BENTO İT İLE BOYARl\IADDELERİN ADSORPSİYONU

Transkript

1 SAU Fen Bilınıle:-i Enstitüsü Dergisi 6.Cilt. 3.Sayı (Eylül 02) Bentnit ile Byarmaddelerin Adsrbsiynu Z.Ay, M.Özacar,i.A.Şengil BENTOİT İLE BOYARl\IADDELERİN ADSORPSİYONU Zeliha AY, Mahınut ÖZACAR, İ. Ayhan ŞENGİL Özet - Bu çalışmada, Asit Sarı N7GL, Asit Kırmızı N2RBL, Bazik Kırmızı 2L, MetiJen Mavisi, Reaktif l{trnıızı BB ve Reaktif Sarı RR byalarının bentnit ile adsrpsiynu incelenmiştir. Tanecik byutu, ph, karıştırma süresi, karı$tırma hızı, ilk knsantrasyn, adsrban kütlesi ve sıcaklık gibi değişik parametrelerin adsrpsiyn üzerine etkileri araştırılınıştır. Böylece maksimun1 bya adsrpsiynu üzerine bu parametrelerin etkileri belirlenmiştir. Langınuir ve Freundlich iztermleri ıçin adsrpsiyn parametreleri belirlenmiş ve tartışılmıştır. Atahta: rcelilneler- Bentnit, adsrpsiyn, Asit bya, Bazi k bya, Reaktif bya, tekstil atıksuyu, izterm. Literatürde turba dun, talaş, diatmit, yanmış kil ve diğer düşük fiyatlı maddeler de ptansiyel endüstriyel adsrbanlar larak araştırıln11ştır. Ancak nispeten pahalı lmasına rağınen, aktif karbn en yaygın ve etkili adsrbandır [3-4). Bu çal ışmada, tekstil atık sularındaki Asit, Bazik ve Reaktlf byaların giderilınesi için Pendik-Tümaylar Tic.' den teınin edilen bentnitin adsrpsiyn üzerindeki etkisi; tanecik byutu, pii, ka rıştınna süresi, karıştırma hızı, ilk knsantrasyn, adsrban kütlesi ve sıcaklık gibi p aran1etreler değiştirilerck in celenmiş ve iztern1 çalışn1alan yapılıruştrr. Langmuir ve Freundlich izteımlcri için adsrpsiyn parametreleri tespit edilmiştir. Absira ct - I n this study, adsrptin f the Acid Yellw N2GIJ, Acid Red N2RBL, Basic Red 2L, Methilcne Blue, Rcactive Yellw RR, Reactive Red BB n bentnite were studied. Effects f varius parameters such as particle size, ph, agitatin tiıne, nıixing rate, initial dye cncentratin, adsrbent mass and teınperature n adsrptin were investigated. Thus the effects f these parameters n the maximum dye adsrptin were determined. Adsrptin parameters fr Laııgmuir and Freundlich isthern1s were determined and discussed. Keywrds: Bentnit, adsrptin, Acid dye, Basic dye, Reactive dye, textile wastewater, istherın. I. GIRIŞ Çevre kirlennıesi dünyamızda giderek önem kazanan bir knu lmuştur. Tekstil abk sulanmn çevreye verdjği zarar yaygın bir prblemdir. Tekstil endüstrilerinin byal ı atık suları yüksek randa renk ve rganik madde içermektedir [ 1]. Bu atık suların temizlenme sinde, suyun türüne, temizlendikten snra kullanım amacına göre değişik yöntemler kullanılmaktadır[2]. Aktif çamur prsesi, aktif karbn adsr psiynu ve kimyasal kagülasyn gibi birden fazla işlemin bir arada kullanılması gerekmektedir. Bununla birlikte adsrpsiyn, biridir [ 1]. renk gidernıede en etkili lan presesierden ll. 1ATERYAL VE METOT Çalışmalarda kullanılan bentnit, Pendik-Tümayla r ],ic. 