ULTRASES KULLANARAK AKTİF KARBON ÜZERİNE REACTİVE BLUE 19 UN ADSORPSIYON TERMODİNAMİĞİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 ULTRASES KULLANARAK AKTİF KARBON ÜZERİNE REACTİVE BLUE 19 UN ADSORPSIYON TERMODİNAMİĞİNİN İNCELENMESİ Ens ŞAYAN a,*, O. Nuri ATA b a,b,* Atatürk Ünivrsitsi Mühndislik Fakültsi Kiya Mühndisliği Bölüü, 25240, Erzuru. sayan@atauni.du.tr Özt Bu çalışada tkstil ndüstrisind yaygın olarak kullanılan Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyonunun trodinaiği inclndi. Adsorpsiyon dnylri ultrass kullanılarak grçklştirildi. Dng adsorpsiyon vrilri Languir v Frundlich izotrlri kullanılarak analiz dildi. Trodinaik paratrlr (Δ G ads, Δ H ads v Δ S ads ), ln K d - 1/T grafiğinin ğii v kayasından hsaplandı. Bu paratrlr ışığında adsorpsiyon prossinin ndotrik olduğu gözllndi. Anahtar Klilr: Adsorpsiyon, ultrass, aktif karbon, ractif boya v trodinaik paratrlr. Giriş Tkstil, kağıt boyaa, gıda v koztik gibi sanayilrin atık suları, yüksk ph, rnk v sıcaklık gibi özlliklrindn dolayı toksik v kansrojndir [1-2] v rnkli sularda günş ışığı ytrinc nufüz ddiğindn fotosntz olayı olusuz tkilnir [3]. Bu yüzdn atıksuların artıldıktan sonra çvry boşaltıı daha uygundur. Adsorpsiyon, istnyn yan ürün oluşturadan, ucuz bir adsorbnt kullanılarak rnk gidrii için iyi bir yönt olarak düşünülktdir [4]. Son yıllarda, pk çok araştıracı tarafından kiyasal koagülasyon [5], ozonlaa, adsorpsiyon [4, 5, 6], sono-sorpsiyon [6, 8], lktrokiyasal oxidasyon v foto katalitik rnk gidri yöntlriyl tkstil bnzri atıksulardan rnk gidrii çalışılıştır [7]. Bu çalışada, ultrass yardııyla Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyonuyla rnk gidrii için trodinaik paratrlr hsaplanarak adsorpsiyon trodinağini inclniştir. Dnysl Adsorpsiyon dnylrind, Dystar ın dağıtıcı firasından alınan Raktiv Blu 19 (Razol Brillant Blu) [8], toz aktif karbon (Mrck Art.2183) v ultrass (Minhardt Ultraschalltchnik, K 80-5, 140 W, 850 khz) kullanıldı. Dnylr, raktörün alt tarafındaki titan probdan ultrass vrilrk grçklştirildi v sabit sıcaklık sirkülatörü yardııyla sıcaklık sabit tutuldu. Ractif Blu 19 un ultrass kullanılarak aktif karbon üzrin adsorbsiyonuna ait izotrlr, 1 g aktif karbonla 200 l RB 19 boya çözltisinin dğişik konsantrasyonları kullanılarak ld dildi. Kullanılan boya çözltisi saf su kullanılarak hazırlanış v SHIMADZU 160 UV arka spktrofototrd boyanın aksiu dalga boyu (λ ) 590 n olarak tspit diliştir. Dnylrdn önc v sonra çözltidn alınan örnk, aksiu dalga boyunda, UVspktrofototr il analiz dilrk, bu iki dğr arasındaki fark sas alınarak rnk gidr vrii, aşağıdaki forül il hsaplanıştır: = ( C C ) 0 V (1)

2 Bu şitlikt,, dngd katı adsorbnt üzrind adsorplanış boya iktarını, (g/g); C o v C sırasıyla başlangıç v dng anındaki boya konsantrasyonu (g/l), V, çözlti hacini (L); is adsorbnt dozajını ifad tktdir. Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyon dng vrilri Languir [9] v Frundlich [10] izotrlri kullanılarak analiz dilişlrdir. Languir izotrinin lirlştiriliş şkli aşağıdaki gibidir. 1 = b C (2) Burada, C, dngdki boya konsantrasyonu (g/l),, dngd katı adsorbnt üzrind adsorplanış boya iktarı (g/g), v b, sırasıyla aksiu adsorpsiyon kapasitsi v adsorpsiyon nrjisini göstrn Languir sabitlridir. Şkil 1 d v b dğrlri, grafiğin ğii v kayasından ld diliş v dğrlri Tablo 1 d vriliştir. 0,024 0,022 0,020 0,018 0,016 0,014 1/ 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 Ac (R=0.92) Co. ult./ac (R=0.97) 0,20 0,24 0,28 0,22 0,26 0,30 Şkil 1. Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyonu için Languir izotri 1/C Tablo 1. Languir izotr sabitlri b Pross (g g -1 ) (L g -1 ) İzotr dnkli Aktif karbon C = C Ultrass v aktif karbon C = C

