SOYA KÜSPESİ NİN C.I. REACTIVE BLACK 5 BOYARMADDESİNİN GİDERİMİNDE KULLANIMI

Transkript

1 SOYA KÜSPESİ NİN C.I. REACTIVE BLACK 5 BOYARMADDESİNİN GİDERİMİNDE KULLANIMI Zümra BAKICI 1, Vyis SELEN 2, M. Şaban TANYILDIZI 3 1 Tuncli Ünivrsisi Mühndislik Fakülsi Kimya Mühndisliği Bölümü, TUNCELİ, ,3 Fıra Ünivrsisi Mühndislik Fakülsi Kimya Mühndisliği Bölümü, ELAZIĞ, mail: zbakici@uncli.du.r 1, vsln@fira.du.r 2, manyildizi@fira.du.r 3 ÖZET Soya küspsindn C.I. Raciv Black 5 rakif boyar maddsinin adsorpsiyonu ksikli bir sismd grçklşirilmişir. Adsorpsiyon vrimi üzrin, başlangıç ph sı 1.1, 1.5, 2., 2.5, 3., 4., adsorbn parikül boyuu -16+3, -3+5, -5+1, -1 msh, adsorbn dozu.5,.75, 1., 2. g/l, başlangıç boyarmadd konsanrasyonu 175, 2, 225, 25, 3 mg/l v sıcaklığın 2-, o C kilri inclnmişir. Langmuir v Frundlich adsorpsiyon modllri dnysl vrilr uygulanarak modl sabilri anımlanmışır. Dng vrilri, büün doygunluk konsanrasyon dğrlrind Langmuir modlin uygun olduğu blirlnmişir. Maksimum adsorpsiyon kapasilri ( max ); 2, v o C d sırasıyla 25., 263.2, mg/g olarak Langmuir izorm modlindn hsaplanmışır. Farklı sabi sıcaklıka süry bağlı olarak grçklşiriln dnysl vrilr I. v II. drcdn kinik modllr uygulanarak kinik sabilr hsaplanmışır. Oram sıcaklığının, adsorbn dozunun v mas sürsinin armasıyla adsorpsiyon vriminin arığı ancak başlangıç boya konsanrasyonu, ph v adsorbn boyuunun armasıyla adsorpsiyon vriminin azaldığı görülmüşür. Çalışmanın yapıldığı sıcaklık aralığında, soya küspsi il C.I. Raciv Black 5 boyar maddsinin adsorpsiyon prossin ilişkin yapılan rmodinamik inclm sonucunda prossin ndormik özllik gösrdiği oraya konulmuşur. Anahar klimlr: Adsorpsiyon, Kinik, Adsorpsiyon İzormlri, Soya Küspsi, C. I. Raciv Black 5. GİRİŞ Tksil ndüsrisi aık suları içrdiklri çşili organik maddlr, ağır mal iyonları, çözünmüş uzlar v özllikl d boyar maddlrdn öürü arıılması zor olan aık sulardır. Boyarmaddlrin gnllikl snik köknli olması, karmaşık aromaik molkülr yapılar, birdn fazla çif bağlar v dğişik fonksiyonl gruplar içrmsi, boyar maddlrin kararlı yapıda olmasını sağlamaka v biyolojik ayrışabilirliklrini daha da zorlaşırmakadır. Mydana gln kirlilik alıcı oramlarda sik görünüyü bozmaka, suyun ışık gçirgnliğini v gazların çözünürlüğünü kilmk dolayısıyla sudaki yaşamın foosnik akivisini kilmk v oksik olabilmkdir. Yapılan çalışmalar rakif boyarmaddlrin yaklaşık %9 ının biyolojik arıım sislrindn dğişim uğramadan gçiğini, bir kısmının anarobik arıımla yıkıma uğradığı faka yıkım ürünlrinin oksik özllik aşıdığı blirlnmişir. Boyarmaddlrin aık sulardan uzaklaşırılmasında kullanılan n kin yönmlrdn birisinin adsorpsiyon olduğu birçok çalışmada ifad dilmişir [1-3]. Adsorpsiyon prosslri, aık sulardan kirlicilrin uzaklaşırılmasında kinliğinin yanı sıra ucuz v kolay uygulanabilir olması açısından da rcih sbbidir [4]. Akif