĞIR METALLERİN POMZA TAŞI İLE ADSORBSİYONU PROJE EKİBİ Gülay DEMİRCİ Seçil KELEŞ PROJE DANIŞMANLARI Doç. Dr. Fatih ALGI Doç. Dr. Murat KAHVECİ PROJE TEKNİSYENİ Ferah CÖMERT ÖNDER ÇANAKKALE 25 Ocak 02 ŞUBAT 2014

2 PROJE ADI: Atık Sulardaki Ağır Metallerin Pomza Taşı ile Adsorbsiyonu PROJENİN AMACI: Doğal ve ekonomik bir kayaç olan pomza taşının endüstride oluşan atık suların içerdiği ağır metallerden biri olan Cu 2+ iyononun giderilmesindeki etkililiğini araştırmak. 1.GİRİŞ Günümüzde doğal dengeyi ve insan sağlığını tehdit eden en önemli tehlikelerden biri çevre sorunlarıdır. Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin endüstrilerinde bir çok alanda kullanılan ağır metaller önemli çevre sorunları yaratmaktadır. Bazı endüstri alanları ve atık sularında bulunan ağır metaller Tablo-1 de verilmiştir. Tablo 1. Endüstri alanlarında kullanılan ağır metaller. (San, 2007) Endüstri Alanı Cd Cr Cu Hg Pb Ni Sn Zn Kağıt Endüstri Petro kimya Klor-Alkali üretimi Gübre sanayi Demir Çelik Sanayi Enerji Üretimi(Termik) Atık sularda bulunan ağır metal giderimi için bir çok metot ve yeni ayırma yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemlere iyon değiştirici, kimyasal çökelme, ters osmoz, buharlaşma, membran filtrasyonu, biyosorbsiyon, adsorbsiyon vb örnek verilebilir. Adsorbsiyon en ekonomik ve etkili yöntemlerden biridir. Adsorsiyon; Taneciklerin temas ettikleri yüzeye çekme kuvvetinin etkisiyle tutunma veya gözeneklerine girmesi ile oluşur. Atık su + Adsorban madde Arıtılmış su + Kirlenen Adsorban Madde

3 Adsorbsiyon yönteminde geçmişten günümüze kadar birçok adsorban madde kullanılmıştır. Bu maddelere örnek olarak aktif karbon, alümina, kitosan, silikajel, kil, falez kayası, perlit gibi maddeler örnek olarak verilebilir. Son yıllarda adsorban madde olarak ekonomik ve kolay elde etme yönteminden dolayı çok fazla tercih edilmektedir. Bu projede adsorbant olarak volkanik bir kayaç olan Pomza taşı kullanılmıştır. Pomza terimi İtalyanca bir sözcüktür. Her dilde farklı adlandırılır. Fransızcada Ponce, İngilizcede orta taneli olanlara Pumice, ince taneli olanlara Pumicite denmektedir. Almancada ise iri taneli olanlara Bimstein, küçük taneli olanlara Bims adı verilmektedir. Türkçede ise süngertaşı, nasır taşı, topuk taşı, haşır taşı, kisir, pomza gibi adlarla anılmaktadır. Pomza açık renkli, boşluklu ve gözenekli, süngerimsi volkanik olaylar sonucu oluşmuş bir kayaç türüdür. Oluşumu esnasında bünyesindeki gazların ani soğumanın etkisiyle kayacı terk etmesi makro ölçekten mikro ölçeğe kadar sayısız gözenek içermesini sağlamıştır. Yaygın biçimde gaz boşlukludur. Bu nedenle ısı ve ses yalıtımı oldukça yüksektir. Pomzanın kimyasal bileşimi Tablo-2 de gösterilmiştir. Tablo 2. Pomzanın Kimyasal Bileşimi (Özkan &Twicer, 2001) Bileşik Oran(%) SiO Al 2 O Na 2 O- 5-8 K 2 O Fe 2 O CaO 1-2 MgO 1-2 TiO 2 Eser miktarda SO 3 Eser miktarda Cl Eser miktarda