'den temin edilmiştir. ASTM standart elekleri kullamlarak elenmiş ve 53'ten daha küçük, 53-75, 75-90, ve 150' den daha büyük flm tane byutlannda farklı fraksiynlar elde edilmiştir. Çalışmada Asit Sarı (AS-N7GL), Asit Kırrrıızı (AK N2RBL), Bazik Kırmızı (BK-2L), Metilen Mavisi (MM), Reaktif Kırıruzı (RK-BB), Reaktif San (RS-RR) byaları kullanılımştır. Byalar ticari saflıkta lup ayrıca bir safiaştırma yapılmadan kullanılmıştır. Asit Sarı, Asit Kırmızı, Reaktif Sarı, Reaktif Kım11zı byalann ç özeltileri mg/l knsantrasynlarında, Bazik Knnnzı byanın çözej tisi 50mg/L, Metilen Mavisi byanın çözeltisi 12!5mg/L knsantrasynlarında byaların çeşme suyunda çözülınesiyle hazırlanmıştır... ı\.dsrpsiyn deney leri, ml bya çözeltisine 1 g adsrban ilavesi yapılarak, 250 ml lik beherlerde manyetik kanştıncı ile yapılmıştır. Adsrpsiyn deneylerinin snunda renk ölçümleri yapılmadan önce bya çözeltileri santrifüjtenerek adsrbanlardan ayrılmıştır. Bütün renk ölçümleri absrbans mdunda ve görünür bölgede işletilen bir UV spektrftmetre ile yapılmıştır. Ölçümler, her bya için maksiınum absrbans1n lduğu, AS-N7 için 399nnı, AK-N2 için 319 mn, BK-2L için 493nm, MM için 614 nm, RS-RR için 4nm ve RK-BB için 5 lonm dalga by lannda yapılmıştır. Z. Ay Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstititüsü, Kimya Anabilim Dalı Sakarya. M. Özacar, LA.Şengil Sakarya Üniversitesi, Fen-Edebiyat Faküllesı, Kimya Bölürnl\ 54 Sakarya- Türkiye. mzacar@htmail.cm 183

2 SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.Cilt, 3.Sayı (Ey:G 1 02) Bentnit ile Byarmaddelcrin Adsrbsiynu Z.Ay, "\1.Özacar,İ.A.Şengil III. DENEY SONUÇLARI VE DEGERI.JENDİRME ın. ı. Tanecik Byutunun Etkisi Elek analizi yapılarak elde edilen, farklı fraksiynlardaki bentnitler, adsrpsiyn çalışnı.alarında kullanılmış ve tanecik byutunun asit ve bazik byaların adsrpsiynuna etkisi Şekil 1 de verilmiştir '-" O' 40 e AS-N7 AK-N2 --BK-2L MM Ôb s "-" O"' O 40 u e.. - AS-N7 AK-N2 -ll- BK-2L ı r') lll '., ) ı:- 0\ ı.n ı 1 1 r--4 V') "' ı.n 1 lll r- 0\ Tanecik Byutu (m) Şekil 1. Tanecik byutunun asit ve bazi k byaların bentnit üzerine adsrpsiynuna etkisi (Dz: g/1 00 ml, Kar. süresi: ı dak., Karış:ırma Hızı :600 rp m, Kns.: n1g/l) Şekil 1 incelendiğinde ve ı.ım byutlarındaki tanecilderin adsrpsiyn kapasitelerinin daha iyi lduğu görülmektedir. 53 J..Lın' den daha- küçük tanecikler kullanıldığında adsrpsiyn rtaınında yeterince dağılamayıp çamurumsu bir yapı luşturduğu için tplam yüzey alanı azalmaktadır ve bu durun1 adsrpsiyn kapasitesini düşüımektedir. 90 ı-ı-m) den daha büyük taneciklerde, tane byutu büyüdükçe yüzey alanının küçülmesi nedeniyle adsrpsiyn kapasitesinin düşmesi beklenen bir snuçtur. Bundan snraki çalışmalarda AS-N7 için 75-90fll11, AK.