karbon, aık sulardan kirlicilrin uzaklaşırılmasında n yaygın kullanılan adsorbn olmasına rağmn konomik dğildir. Bu ndnl ndüsriyl uygulamalarda daha ucuz v doğrudan kullanılabilck adsorbnlr ihiyaç duyulmakadır. Yapılan çşili araşırmalarda aık sulardan kirlicilrin uzaklaşırılması amacıyla lignin, slüloz v proin içrikli arımsal yan ürün v aıkların düşük maliyli adsorbnlr olarak kullanılabilcği blirilmişir. Bu amaçla şkr pancarı küspsi [5], buğday kpği [6] v arık ahıl [7] gibi arımsal yan ürünlrin adsorbn olarak ksil aık sularından boyarmadd gidrimind iyi birr adsorplayıcı oldukları yapılan çalışmalarla kanılanmışır. Bu çalışmada, ksil ndüsrisind oldukça sık kullanılan C.I. Raciv Black 5 boyarmaddsinin arımsal bir yan ürün olan soya küspsi il adsorpsiyonu ksikli bir sismd

2 grçklşirilmiş v adsorpsiyon vrimi üzrin, başlangıç ph ı, sıcaklık, başlangıç boyarmadd drişimi, adsorbn boyuu v adsorbn dozu gibi paramrlrin kisi inclnmişir. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Adsorbn olarak kullanılan soya küspsi Ordu Yağ Sanayi A.Ş. dn v boyarmadd olarak kullanılan C.I. Raciv Black 5 (RB5) (Tablo 1., Şkil 1.) yrl bir işlmdn min dildi. Soya küspsi öğüülrk uygun parikül boyuları ASTM sandar lklri kullanılarak ld dildi v üvd 15 C d 24 saa kuruuldukan sonra kapalı kaplarda muhafaza dilrk dnylrd kullanıldı. Dnylrd kullanılan RB5 çözlilri 1 g/l konsanrasyonunda hazırlanan sok çözlidn uygun oranlarda syrlilrk hazırlandı. Ksikli sism adsorpsiyon çalışmaları için 5 ml çalışma hacmin sahip 1 ml lik cam balonlarda RB5 boyarmadd çözlilri il -5+1 msh boyularındaki 1 g/l dozunda soya küspsi mas irildi. 42 dk boyunca farklı zamanlarda alınan örnklr sanrifüjlm (1. rpm, 5 dk) sonrasında adsorplanmadan oramda kalan boyarmadd drişimi spkrofoomrik olarak blirlndi. RB5 boyarmaddsi için yapılan dalga boyu aramasında maksimum absorbans 595 nm dalga boyunda ld dildi. Soya küspsinin RB5 boyarmaddsinin adsorplama ynği üzrin ph, sıcaklık, başlangıç boyarmadd drişimi, adsorbn dozu v boyuu gibi paramrlrin kisi mas sürsin bağlı olarak inclndi. Başlangıç ph ları çözli oplam hacmini kilmyck oranda drişik v syrlik HCl v NaOH ilavsiyl ayarlandı. Adsorplanmadan kalan boyarmadd mikarı v % gidrmlr (1, 2) şiliklri il hsaplandı. ( C C ) * V ( mg / g) = (1) M C C Adsorpsiyon,% = C *1 (2) Bu şiliklrd;, adsorpsiyon kapasisi vya adsorpsiyon yoğunluğunu (mg/g); C o, adsorplanan boyarmaddnin başlangıç çözlisindki konsanrasyonunu (mg/l); C, hrhangi bir sürsi sonunda çözlid kalan boyarmadd konsanrasyonunu (mg/l); V, çözli hacmini (L) v M is kullanılan adsorbnin külsini (g) gösrmkdir. Tablo 1. C.I. Raciv Black 5 (RB 5) boyarmaddsi. Boyarmadd Kimyasal Formül Molkül Ağırlığı (g/mol) λ max. C.I. Raciv Black 5 (RB 5) C 26 H 21 N 5 Na 4 O 19 S Şkil 1. C.I. Raciv Black 5 (RB 5) boyarmaddsinin molkül yapısı [8].