4 Pomza dünya genelin tespit edilen pomza rezervi 18 milyar ton civarındadır. Pomza yataklarının yer aldığı ülkelerin başında ABD, Türkiye ve İtalya gelmektedir. Dünya pomza rezervleri Grafik-1 de gösterilmektedir. Dünya Pomza Rezerv % Oranları ABD TÜRKİYE İTALYA YUNANİSTAN OKYANUSYA ŞİLİ DİĞERLERİ 3% 3% 0% 3% 11% 16% 64% Grafik-1 (Elmastaş, 2012) Türkiye de yaklaşık olarak 2836 milyon ton pomza taşı bulunmaktadır. Bu miktarın illere göre dağılımı Grafik-2 de verilmiştir. TÜKİYE POMZA REZERVİNİN İLLERE GÖRE DAĞILIM (%) 6,5 2,2 1,6 1,3 0,6 0,3 18,4 24,3 KAYSERİ BİTLİS NEVŞEHİR 44,8 VAN AĞRI IĞDIR Grafik-2 Pomzanın sahip olduğu bir çok özelliğinden dolayı farklı sektörlerde kullanılabilmektedir. Pomzanın başlıca kullanım alanları; * İnşaat sektöründe yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Normal betona göre daha dayanıklı ve hafiftir. Deprem yüklerine karşı daha elastik davranış gösterebilmektedir.

5 *Tarım sektöründe kurak topraklarda veya bol su ile yetişen bitkilerde su kullanımını azaltmak için su tutucu özelliğinden yararlanılmaktadır. *Tekstil alanında kot taşlama ve bazı kumaşların ağartılmasında kullanılmaktadır. *Kimya sektöründe diş macunlarında, gübre topaklaşma önleyici, boyada yalıtım sağlayan madde olarak, deterjan, plastik, metal vb. maddelerin üretiminde kullanılmaktadır. *Teknolojik alanda TV ve çiplerin temizlenmesinde kullanılmaktadır. Türkiye de işlenen pomzanın % 90 nı inşaat sektöründe kullanılmaktadır. 2.MATERYAL VE YÖNTEMLER 2.1. Materyal *Pomza Taşı (Nevşehir Bölgesi nden) *Hekzan *Etil Alkol *%5 lik HNO 3 çözeltisi *Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O *Asetik asit *Sodyum Asetat *Sodyum Karbonat *Sadyum Bikarbonat *Saf Su *2 adet 500 ml bolon joje *20 adet 250 ml beher *5 adet 250 ml balon joje *2 adet 250 ml erlen *Mezür

6 *5-10 ml pipet *Mikro pipet *Baget *Spatül *Süzgeç kağıdı *Elek *1 adet porselen süzgeç *1 adet su trompu *Porcelen hava *Çekiç *Etüv *Hassas terazi *Çalkalayıcı (orbital) *ph metre *Atomik Absorpsiyon Spectrofotometre (Thermo Scientific) Bu projedeki deneyler ve enstrümental analizler Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya ve Biyoloji Bölümü laboratuvarları nda yapılmıştır Yöntem Pomza taşları çekiç ve porselen havan yardımıyla boyutları küçültüldü. Parçalar yaklaşık 0,1mm-0,9mm olacak şekilde elendi (Resim-1). Numune safsızlıklarının giderilmesi için sırasıyla hekzan, etil alkol,% 5 lik HNO 3 çözeltisi ve saf su ile yıkandı. Etüvde C de 1 saat bekletildi. Yüzey alanı genişletilerek adsorbant olarak aktif hale getirildi (Resim-2).

7 Resim-1 Resim mol/litre Cu 2+ iyonu içeren bakır (II) nitrat çözeltisi hazırlandı. Pomza taşının farklı ph larda ve farklı miktarlarda adsorpsiyon oranlarının belirlenmesi için deneyin uygulanacağı ph değerleri olan asetik asit-sodyum asetat kullanılarak ph=4, sodyum kabonat-sodyum bikarbonat kullanılarak ph=10 olan çözeltiler hazırlandı. (Resim-3). Resim-3 Üç adet 250 ml lik beher alınarak 10-3 mol/litre 50 ml Cu(NO 3 ) 2 çözeltisi koyuldu. Her bir çözeltiye asidik tampon eklenerek çözeltilerin ph değerlerinin ph=4 olması sağlandı. Üzerlerine sırasıyla 0,5 g, 1 g ve 2 g pomza taşı eklendi. Aynı işlemler, aynı derişim ve miktar Cu(NO 3 ) 2 çözeltisi alınmak suretiyle bazik ortamda tekrar edildi (Resim-4).