-N2 için Lm, BK-2L için m, MM için J.Lm tane byutları kullanılmıştır. ill.2. ph nın Etkisi Bu çalışmada pl-1 1n adsrpsiyn üzerine etkisi incelenmiş lup, snuçlar Şekil 2 de verilıniştir. Şekil 2 den de görülebileceği gibi en iyi snuçlar AS-N7 için ph 3.8 de, AK-N2 için ph 4.5 da, BK-2L için ph 10.0 da, MM için ph 12.2 de elde edilmiştir. Bundan snraki çalışmalarda bu ph lar kullanılmıştır. Asidik byalann adsrps iynlanıun asidik ph larda, bazik byalann adsrpsiynunda bazik ph larda daha iyi görülmüştür. r- V) N N \0 N "... "......,. ("f') \() N pl[,...,..... Şekil 2. ph ın asit ve bazik byaların bentnit üzerine adsrpsiynuna etkisi (D7: 1 g/1 00 ml, Kar. süresi: 1 dak.. Karıştn ma Hızı :600 rp m, Kn s.: mg/l) III. 3 Karıştırma Hızının Etkisi Kaı-ıştırrna hız1nın da, asit, bazik byaların bentnit ile adsrpsiynuna etkisi araştırılmış ve elde edilen snuçlar Şekil 3 de gösteriln1iştir. Şekil 3 de göıüldüğü gibi AS N? ve i\.k-n2 için en iyi snuçlar 500 dev./dak. karıştırma hızında, BK-2L ve MM için en iyi snuçlar 400 devir/dak. Karıştıima hızında elde edilmiş ve bundan sm ak çalışmalarda A.S-N7 ve.ak-n2 için 500 devir/dak., BK-2L ve MM için 400 dev./dak. kanştırma luzı kullanılmıştır ';:Q 60 s..-.. cr" ('fj ""' K.an ş tl rma H1 AS-N7 & AK-N2 ---BK-2L 1\tlM Şekil 3. Karıştınna H.ızının asit ve bazik byaların bentnit üzenne adsrpsiynuna etkisi (Dz: lg/ nıl, Kar. süresi: 1 dak., Kns.: mg/l) Ill.4. Adsrban Kütlesinin Etkisi Bu çalışmada, adsrban kütlesinin asit ve bazik byaların adsrpsiynuna etkisi incelenmiş ve elde edilen snuçlar Şekil 4 de verilmiştir. Şekil 4 den görüldüğü gibi 1 g dan sm al<i kütle artışının ln 184

3 SAU Fen Bilir.ı1eri Enstıtüsü Dergisi 6.Cilt, 3.S2yı (Eylül 02) Bentnit ile Byarmaddelcrin Adsrbsiynu Z.Ay, 1\tl.ÖZacari.A.Şengil adsrpsiyn üzerjne önemli bir etkisi lmamıştır. 1 g adsrban yeterli bya giderimi sağladığından, 1 g dan daha fazla adsrban ku1lanınu gereksiz lacaktır. 1 g dan az adsrban kullanıldığında ise adsrpsiyn kapasitesinilı düştüğü gözlenmiştir 'bi) s 40 O"' 30 lo _ i L-- --& 0.5 I Adsrban Kütlesi (g) AK-N2 --BK-2L --MM ill.6. Sıcaklığın Etkisi.. t\sit ve bazik byaların adsrpsiynu üzerine sıcakhğın etkisinin araştırıldığı bu çalışmada elde edilen snuçlar Şekil 6 de sunuln1uştur. Şekilde de görüldüğü gibi sıcaklık artışıyla birlikte adsrpsiyn veriıni azalmaktadır. Bu da asit ve bazik byaların bentnit üzerine adsrpsiynunun ekztermik lduğunu ve bu sebepten dlayı s1caklık artışıyla adsrpsiynun azaldığını göstermektedir. 60 'bo & _.;' : e AS-N7 --- AK-N2 -tl- BK-21., --MM Şekil 4. Adsrban kütlesinın asit ve bazik byalann bentnit üzerine adsrpsı)nuna etkisi {Dz: lg/ ml,kar. süresi. 