3 Dnylrd boyarmaddnin absorbans dğrinin ölçülmsi amacıyla CHEBIOS OPTIMUM-ONE UV&VIS spkrofoomrsi v karışırmayı sağlamak amacıyla da Chilrn v Pyro-Magnsır marka magnik karışırıcılar kullanıldı. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Başlangıç ph, adsorpsiyon prosslrini kilyn n önmli knlrdn biridir. ph ın kisinin inclndiği dnylrd, 1 g/l dozunda soya küspsi il farklı ph lara (1.1, 1.5, 2., 2.5, 3. v 4.) sahip 5 ml 225 mg/l lik boyarmadd çözlisi 2 o C d mas irilrk grçklşirilmişir (Şkil 2.). Yapılan dnylrd ph 4 RB5 boyarmaddsinin çok az adsorplandığı görülmkl birlik, ph ın azalışına bağlı olarak adsorplanan boyarmadd yüzdsi mikarı armakadır. Tmas sürsin bağlı olarak adsorpsiyon düşük ph dğrlrind maksimum dğrlr ulaşmakadır. Maksimum adsorpsiyon vrimi ph 1.1, ph 1.5 v ph 2. da ld dilmkdir. Ancak ph 1.1 v 1.5 ayarlarkn çok fazla asi kullanıldığından, opimum ph dğri 2. olarak blirlnmişir. Rakif boyarmaddlr anyonik özllik gösrmkdir v boyarmadd gidriminin düşük ph dğrlrind yüksk oluşu, ngaif yüklü boya anyonları il poziif yüklü adsorbn yüzyi arasındaki lkrosaik çkim kuvvlrinin arışıyla açıklanmakadır [9] Tmas sürsi, dk ph : 1.1 ph : 1.5 ph : 2. ph : 2.5 ph : 3. ph : 4. Şkil 2. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna başlangıç ph ının kisi (Şarlar: 5 ml 225 mg/l RB5 boyarmadd çözlisi, 1 g/l dozunda v -5+1 msh boyuunda soya küspsi, mas sıcaklığı: 2 o C, mas sürsi 42 dk). Sıcaklığın kisi, 5 ml 225 mg/l lik ph ı 2. olan boyarmadd çözlilri il 1g/L dozunda soya küspsinin 2, 3, v 5 o C sıcaklıklarda mas irilmsiyl inclnmişir. Bu bölümd ld diln vrilr I. v II. drc kinik modllr uygulanarak, hr bir boyarmadd için adsorpsiyon prossinin hız sabilri hsaplanmışır. Oram sıcaklığının arırılmasıyla boyarmaddnin adsorpsiyon vrimind çok fazla olmamakla birlik bir arışın mydana gldiği görülmkdir (Şkil 3.). Bu durum, RB5 boyarmaddsinin soya küspsin adsorpsiyonu prossinin ndormik olduğunu v kimyasal adsorpsiyonu da içrdiğini gösrmkdir. Soya küspsinin adsorpsiyon kapasisinin sıcaklık il arması, adsorbn göznklrinin kısmn açılması v böylc boyarmadd molküllrinin iç bölglr nüfuzunun arması vya adsorbn

4 yüzyind yni akif mrkzlrin oluşması il adsorbn yüzyinin akifliğinin arması şklind açıklanabilir C 3 C C Tmas sürsi, dk Şkil 3. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna sıcaklığın kisi (Şarlar: 5 ml 225 mg/l RB5 boyarmadd çözlisi, 1 g/l dozunda v -5+1 msh boyuunda soya küspsi, ph b =2., mas sürsi 42 dk). I. drcdn kinik ifad [1]; 5 C d d ( ) = k 1 (3) şilik = da = için ingr dilirs, log ( ) = log( ) k 1 (4) 2.33 II. drcdn kinik ifad [11]; d d ( ) 2 = k (5) 2 şilik = da = için ingr dilirs, 1 = 2 k2 + (6) Burada, k 1 I. drcdn hız sabii (dk -1 ), k 2 II. drcdn hız sabii (g.mg -1.dk -1 ), mas sürsi, v is dngdki v hrhangi bir andaki birim kül başına adsorplanan mikarları ifad mkdir. Eld diln sonuçlar Tablo 2. d vrilmişir.