3 Frundlich izotri için, x log = log = log K f + (1/ n)logc (3) Burada, x adsorblanış boya iktarı (g),, adsorbnt ağırlığı (g),, adsorplanış boya iktarı (g g -1 ), C is dngdki boya konsantrasyonu (g/l) göstrktdir. Şkil 2 d K f v n adsorpsiyon kapasitsi v şiddtini ifad dn Frundlich sabitlri grafiksl olarak ld diliş v Tablo 2 d vriliştir. 2,4 2,2 2,0 log 1,8 1,6 1,4 1,2 Ac (R=0.92) Co. ult/ac (R=0.92) 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 Şkil 2. Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyonu için Frundlich izotri log C Pross Tablo 2. Frundlich izotr sabitlri K f (g (1-n) L g -1 ) n İzotr dnkli Aktif karbon = 10.35C Ultrass v aktif karbon = 35.5C Adsorpsiyon üzrin sıcaklığın tkisi K aralığında inclniştir. Raktif boyanın aktif karbon üzrin adsorpsiyon prossi basitç aşağıdaki gibi öztlnbilir: Boya çözltisi Boya aktif karbon (4) Adsorpsiyon prossi için trodinaik paratrlr, ΔH, ΔS v ΔG, aşağıdaki şitlik kullanılarak grafiksl olarak Şkil 3 d ld diliştir [11]: ΔS ΔH ln K d = (5) R RT Burada, K d, adsorbatın dağılı katsayısı ( /C ), R, gaz sabiti, T, utlak sıcaklık, ΔH, adsorpsiyon ntalpisi, ΔS, adsorpsiyon ntropisi v ΔG, adsorpsiyon srbst ntalpisidir. Trodinaik paratrlr, ΔH, ΔS and ΔG Tablo 3 t vriliştir.

4 1,0 0,5 0,0-0,5 ln K d -1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5 0,0031 0,0032 0,0032 0,0033 0,0033 1/T 0,0034 0,0034 Ac Co.ult./Ac 0,0035 0,0035 0,0036 Şkil 3. Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyonu için ln K d 1/T grafiği Tablo 3. RB 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyonu için throdinaik paratrlr Pross H (kj/ol) S (kj/ol K) G (kj/ol) 303 K 313 K 320K Aktif karbon Ultrass v aktif karbon Bir prossi kndiliğindn olup olayacağı h nrji h d ntropi açısından düşünüllidir. Adsorpsiyon prossinin kndiliğindn grçklşsi Gibbs srbst nrji dğişiinin (ΔG) azalasıyla ifad dilir. Bu çalışada, Gibbs srbst nrji dğişii artan sıcaklıkla azalıştır. Tablo 3 tn görülcği gibi, ultrass kullanılasıyla, Gibbs srbst nrji dğişiindki azala daha fazladır v ntropi dğişii ultrassin bir sonucu olarak katı/sıvı ara yüzyind artan düznsizliktn dolayı artıştır. Bu sonuçlar, Tablo 3 tn görüldüğü üzr, Ractif Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorbsiyonunun sıcaklık v ultrassl arttığını göstrktdir. Artan sıcaklıkla adsorpsiyonun artası, prossin ndotrik olduğunu göstrktdir v bu ntalpi dğişiinin (ΔH) pozitif olası dktir. Gnllikl, fiziksl adsorpsiyon için ntalpi dğri 84 kj/ol dn küçük, kiyasal adsorpsiyon için 84 kj/ol v 420 kj/ol arasındadır [12]. Bu bilgilr ışığında, Ractif Blu 19 un ultrass kullanılarak aktif karbon üzrin adsorbsiyonu fiziksldir. Katı il adsorplanan arasında yni bağlar oluşasından dolayı ıs açığa çıkacağından, gnllikl adsorpsiyon prossi kzotriktir [12-14]. Raktif boyaların aktif karbon üzrin ndotrik adsorpsiyonu yaygın olayan bir duru olasına rağn bnzr ntotrik sonuçlar ld diln başka çalışalar da vcuttur [15-20]. Bu sonuç, boyaların su içind çok iyi hidratasyonları il açıklanabilir. Boyalar, katı adsorbnt üzrin adsorplanabilk için hidratasyon kabuğunun kırılası grkir ki bu da dhidratasyonun nrji grktirsi