1 cak, Kns.: rng1l) III.S. Bya Knsantrasynunun Etkisi Farklı bya knsantrasynlanyla yapılan adsrpsiyn çalışmalarında elde edilen snuçlar Şekil S de verilmiştir. Bütün knsantrasynlar için 1 g adsrban kullanılnııştır. Şekjl 5 de görüldüğü üzere bya knsantrasynunun artması ile birlikte adsrpsiyn verimi de artmaktadır. Bu da adsrbanın kapasitesinin yüksek ldu ğunu göstermektedir. Farklı knsantrasyn çalışn1aları önemjidir, zira verilen adsrban kütlesinin belirli bir adsrplama kapasitesi lup belirli miktarlarda bya adsrplayabilir [ 6]., blj 400 s..._., cr e AS-N7 AK-N2 --BK-2L -<>-MM Bya Knsantrasynu (mg/l) Şekıl 5.Bya knsantrasynunun asit ve bazik byaların bentnit üzerine adsrpsiynuna etkisi (Kar. Süresi: 1 dak., dz: 1 g/looml) Sıcaklık (K) 343 Şekil 6. Stcaklığcım asit ve bazik byalarm bent01ıit Uzerine adsrpsiynuna etkisi (Dz: 1 gl ı 00 n1l, Kar. süresi: 1 dak., Kn s.: 1 00 mg/i.) Adsrpsiyn İztcrmleri Bir adsrpsiyn sistemi dengede iken) byanın adsrban ve çözelti arasındaki dağılımı, bya için adsrbanın kapasitesini belirlemede önemlidir [5]. Bu nedeılle adsrpsiyn iztermleri asit ve bazik bya sistenıleri için bellrleıuniş ve Şekil 7 de veıilmiştir. Şekil 7 incelendiğinde; izetermler düşük çözeltideki byanın denge knsantrasynu (Cc) ve dengede adsrplanan byanın knsantrasynu ( qe) değerleri için düzenli bir artn1a gösterirken, yüksek değerlerde ise bir düzlüğe ulaşma e ğilin1i vardır ki, bu da adsrbanın artık dyduğunu göstermektedir. İzterm verilerinin analizi, snuçları dğru şekilde gösteren bir eşitlik geliştirnıek için önemlidir ( 4]. Bu çalışmada langmuir ve Freundlich iztermlerinin deneysel verile re uygulanabilirliği araştınlmıştu. Lineer Langmuir izternıi eşitjik (I) ve lineer Freundlich izterrrn eşitlik (2) de gösterilmiştir. 1 I =-+ -- qe Q bq ce (1) I Jgqe = lgi(r + -lgc e n (2) 185

4 ..._, SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.Cilt, 3. Sayı (Eylül 02) Bentnit ilc Byarrnaddelerin Adsrbsiyu Z.AJ', M.Ö;;;acar,i.A.Şengil Burada qe: adsrbanın birim ağırlığı başına adsrplanan byanın rıllktarı, mg/g; Ce: adsrpsiynda dengeye ulaşıldığında çözeltide kalan byanın knsantrasynu, mg/l; Q: yüzeyde luşan tek tabaka taınamlandığında adsrbanın birim ağırlığında adsrplanan byanın miktarı, mg/ g; b: enerjiyle ilişkili bir sabit veya net entalpi; KF ve n Freundlich sabitleridir uyduğu, ancak Langnı.uir iztennine daha fazla uygunluk gösterdiği görühnektedir. 0,08 0,06 "--""' 0 0,04 U' --- 0,02 0,00 AK-N2 bd 250 Ot 0 s...,.. ct 150 e AS-N? AK-N2 0')01 0,03 0,06 0,09 O, 12 O, Cc (n1g/l) 50 0,01 0, Ce (n1g/l,) d} -2"' 0,00.---( 0,00 +MM '@ ]> 600 \,.,../ BK-2L MM 0,00 -t---'----r--r ,5 1 ı,5 2 1/Cc (mg!l) 2,5 3 Şekil 8. Bentnit üzerine asit ve bazik byaların adsrpsiynu için 1 ineer 1 angmuir iztermlcri 3,0 0,5 ı 1)5 2 2,5 3 3,5 4 Ce (ıng/l),--..., b{) 2, ,0 cu cr b.o..- ı,5 Şekil 7 Bentnit üzerine asit ve bazik byalarm adsrpsiyn iztermleti, (Dz: 1 g/ ml, Kar. süresi: 1 dak.) Asit ve bazik byaların bentnit ile adsrpsiynuna ait veıilerin lineer Langmuir izternıleri Şekil 8 ve lineer F'reundlich iztern1leri Şekil 9 da verilnilştir. 