5 Tablo 2. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna ilişkin I. v II. drcdn kinik modl sabilri (5 ml 225 mg/l RB5 boyarmadd çözlisi, 1 g/l dozunda v -5+1 msh boyuunda soya küspsi, ph b =2.). I. Drcdn kinik modl II. Drcdn kinik modl Sıcaklık ( o C) (mg.g -1 ) h1 (mg.g -1 ) k 1 *1 3 (dk -1 ) R 2 (mg.g -1 ) h2 (mg.g -1 ) k 2 *1 4 (g.mg -1.dk -1 ) R 2 Başlangıç boyarmadd konsanrasyonunun adsorpsiyon vrimin kisinin inclndiği dnylr, ph ı 2. olan 175, 2, 225, 25 v 3 mg/l 5 ml lik boyarmadd çözlilri il 1 g/l dozunda v -5+1 msh boyuunda soya küspsi 2 o C d mas irilrk grçklşirilmişir (Şkil 4). Boyarmadd konsanrasyonunun arırılmasıyla adsorplanan boyarmadd yüzdsind bir düşüş olmasına rağmn adsorbnin birim külsi arafından adsorplanan boyarmadd mikarında da arışın mydana gldiği gözlmlnmişir ppm 2 ppm 225 ppm 2 25 ppm 3 ppm Tmas sürsi, dk Şkil 4. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna başlangıç boyarmadd konsanrasyonunun kisi (Şarlar: 5 ml RB5 boyarmadd çözlisi, ph b : 2., 1 g/l dozunda v -5+1 msh boyuunda soya küspsi, Tmas sıcaklığı: 2 o C). RB5 boyarmaddsinin adsorplama vrimin adsorbn dozunun kisi, 5ml 225 mg/l lik ph ı 2. olan boyarmadd çözlilrinin.5,.75, 1., 2. g/l arasında dğişn dozlarda soya küspsi il 2 o C d mas irilmsiyl inclnmişir. Soya küspsinin dozunun arırılmasıyla RB5 boyarmaddsinin adsorplanma yüzdsind arış mydana gldiği görülmkdir. Adsorbn dozunun arırılmasıyla adsorpsiyon vriminin arması boyarmadd molküllri il adsorbn mas yüzy alanının armasıyla açıklanabilir. Buna karşılık adsorbnin birim külsi arafından adsorplanan madd mikarı olarak ifad diln nun dğri adsorbn dozunun arışı il azalmakadır (Şkil 5.). Adsorbn boyuunun kisinin inclndiği dnylr, 5 ml 225 mg/l lik ph ı 2. olan RB5 boyarmaddsi il -1 msh, -5+1 msh, -3+5 msh, msh boyularındaki 1 g/l soya küspsi 2 o C d ilav dilmsiyl grçklşirilmişir. Tancik boyuunun azalmasıyla RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyon vrimind bir arış görülmkdir (Şkil 6.). Bu durum, adsorbn boyuunun azalmasıyla kül ransfr dirncinin, difüzyon yolu uzunluğunun azalması v adsorpsiyon için uygun dış yüzyin, yüzy alanının arması şklind ifad dilbilir.

