4-NITROFENOLÜN BENTONİTLE ADSORPSİYONU

Transkript

1 4-NITROFENOLÜN BENTONİTLE ADSORPSİYONU ADSORPTINON OF 4-NITROPHENOL FROM AQUEUS SOLUTIONS ONTO BENTONITE Elif YILMAZ*, Rmziy YAZICI**, Slin TOP**, Elif SEKMAN**, M. Sinan BİLGİLİ***, Gamz VARANK***, Ahmt DEMİR*** *Yıldız Tknik Ünivrsitsi, Çvr Mühndisliği Bölümü, IV. Sınıf Öğrncisi, Bşiktaş, İstanbul; ** Yıldız Tknik Ünivrsitsi, Çvr Mühndisliği Bölümü, Yüksk Lisans Öğrncisi, Bşiktaş, İstanbul; **Yıldız Tknik Ünivrsitsi, Çvr Mühndisliği Bölümü, Öğrtim Üysi, Bşiktaş, İstanbul ÖZET Bu çalışmada sulu çözltilrdn 4-Nitrofnolün (4-NP) bntonitl adsorpsiyonu 298, 38 v 338 K sıcaklıklarda araştırılmıştır. Dnysl çalışmalardan ld diln sonuçlar adsorpsiyon prossinin daha iyi anlaşılabilmsi için Langmuir v Frundlich izotrm modllriyl karşılaştırılmıştır. Sonuçlara gör 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonunun Frundlich modlin daha uygun olduğu blirlnmiştir. Yapılan kintik çalışmalarda 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonunun Lagrgrn psudo-scond-ordr kintik modlin uygun olduğu blirlnmiştir. Anahtar klimlr: 4-Nitrofnol, bntonit, adsorpsiyon, izotrm, kintik ABSTRACT Rmoval of 4-nitrophnol (4-NP) from synthtic auous solutions through adsorption on Bntonit undr batch uilibrium xprimntal conditions at 298, 38 and 338 K was invstigatd. It is ncssary to propos a suitabl modl to a bttr undrstanding on th mchanism of 4-NP adsorption. For this purpos, Langmiur and Frundlich, isothrm modls wr compard. Rsults indicatd that adsorption of 4-NP onto bntonit bst fittd to Frundlich modl. Th psudo-scond-ordr kintic modl providd th bst corrlation to th xprimntal rsults. Kywords: 4-Nitrophnol, bntonit, adsorption, isothrm, kintic. Giriş Hızlı nüfus artışı v kntlşmy ytrsiz altyapı v ulaşılan ndüstrilşm düzyin parall olarak ulaşılan ndüstrilşm düzyi sonucunda ortaya çıkan atıksu miktarı da hr gçn gün artmaktadır. Endüstrilrdn kaynaklanan bu atıksuların arıtılmasında yni, vrimli v konomik tknolojilrin gliştirilmsiyl ilgili çalışmalar gidrk artan bir hızla dvam tmktdir. Su kirliliğinin büyük bir kısmını organik kirlticilr oluşturmaktadır. Fnol (C 6 H 6 O) hm doğal hm d insan kaynaklı önmli bir çvrsl kirltici v toksik madddir. Fnolun thlikliliği konsantrasyonu v maruz kalınma sürsin bağlıdır. Fnollr ağız, solunum v dri yoluyla maruz kalınabilir. Fnol v türvlri dmir-çlik, kömür, ptrol, plastik, tkstil, boya, polimrik rçin, ilaç, nsktisit v pstisit ürtimi gibi çşitli ndüstrilrd yaygın olarak kullanılmakta v bu ürtimlrdn kaynaklanan atıksularda bu kirlticilr bol miktarda bulunmaktadır []-[2]. Nitrofnollr, zayıf asit olan fnollr gör daha asidik bilşiklrdir. Nitrofnollr zhirli oldukları için dri il tması zararlıdır. Nitrofnollr, boya, ilaç v fotograf kimyasallarında ara ürün olan aminofnollrin ld dilmsi için indirgnir. Nitrofnollr, boyalarda rnklndirici, mantar öldürücü, ilaç sanayi v kauçuk sanayiind kullanılmaktadır.bu birlşiklr doğal su ortamında bulunup bsin zincirin gçbilmktdir. Nitrofnollrin kansrojn v mutajnik tkisi mvcuttur [3]-[4].