3,5 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 lg Ce (mg/l) Adsrbanlar üzerine byalann adsrpsiynu için lineer izteım ındel.lerinin sabitleri Tabl 1 de verilmiştir. Tabl 1. Langmuir ve Freundlich izterm sabitleri Langmuir sabitleri Bya Q b rı KF Freundilch sabüleri AS-N7 82,640 0,004 I 0,8598 1,265 1,43 0,9542 AK-N2 232,56 0:05 0:2773 6,00] 1,09 0,9788 BK-2L 500,00 0,5000 0: ,9 0,64 0,9835 MM ı 44,93 0,2700 0, ,98 0,36 0,9540 Tabl 1 deki lineer iztern1 sabitleri incelendiğinde; adsrpsıyn presesinin her iki adsrpsiyn mdeline de n 1 r 3,0 bj) - Ö]J 2 s ' 5 """-' 2,0-1,5.BK-2L +MM ı, ;--, r , -0,5-0,25 0,25 0,5 0,75 ı lg Ce ( mg/l) ekil 9. Bentnit üzerine asit ve bazik byaların adscrpsiynu için lıncer Freundl1ch iztermleri 186

5 AC Fen Bıhmlcri Enstitüsü Derg:si 6.Cilt! 3.Sayı (cyıt.:l 02) Bentnit ilc Byarmaddelerin Aclsrbsiynu Z.Ay, 1\ll.Özacar,İ.A.Şengil Asit \'e I\'. SONlTÇ bazik byaların adsrpsiynunda karıştıın1a hızının fazla etkili lmad ığı belirlennıiştir, bununla birlikte yüksek devirlerde verin1de biraz artmanın lduğu gözlemlenmiştir. Adsrban kütlesi için 1 g dan fazlasına gerek lmadığı snucuna varılnuştır. Asit byalarda asidik ph larda, bazik byalarda ise bazik ph: larda çalışmanın verimi arttırdığı göıülınüştür. Sıcakl ığın artn1a sıy la adsrpsiynun azaldığı, da sıcaklığında çalışma nın yeterli lacağı snucuna varılmışhr. Başlangıç bya knsantrasynunun artışıyla, adsrban kütlesi sabit ln1asına rağmen adsrplanan bya ıniktarında 1ineer bir artış görülınüştür. Bu duıunı adsrbanın kapasitesinin yüksek lduğunu göstermektedir. Bentnitin asit ve bazik byaları, parametrelerin değişik -?ekillerde uygulannıasıyla etkili lacağı görülmüştür. Her iki bya için bentnü ı 50 dakika gibi bir sürede yeterli giderme sağlamıştır. Snuç larak asit ve bazik byaları gıdcıilrnesi için bentnit adsrban larak kullan1 labilir. Kt\YNAKLAR [ 1] Lin, S.I-1., d Adsrptin f Dispcrse Dye by Pwdeıed Activated Carbn' ', J. Chenı. Tech. Bitechnl., 57; , ı 993. [2] F. Şengül, Çevre-83 Semp.. İznıir (1983) [3] Ptts, V.J.P., McKay, G. and Healy, J.J., "The Rernval f Acid Dye frm Effluent Using Natural.A.dsrbents-Peat and W ds", '\V at Res., ı O, ı 067, [4] Asfur, H.M., Nasser:M.M., Fadali, Ü.J-\. and El Geundi, tvf.s., "Cl ur Remval frn1 Textile Effluents Using I-Iardwd Sa\vdust as Adsrbcnt", J. Clıem., Tech. Bitechnl., 35A, 28-35, [ 5] McKay G., Blair, H. S., Otterbum, ıvı. S. and Aga, J.A., "Eaıth anci Fired Clay as Adsrbents fr Dyestuff Adsrptin:\ Water, Air, and Sil Pllutin, 24, , [6] McKay, G., El-Geundi, M. And Nassar,!v1.M. ''External Mass Transprt Prcesses Duıing the Adsrp1in f Dyes n t Bagasse Pith" Wat. Res., 22(12), , [7] i\sfur, H.M., Fadab, O.A., Masser, M. and El Geundj, M.S. ''Equilibriun1 studies n Adsrptin f Basic D ye s n Hardwd ", J. Che m., Tech. Bitechnl. 35A, 21-27,