6 1 2.5 g/l.75 g/l 1. g/l 2. g/l Tmas sürsi, dk Şkil 5. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna adsorbn dozunun kisi (Şarlar: 5 ml 225 mg/l RB5 boyarmadd çözlisi, ph b : 2. v -5+1 msh boyuunda soya küspsi, Tmas sıcaklığı: 2 o C) msh -3+5 msh -5+1 msh -1 msh Tmas sürsi, dk Şkil 6. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna adsorbn boyuunun kisi (Şarlar: 5 ml 225 mg/l RB5 boyarmadd çözlisi, ph b : 2. v 1 g/l dozunda soya küspsi, Tmas sıcaklığı: 2 o C). Adsorpsiyon izormlri olarak bilinn dng vrilri, adsorpsiyon sismini anımlamak için grklidir. Bu vrilr, sism şarları alında kirliliğin birim külsini gidrmk için grkli adsorbn mikarını v kapasisini blirlmk için kullanılır. İzorm çalışmaları, başlangıç konsanrasyonu 2 il 55 mg/l arasında dğişn RB5 boyarmadd çözlilri 1g/L dozunda soya küspsi il 2, v o C sabi sıcaklıka opimum sürd mas irilrk grçklşirilmişir. Bu bölümd ld diln vrilr Langmuir v Frundlich izormlrin uygulanarak pross ilişkin sabilr blirlnmişir (Tablo 3.). Langmuir izormini [12] v Frundlich izormini [13] ifad dn şiliklr sırasıyla; max K ac = 1 + K C a (7) f 1 n = K C (8)

7 Şklinddir. Bu şiliklrd yr alan sabilrdn; kapasisini, n Frundlich sabilridir. a max (mg/g) maksimum adsorpsiyon K (L/mg) is adsorpsiyon dngsi il ilgili Langmuir sabiini gösrirkn, Tablo 3. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna ai Langmuir v Frundlich sabilri. Langmuir sabilri Frundlich sabilri T ( o C) 2 T ( o C) 2 max (mg.g -1 ) K f K a (L.mg -1 ) n R R K f v Eld diln vrilrin Frundlich izormin kıyasla Langmuir izormin daha iyi uyduğu söylnbilir. Langmuir şiliği için hsaplanan rgrsyon kasayılarının (R 2 ) dğrlri 1 oldukça yakındır. Langmuir şiliği adsorpsiyon vriminin k abakalı olarak grçklşiği varsayımına dayandığından, bu sonuca ilişkin olarak RB5 boyarmaddsinin soya küspsi yüzyind homojn bir k abaka oluşuracak şkild adsorplandığı ifad dilbilir. Adsorpsiyon prosslri gnllikl kzormik olmakla birlik, soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonla gidrilmy çalışıldığı bu çalışmada, maksimum adsorpsiyon kapasilri ( max ) sıcaklıkla armakadır. 2,, o C dki maksimum adsorpsiyon kapasilri sırasıyla 25., 263.2, mg/g olarak spi dilmişir. max dğrlrinin sıcaklıkla arması RB5 boyarmaddsi için prossin ndormik olduğunu gösrmkdir. Adsorpsiyon prossinin dng sabii olarak kabul diln Langmuir sabii K a nın dğrlri d sıcaklıkla armakadır. Hm max ın hm d K a dğrlrinin sıcaklıkla arması dngnin sağa (adsorpsiyon yönün) kaydığını gösrmkdir. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonu prossind, pross nalpisi (ΔH o ), srbs nrji dğişimi (ΔG o ) v nropi dğişimi (ΔS o ) gibi rmodinamik paramrlri hsaplamak için Tablo 3. d vriln Langmuir izorm sabii olan K a dğrlri kullanılmışır. RB5 boyarmaddsi için K a dğrlri L/mg birimi il vrildiğindn, K a dğrlri RB5 boyarmaddsinin molkül ağırlığı il çarpılarak L/mol birimin dönüşürülmüşür (Tablo 4.) Tablo 4. d vriln K a dğrlrinin logariması alınarak mamaiksl ifadsi, ln K a = ln K ' a ΔΗ R o 1 T (9) şklind vriln şilik grğinc 1/T y karşı grafiğ gçirilmiş v prossin