2 Fnol v türvlrini ihtiva dn atıksuların arıtımında biyolojik arıtım dışında organik çözücülrl kstraksiyon, kimyasal oksidasyon v adsorpsiyon gibi fiziksl v kimyasal yöntmlr yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntmlrdn adsorpsiyon oldukça tkin v vrimli olmasına karşın yatırım v işltm maliyti yüksk bir yöntm olduğundan ucuz v vrimli adsorbantların kullanılması grkmktdir. Bu çalışmada atıksulardan 4-nitrofnolün bntonitl adsorpsiyonu inclnmiştir. Dnysl çalışmalar ksikli sistmd v 3 farklı sıcaklıkta (298, 38 v 338 o K) grçklştirilmiştir. Önclikl bntonit için farklı dozlar uygulanarak 4-nitrofnolün sulu çözltidn adsorpsiyonu inclnmiş v optimum bntonit dozajı blirlnmiştir. Eld diln optimum dozaj dğri farklı fnol konsantrasyonları içrn çözltilr ilav dilrk kirltici konsantrasyonunun adsorpsiyon hızı v vrimliliği üzrindki tkilri blirlnmiştir. Eld diln dng vrilri kullanılarak 4-nitrofnolün bntonitl adsorpsiyonu için izotrm v kintik analizlr grçklştirilmiştir. 2. Dnysl Çalışmalar 2.. Adsorplayıcı Madd Hammadd olarak Bnsan Aktiflştirilmiş Bntonit San. V Tic. A.Ş. dn tmin diln v özlliklri Tablo- d vriln bntonit kullanılmıştır. Bntonit dnysl çalışmalarda kullanılmadan önc saf su il 24 saat yıkanıp kurutulmuştur. Tablo-: Bntonitin fiziksl v kimyasal özlliklri Özllik Miktar Özllik Miktar SiO 2 AZ TiO 2,3 % CaO 2,4 % Rnk Sarı F 2 O 3 2,66 % Nm içriği 9-% Al 2 O 3 8, % Nm adsorpsiyon kapasitsi,9 +-,5 ton/m 3 K 2 O,6 % ph 8,5+-,5 MgO 4,5 % Spsifik yoğunluk 2,5 ton/m 3 Na 2 O 2,2 % Partikül Boyut dağılımı,5-2,5 mm 2.2. Kullanılan Kimyasallar v Yöntm mg/l konsantrasyonundaki 4-Nitrofnol (4-NP) çözltisi saf kimyasaldan g alınarak fosfat tampon çözltisind hazırlanmıştır. Fosfat tampon çözltisi potasyum dihidrojn fosfat v dipotasyum fosfat kullanılarak hazırlanmıştır. Çalışma sırasında hazırlanan tüm standartlar v yapılan syrltmlr fosfat tampon çözltisi il hazırlanmıştır. Adsorpsiyon dnylri ksikli dng mtodu il grçklştirilmiştir. 4-nitrofnol için 25, 5 v mg/l konsantrasyonlarına sahip çözltilr stok çözltidn syrltilrk hazırlanmıştır. Optimum bntonit dozajının blirlnbilmsi için 25 mg/l başlangıç konsantrasyonundan r ml alınarak 25 ml lik alüminyum folyo il kaplanmış rlnlrd farklı bntonit miktarlarıyla dngy ulaşıncaya kadar sıcaklık kontrollü bir karıştırıcıda (Gallnkamp Orbital Incubator) 8 rpm d karıştırılmıştır. Yapılan ön çalışmalar 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonunda 3 saatt dngy ulaştığını göstrmiştir. Dng sürsinin sonunda numunlr filtr dilrk çözlti içrisind kalan 4-NP konsantrasyonu Varian Cary 5 marka UV/VIS Spktrofotomtr cihazı il 32 nm dalga boyunda tayin dilmiştir. Sıcaklığın adsorpsiyon karaktristiklri üzrindki tkisi adsorpsiyon izotrmlrinin 298, 38 v 338 o K sıcaklıklarda blirlnmsi il tsbit dilmiştir.