8 Resim-4 Kontrol grubu olarak herhangi bir tampon çözelti ilave edilmemiş 50 ml lik 10-3 mol/litre Cu(NO 3 ) 2 çözeltisine 1g pomza taşı eklenmiştir. Hazırlanan numunelerin tamamı 5 saat çalkalayıcıda tutulmuştur (Resim-5). Daha sonra her bir numune su trompunda süzüldü. Süzüntüler mikro pipet yardımı ile 1/10, 1/15 ve 1/20 oranlarında seyreltilerek analiz için hazır duruma getirildi. Cu 2+ iyonu tayini için kullanılacak olan Atomik Absorpsiyon Spektometresi (AAS) 1ppm- 50 ppm aralığında hazırlanan standart Cu 2+ iyon çözeltileri ile kalibre edildikten sonra elde ettiğimiz süzüntü numuneleri analiz edildi. Resim-5 3. BULGULAR Atomik Absorpsiyon Spektrometresi (AAS) analiz sonuçlarına göre elde ettiğimiz ölçümler Tablo-3 de verilmiştir. Adsorbsiyon işlemi görmemiş numunede Cu 2+ derişimi 34,99mg/L olarak ölçülmüştür.

9 Tablo 3. Numunelerdeki bakır miktarlarının AAS sonuçları Çözeltideki Cu 2+ miktarı mg/l Pomza miktarı (g) Asidik Bazik Kontrol ortam (ph=4) ortam (ph=10) grubu (ph=5.4) 0.5 g mg/l mg/l - 1 g mg/l mg/l 2 g SONUÇ VE TARTIŞMA Numunelere yapılan Atomik Absorbsiyon spektrometre sonuçlarına göre pomza taşının adsorban olarak etki ederken miktar ve ph ın etkisinin önemli olduğu görüldü. Verilere göre çizilen grafik aşağıda verilmiştir (Grafik-3). 120 ADSORBAN MİKTARI(%) ph=4 ph=5,4 ph=10 0 0,5 gram 1 gram 2 gram POMZA MİKTARI Grafik-3 5,4 ph tampon çözelti eklenmeden ölçülen değerdir. 1 gram pomza eklenen numune de üç farklı ph değerinde( ) ölçüm yapılabildiği için ph ın etkisi daha iyi görülmektedir. Ancak anlamlı sonuçlar çıkarmak için farklı ph larda da ölçümler yapılmalıdır. Zaman ve imkan yetersizliğinden dolayı daha fazla ölçüm yapılamadı.

10 Ortam ph nın 4 olduğu durumda artan pomza miktarı adsorblama oranını da artırmıştır. Yeterli miktarda adsorban koyulduğunda ph ın önemi minimuma inmektedir (Grafik-4). 120,00% 100,00% 80,00% ph=4 100% 60,00% 40,00% 20,00% 9,06% 15,26% ph=4 0,00% 0,5 gram pomz 1 gram pomza 2 gram pomza Grafik-4 Ortamın ph nın 10 olduğu durumda en iyi sonuçlar alınmıştır. Bazik ortamda daha az adsorban ile daha iyi sonuçlar alınabilmektedir. 1 gram pomza ile %100 adsorblama sağlanmıştır.(grafik-5) 400,00% 350,00% 300,00% 250,00% 200,00% 150,00% 100,00% 50,00% 0,00% 0,5 gram pomza ph=10 1 gram pomza 2 gram pomza ph=10 Grafik-5 Sonuç olarak; 1. Pomza taşı özellikle bazik ortamda iyi bir adsorbandır. 2. Yeteri kadardan sonra ortam koşullarının önemi azalmaktadır.