ΔH o dğri kj/mol olarak blirlnmişir. Hsaplanan nalpi dğrinin poziif olması RB5 boyarmaddsi adsorpsiyon prossinin ndormik olduğunu v yüksk sıcaklıklarda adsorpsiyon kinliğinin aracağını ifad mkdir. Adsorpsiyon dnylrinin grçklşirildiği sıcaklıklar için prossin srbs nrji dğişimi (ΔG o ) v nropi dğişimi (ΔS o ) Tablo 4. d vrilmişir. Tablo 4. Soya küspsi il RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonuna ilişkin rmodinamik paramrlr. Sıcaklık, ( o C) K a, (L.mol -1 ) ΔG o, (kj.mol -1 ) ΔS o, (J.mol -1.K -1 ) Çalışılan üm sıcaklıklarda srbs nrji dğişiminin (ΔG o ) ngaif işarli olduğu görülmkdir. Srbs nrji dğişiminin ngaif işarli olması prossin söz konusu sıcaklıklarda kndiliğindn grçklşcğini gösrmkdir. ΔG o nin mulak dğrlrinin

8 sıcaklıkla arması is prossin yüksk sıcaklıklarda kndiliğindn mydana glbilcğini v uygulanabilirliğinin aracağını gösrmkdir. Sonuç olarak, soya küspsinin sulu çözlilrdn RB5 boyarmaddsinin adsorpsiyonunda kin bir adsorpsiyon kapasisin sahip olduğu söylnbilir. Ayrıca soya küspsinin hrhangi bir akivasyon işlmin abi uulmaksızın kullanılması pross maliyi açısından bir avanaj olarak dğrlndirilbilir. KAYNAKLAR 1. Nilsson, I., Mollr, A., Maiasson, B., Rubindamayugi, M.S.T., Wlandr, U., Dcolorizaion of synhic and ral xil waswar by h us of whi-ro fungi, Enzym and Microbial Tchnology, 38, 94-1, Aksu, Z., Kılıç, N.K., Eruğrul, S., Dönmz, G., Inhibiory ffcs of chromium (VI) and Rmazol Black B on chromium (VI) and dysuff rmovals by Trams vrsicolor, Enzym and Microbial Tchnology,, , Aksu, Z., Isoglu, I.A., Us of agriculural was sugar b pulp for h rmoval of Gmazol uruois blu-g raciv dy from auous soluion, Journal of Hazardous Marials, B137, , Unuabonah, E.I., Adbowal, K.O., Dawodu, F.A., Euilibrium, kinic and sorbr dsign sudis on h adsorpion of anilin blu dy by sodium rabora-modifid kaolini clay adsorbn, Journal of Hazardous Marials, 157, 397-9, Aksu, Z., Isoglu, I.A., Us of agriculural was sugar b pulp for h rmoval of Gmazol uruois blu-g raciv dy from auous soluion, Journal of Hazardous Marials, B137, , Çiçk, F., Özr, D., Özr, A., Özr, A., Low cos rmoval of raciv dys using wha bran, Journal of Hazardous Marials, 146, 8-416, Silva, J.P., Sousa, S., Rodrigus, J., Anuns, H., Porr, J.J., Gonçalvs, I., Frrira-Dias, S., Adsorpion of acid orang 7 dy in auous soluions by spn brwry grains, Sparaion and Purificaion Tchnology,, , Lucas, M.S., Prs, J.A., Dcolorizaion of h azo dy Raciv Black 5 by fnon and phoo-fnon oxidaion, Dys and Pigmns, 71, , Aksu, Z., Isoglu, I.A., Us of agriculural was sugar b pulp for h rmoval of Gmazol uruois blu-g raciv dy from auous soluion, Journal of Hazardous Marials, B137, , S. Lagrgrn, Abou h hory of so-calld adsorpion of solubl subsancs Kungliga Svnska Vnskapsakadmins, Handlingar, 24,1-39, Y.S. Ho, G. McKay, Psudo-scond ordr modl for sorpion procsss Procss Biochmisry, 34, , I. Langmuir, Th adsorpion of gass on plan surfacs of glass, mica and plainum Journal of h Amrican Chmical Sociy,, , H.M.F. Frundlich, Übr di adsorpion in lösungn Zischrif für Physikalisch Chmi, 57A, , 196.