5 dktir. Dolayısıyla, boyanın adsorpsiyonunda prossin kzotrliğinin yrini ndotrik dhitratasyon prossi alır [21]. Entropi dğişiinin (ΔS) pozitifliği, ultrassin bir sonucu olarak katı/sıvı ara yüzyind artan düznsizliği göstrktdir. Bu çalışada ld diln trodinaik sonuçlar, litratürdki bnzr adsorpsiyon çalışalarının sonuçları il paralldir [21-22]. Sonuçlar v Tartışa Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyon dng vrilri Languir [9] v Frundlich [10] izotrlri kullanılarak analiz dilişlrdir. Adsorpsiyon üzrin sıcaklığın tkisi, K aralığında inclniştir. Sonuç olarak; ultrasonik yayınıın adsorpsiyonu artırdığı [8], Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin adsorpsiyonunun Languir izotrin uyduğu, adsorpsiyon kndiliğindn olduğu (srbst nrji ngatif işartli) v adsorpsiyonun artan sıcaklıkla arttığı sonuçları ld diliştir. Trodinaik paratrlr dğrlndirildiğind, Ractiv Blu 19 un aktif karbon üzrin ultrass kullanılılarak adsorpsiyonu ndotrik fizisorpsiyondur v sonuçlar litratür il oldukça iyi uyuşaktadır. Kaynaklar [1] M. Bayraoglu, M. Kobya, O. T. Can, M. Sozbir, Oprating cost analysis of lctrocoagulation of txtil dy wastwatr, Sp. Purif. Tchnol. 37 (2004) [2] S. Kı, C. Park, T. H. Kı, J. L, and S. W. Kı, COD Rduction and Dcolorization of Txtil Efflunt Using a Cobind Procss, J. Biosci. Biong. 95 (2003) [3] C. Naasivaya, D. J. S. E. Arasi, Roval of congo rd ud fro wastwatr by adsorption onto wast rd ud, Chosphr 34 (1997) [4] P. Vandvivr, R. Bianchi, W. Vrstrat, Rviw: tratnt and rus of wastwatr fro th txtil wt-procssing industry: Rviw of rging Tchnologis, J. Ch. Tchnol. Biotch. 72 (1998) [5] M. Kobya, O. T. Can, M. Bayraoglu, Tratnt of txtil wastwatrs by lctrocoagulation using iron and aluinu lctrods, J. Hazard. Matr. B100, (2003) [6] P. Faria, J.Órfăo, M. Prira, Adsorption of anionic and cationic dys on activatd carbons with diffrnt surfac chistris. Watr Rs. 38 (2004) [7] N. Danshvar, D. Salari, A.R. Khata, Photocatalitic dgradation of azo dy acid rd 14 in watr:invstigation of th ffct of oprational paratrs, J. Photoch. Photobiol. A: Ch. 157 (2003) [8] E. Şayan, M. E. Edcan, An optiization study using rspons surfac thods on th dcolorization of Ractiv Blu 19 fro auous solution by ultrasound, Ultrason. Sonoch. 15 (2008) [9] I. Languir, Th adsorption of gass on plan surfacs of glass, ica and latinu J. A. Ch. Soc. 40 (1918) [10] H. M.F. Frundlich, Übr di adsorption in lösungn Z. Phys. Ch. (Lipzig) 57A (1906) [11] R. Aravindhan, N. N. Fathia, J. R. Rao, B. U. Nair, Euilibriu and throdynaic studis on th roval of basic black dy using calciu alginat bads, Colloids Surf. [12] S. Faust, O. Aly, Adsorption procsss for watr tratnt. Buttrworth Publishrs, (1987). [13] J. Mattson, H. Mark, Activatd carbon: surfac chistry and adsorption fro solution. Nw York: Marcl Dkkr, Inc.; (1971). [14] D. M. Ruthvn, Principls of adsorption and adsorption procsss. A Wily-Intrscinc publication, John Wily and Sons, (1984). [15] S. Ntpradit, P. Thiravtyan, S. Towprayoon, Adsorption of thr azo ractiv dys by tal hydroxid sludg: ffct of tpratur, ph, and lctrolyts, J. Colloid Intrfac Sci. 270 (2004)

6 [16] R. Morira, N. Kuhnn, M. Pruch, Adsorption of ractiv dys onto granular activatd carbon, Latin A. Appl.Rs. 28 (1998) [17] C. Naasivaya, D. Kavitha, Roval of Congo Rd fro watr by adsorption onto activatd carbon prpard fro coir pith, an agricultural solid wast, Dys and Pignts 54 (2002) [18] Y. Guo, J. Zhao, H. Zhang, S. Yang, J. Qi, Z. Wang, Us of ric husk-basd porous carbon for adsorption of Rhodain B fro auous solutions. Dys and Pignts 66 (2005) [19] A. B. Zaki, M. Y. El-Shikh, J. Evans, S. A. El-Safty, J. Colloid Intrfac Sci. 221(2000) [20] A. H. Gay, A. S. El-Shrbiny, and A. B. Zaki, Adsorption and Kintic Studis of th Intrcalation of So Organic Copounds onto NaC-Montorillonit, J. Colloid Intrfac Sci. 245 (2002) [21] A.R. Cstari, E. F.S. Viira, A. M.G. Tavars, R. E. Bruns, Th roval of th indigo carin dy fro auous solutions using cross-linkd chitosan-evaluation of adsorption throdynaics using a full factorial dsign, J. Hazard. Matr. 153 (2008) [22] B.H. Had, A.A. Ahad, N. Aziz, Isothrs, kintics and throdynaics of acid dy adsorption on activatd pal ash, Ch. Eng. J. 133 (2007)