11 3. Dünya rezerv değeri olarak ikinci sırada yer alan ülkemiz bu kaynağı ucuz adsorban olarak kullanarak ucuz arıtma yapabilir. 4. Literatürde diğer metaller için de çalışmalar yapılmış ve bazik ortamın en etkili sonucu verdiği kaydedilmiştir. 5. Zaman ve imkan doğrultusunda farklı metaller ve farklı ph değerlerinde çalışmalar yapılabilir. TEŞEKKÜR Çalıştay koordinatörü ve proje danışmanımız Prof. Dr Mehmet AY a, desteklerini esirgemeyen, bilgi ve tecrübesiyle yanımızda olan danışmanlarımız Doç Dr. Murat KAHVECİ, Doç Dr. Fatih ALGI ya, sayın Uğur Değirmencioğlu na, yardımlarından dolayı kimya teknisyenleri Ferah Cömert ÖNDER ve Tuğba GÜNGÖR e, bilgi ve tecrübelerini bizimle paylaşan tüm akademisyenlerimize, bütün çalıştay ekibine, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi ne ve TÜBİTAK a çalışmamıza yaptıkları katkı ve desteklerinden dolayı teşekkür ederiz. KAYNAKÇA 1. Ateş, A., Yılmaz, M. Modifiye Edilmiş Perlitle Ağır Metal Giderim Çalışmaları,Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Müh. Bölümü, 2. A.S. ve Özcan, A., Adsorption of acid dyes from aqueous solutions onto acidactivated bentonite, Journal of Colloid and Interface Science, 276, 39 46, (2004).BAÜ Fen Bil. Enst. Dergisi Cilt 12(2) (2010) 3. Çankıran, O.,Serin, G., Sancak, E. S.D.Ü. Teknik Eğitim Fakültesi Yapı Eğitimi Bölümü,32260 Çünkür-ISPARTA. 4. Kahvecioğlu, Ö., Kartal, G., Güven, A ve Timur, S., Metallerin Çevresel Etkileri-I. 5. Yazıcıoğlu, S., Arıcı E., Gönen T. Pomza Tasinin Kullanim Alanlari ve Ekonomiye Etkisi, F.Ü. DAUM Dergisi, 1, , Mayis, Elmastaş, N. Türkiye Ekonomisi İçin Önemi Giderek Artan Bir Maden: Pomza(Sünger Taşı), Uluslarası Sosyal Araştırmalar Dergisi, 5, 23, Güz, Özkan, Ş. G. ve Twicer, G. Pomza Madenciliğine Genel Bir Bakış, 4. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu (118) Ekim, 2001 İzmir-Türkiye 8. Turan, N. G., Mesci, B. ve Ozgogonel, O. The use of artificial neural networks (ANN) for modeling of adsorption of Cu(II) from industrial leachate by pumice, (2011)

12 GRUP ÜYELERİNİN ÖZGEÇMİŞLERİ Gülay DEMİRCİ 1978 yılında Kayseri de doğdu. İlköğretim ve liseyi Antalya da tamamladı yılında Akdeniz Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya bölümünü bitirdi. Antalya da sırasıyla Sınav Dergisi Dershanesi, Zafer Dershanesi, Yorum Dershanesinde çalıştı yılından itibaren Ted Antalya Koleji nde kimya öğretmeni olarak görev yapmaktadır ve 2013 Tubitak İleri Kimya Eğitimlerini başarı ile tamamlamıştır. Evli ve bir çocuk annesidir. Seçil KELEŞ 1983 yılında Ordu-Perşembe de doğdu. İlköğretimini Perşembe de tamamladı yılında Ordu Anadolu Öğretmen Lisesi Fen Bilimleri bölümünü bitirdi yılında Boğaziçi Üniversitesi Kimya Öğretmenliği Birleştirilmiş Tezsiz Yüksek Lisans programından mezun oldu yılında Ordu Sınav Dergisi Dershanesinde kimya öğretmeni olarak çalışmaya başladı yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Eğitim Fakültesi Kimya Eğitimi bölümünde başladığı doktora eğitimine halen devam etmektedir yılından bu yana Erzurum Bilkent Laboratuvar Lisesi nde kimya öğretmeni olarak görev yapmaktadır.