3 3. Sonuçlar 3.. Optimum Bntonit Miktarı 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonunda uygulanabilck optimum bntonit miktarının blirlnbilmsi için 25 mg/l başlangıç konsantrasyonuna sahip 4-NP çözltisi içrisin, il 2 g arasında dğişn miktarlarda bntonit ilav dilmiş v bklm sürsi 3 saat alınarak dngy ulaşması bklnmiştir. Şkil- d bntonit miktarının 4-NP gidrim vrimin tkisi vrilmiştir. Görüldüğü gibi 4-NP gidrimi bntonit miktarıyla artmaktadır ancak g dan daha yüksk miktarlarda vrim d önmli bir dğişim gözlnmmiş, n yüksk vrim 2 g bntonit dozajında ld dilmiştir. Bu sbpl 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonunda optimum dozajın 2 g/l (%68 vrim) olduğu blirlnmiştir. 4-NP Gidrimi, % ,5,5 2 2,5 Bntonit Dozajı, g/ ml Şkil-: 4-NP gidrim vrimi il bntonit dozajı ilişkisi (C =25mg/L; t=3 saat; T= 298 K) Şkil-2 d 25, 5 v mg/l başlangıç konsantrasyonlarındaki 4-NP çözltilrind zamana bağlı olarak bntonitl gidrim vrimlri vrilmiştir. 4-NP adsorpsiyonu ilk saat içind hızlı bir şkild grçklşirkn zamanla adsorpsiyon hızı düşmktdir. Şkil-2 dn 2 dakikalık bkltm sürsindn sonra 4-NP gidrimind önmli bir dğişiklik olmadığı görülmktdir. 4-NP Gidrimi, % Tmas Sürsi, dk Şkil-2: 4-NP gidriminin tmas sürsi il dğişimi

4 3.2. Adsorpsiyon İzotrmlri Adsorpsiyonda dng çalışmaları adsorbantın kapasitsi hakkında bilgi vrir. Adsorpsiyon izotrmlri adsorbantın yüzy özlliklri v farklı kirlticlri adsorplama kapasitsi hakkında bilgi vrn sabitlrdn oluşmaktadır. Yaygın olarak kullanılan adsorpsiyon izotrmlri Langmuir v Frundlich izotrmlridir. Langmuir izotrmi aşağıdaki dnklmd görüldüğü gibi ifad dilir. Burada Q v k L paramtrlri sırasıyla maksimum adsorpsiyon kapasitsi v bağlanma nrjisini vrn Langmuir paramtrlridir. C / y karşılık C dğrlrinin grafiğ gçirilmsiyl ğimi /Q v sabiti /k L Q olan bir doğru ld dilir. Q k o L = () + k L C C Şkil-3 d 298, 38 v 338 K sıcaklıklarda 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonu için ld diln Langmuir izotrmlri vrilmiştir. Eld diln doğru dnklmlrindn hr bir sıcaklık için hsaplanan izotrm sabitlri Tablo-2 d vrilmiştir C/ C Şkil-3: 4-NP bntonit adsorpsiyonu için Langmuir izotrmi Frundlich izotrmi htrojn yüzylrd adsorpsiyonu ifad dn aşağıdaki ifad il vrilmktdir. Burada k f v n sırasıyla adsorpsiyon kapasitsi v adsorpsiyon gücünü ifad dn Frundlich sabitlridir. ln y karşı çiziln lnc grafiğindn ld diln doğru dnklmind k f v n dğrlri hsaplanabilir. f / n = k C (2) Şkil-4 d d 3 farklı sıcaklıkta 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonu için Frundlich izotrmi vrilmiş, hr bir sıcaklık için hsaplanan Frundlich izotrm sabitlri is Tablo-2 d vrilmiştir. Tablodan görüldüğü gibi hr iki izotrm için d korlasyon katsayıları.9 dan daha büyük dğrlrd ld dilmiş olmasına rağmn Frundlich modli 4-NP adsorpsiyon vrilrini daha iyi ifad tmktdir. Dnysl vrilrin Frundlich izotrmin uygunluğu adsorbant yüzyinin htrojnliğini ifad tmktdir. /n dğri adsorbant/adsorbat sistminin uygunluğu v kapasitsi hakkında bilgi vrir [5]. Pk çok durumda <n< arasındaki dğrlr adsorpsiyonun vrimli olduğunu ifad tmktdir. Tablodan görüldüğü gibi Frundlich izotrmi için ld diln n dğrlri tüm sıcaklıklarda - arasında dğişmktdir. Bu durum 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonunun vrimliliğini ifad tmktdir. Modl çalışması sonucunda n büyük k f dğri 298 K sıcaklıkta tsbit dilmiştir. Bu durum bntonitin 4-nitrofnolü adsorplama kapasitsinin sıcaklıkla azaldığının bir göstrgsidir.

5 ,5,5 ln( ) -, ,5 ln(c ) Şkil-4: 4-NP bntonit adsorpsiyonu için Frundlich izotrmi Tablo-2: 4-Nitrofnolün bntonitl adsorpsiyonu için ld diln izotrm sabitlri Sıcalık Langmuir İzotrmi Frundlich İzotrmi (K) Q k L R 2 k f n R Adsorpsiyon Kintiklri Kintik modllr adsorpsiyon mkanizmasının açıklanması için gliştirilmiştir. Adsorpsiyon mkanizması adsorbantın fiziksl v/vya kimyasal özlliklrin bağlıdır. Bu çalışmada 4-NP nin bntonitl adsorpsiyon mkanizmasının açıklanması için Lagrgrn psudo-first-ordr v psudo-scond-ordr kintik modllri (3 v 4 şitliklri) göz önünd bulundurulmuştur. ln( ) = ln( ) k t (3) t = k t (4) Şkil-5 d 298, 38 v 338 K sıcaklıklarda ld diln birinci v ikinci drc kintik modllri vrilmiştir. Hr iki modl için ld diln kintik vrilr is Tablo-3 d vrilmiştir.

6 ln(-) Zaman, dk t/t Zaman, dk Şkil-5: 4-NP bntonit il adsorpsiyonu için. v 2. kintiklri Tablo-3: 4-Nitrofnolün bntonitl adsorpsiyonu için ld diln kintik paramtrlr Sıcaklık Psudo-first-ordr Psudo-scond-ordr (K) K R 2 k 2 R Tablodan görüldüğü gibi kintik dnklmlrdn ld diln korlasyon katsayıları ikinci drc dnklmi için daha yüksktir. Buna gör 4-Nitrofnolün bntonitl adsorpsiyonunun ikinci drc kintik modl uyduğu blirlnmiştir. Bu modll hsaplanan dğrlri d dnysl vrilrl uygunluk içrisinddir. 4. Dğrlndirmlr Bu çalışmada sulu çözltilrdn 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonu inclnmiştir. Optimum bntonit dozu 2 g/l olarak blirlnmiştir. 4-NP nin bntonitl adsorpsiyonu dng durumuna 2 saatt ulaşmaktadır. Langmuir v Frundlich modllrinin dnysl vrilr uygulanmasıyla 4-NP adsorpsiyonunun Frundlich modlin uyduğu blirlnmiştir. Adsorpsiyon kintiklrinin yüksk R 2 dğrlrinin v dnysl vrilr çok yakın dğrlrinin ld dildiği psudo-scond-ordr kintik modl uyduğu blirlnmiştir. 5. Kaynaklar [] Dursun, A.Y., Kalayci, Ç.S., Euilibrium, kintic and thrmodynamic studis on th adsorption of phnol onto chitin, Journal of Hazardous Matrials, 23, s. 5-57, 25. [2] Ahmaruzzaman, M., Sharma, D.K., Adsorption of phnols from wastwatr, Journal of Colloid and Intrfac Scinc, 287, s. 4-24, 25. [3] Köroğlu, F.N., Nitrofnollrin iyonik v iyonik olmayan organobntonitlr adsorpsiyon v dsorpsiyonu, Yüksk Lisans Tzi, Ankara Ünivrsitsi, Kimya Mühndisliği Bölümü, 24. [4] Pura, S., Nitrofnollrin killr üzrindki adsorpsiyonunun inclnmsi, İstanbul, Ünivrsitsi, Kimya Anabilim Dalı, Fiziksl Kimya Programı, 992. [5] Annadurai, G., Babu, S.R., Mahsh, K.P.O., Murugsan, T., Adsorption and bio-dgradation of phnol by chitosan-immobilizd Psudomonas putida (NICM 274), Bioprocss Enginring., 22, s , (2).