ALIQUAT-336 EMDİRİLMİŞ HP-20 ve HP-2MG REÇİNELERİYLE SULU ÇÖZELTİLERDEN Cr(VI) GİDERİLMESİNDE POLİMER ADSORBAN TÜRÜNÜN ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 ALIQUAT-336 EMDİRİLMİŞ HP-2 ve HP-2MG REÇİNELERİYLE SULU ÇÖZELTİLERDEN Cr(VI) GİDERİLMESİNDE POLİMER ADSORBAN TÜRÜNÜN ETKİSİNİN İNCELENMESİ M. ARDA *, Ö. SOLAK **, N. KABAY **, M. YÜKSEL **, M. AKÇAY **, A. TROCHIMCZUK ***, M. STREAT **** * Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi, Kimya Bölümü, 351 İzmir ** Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 351 İzmir *** Wroclaw Teknik Üniversitesi, Kimya Bölümü, Wroclaw, Polonya **** Loughborough Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Loughborough LE 11 3TU, İngiltere ÖZET Bu çalışmada, Aliquat 336 emdirilmiş ve yüzeyi polimer tabakası ile kaplanıp, kimyasal çapraz bağlama ile kararlı hale getirilmiş Diaion HP-2 ve HP-2MG reçineleri sulu çözeltilerden Cr(VI) iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanılmıştır. Kesikli çalışmalarla, sulu çözeltilerden Cr(VI) iyonlarının maksimum giderimi için gerekli optimum reçine miktarları saptanmıştır. Reçinelerin fiziksel yapılarındaki farklılığın ve reçine yüzeylerinin stabilizasyonu için kullanılan çapraz bağ yapıcı reaktif miktarının, bu reçinelerin Cr(VI) giderimine ilişkin kolon performanslarına olan etkileri sürekli çalışmalarla incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Aliquat 336; Çözücü emdirilmiş reçineler; Diaion HP-2; Diaion HP- 2MG; İyon değiştirme; Krom (VI) 1. GİRİŞ Son yıllarda farklı endüstri alanlarındaki gelişmeler ve buna paralel olarak çevre bilincinin oluşması, kimyasal ayırma tekniklerine verilen önemi arttırmıştır. Çevreye zararlı etkileri olan ve ekonomik açıdan değerli metallerin atık çözeltilerden geri kazanılması amacıyla daha spesifik yöntemlere gereksinim duyulmaktadır. Çözücü emdirilmiş reçineler, metal iyonlarının sulu çözeltilerden ve atık sulardan ayrılması ve geri kazanılmasında teknolojik bir alternatif olarak düşünülmüştür. Bu reçineler, gözenekli bir polimer adsorbana fonksiyonel grup içeren özütleyici bir organik reaktifin fiziksel olarak bağlanmasıyla elde edilirler [1]. Değişik organik özütleyici reaktifler kullanılarak elde edilmiş çözücü emdirilmiş reçinelerle, kesikli ve sürekli işlemlerle sulu çözeltilerden metal iyonları ayırma, denge ve kinetik çalışmaları yapılmıştır [1]. Ayrıca çözücü özütlemesinde özütleyici reaktif olarak sıkça kullanılan Aliquat 336 emdirilerek oluşturulan çözücü emdirilmiş reçinelerle kromat iyonlarının etkin olarak giderimi sağlanmıştır [2,6]. Emdirme işlemlerinde kuru, yaş, modifiye edici reaktif katma ve dinamik kolon yöntemleri kullanılmaktadır. Çözücü emdirilmiş reçinelerin, kolay ve hızlı yöntemlerle hazırlanmaları, kullanılacak organik özütleyici reaktif seçeneklerinin fazla olması ve kolon işlemlerinde kullanılabilme avantajlarına rağmen reçinelere fiziksel olarak bağlı bulunan organik özütleyici reaktifin sürekli kullanımlarda polimer adsorban yüzeyinden uzaklaşması bu reçineler için bir dezavantaj oluşturmaktadır. Bu olumsuzluk, reçine yüzeyleri uygun bir polimer tabakasıyla kaplanıp ve ardından çapraz bağ yapıcı reaktiflerle muamele edilerek stabilizasyon işlemiyle giderilebilmektedir [3]. Önceki çalışmalarımızda, yüzeyi stabilize edilen çözücü emdirilmiş XAD-4 reçinelerinin kromat iyonlarının giderilmesindeki performansları kesikli ve sürekli çalışmalarla incelenmiştir [4-5]. Bu çalışmada, Aliquat 336 emdirilmiş stiren divinil benzen esaslı Diaion HP-2 ve metakrilik esaslı HP-2MG reçinelerinin yüzeyleri kararlı hale getirildikten sonra bu reçinelerle Cr(VI)

2 iyonlarının giderimi kesikli ve sürekli yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Çözücü emdirilmiş reçinelerin yüzey morfolojilerinde ve fiziksel yapılarındaki farklılığın reçine performanslarına etkisi sürekli yöntemlerle araştırılmıştır. 2. DENEYSEL 2.1 Materyal Polimer adsorbanlar HP-2 ve HP-2MG Mitsubishi (Japan) tarafından hediye olarak gönderilmiştir. Organik özütleyici reaktif olarak kullanılan Aliquat 336 (trikaprilmetilamonyum klorür) Fluka firmasından satın alınmıştır. Polimer adsorbanların özellikleri, Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. Polimer adsorbanlar HP-2 ve HP-2MG nin özellikleri Özellikler Diaion-HP-2 Diaion-HP-2MG Polimer yapı Polistiren divinil benzen Metakrilik Nem içeriği (%) 56,5 61,1 Şişme (ml/g) 3,45 3,67 Yüzey alanı (m 2 /g) 524,16 556,81 Gözenek hacmi (ml/g) 1,18 1,15 Spesifik yoğunluk (g/cm 3 ) 1,1 1,9 Organik özütleyici reaktif Aliquat 336 nın kimyasal yapısı aşağıda verilmiştir: 2.2 Çözücü emdirilmiş reçinelerin hazırlanması ve yüzeyinin kararlı hale getirilmesi Çözücü emdirilmiş reçineler, kuru polimer adsorbanlar Diaion HP-2 ve HP-2MG, Aliquat 336 nın asetondaki çözeltisi ile 1 g Aliquat 336/g polimer adsorban emdirme oranında 25 o C de 17 saat süreyle temas ettirilerek hazırlanmıştır. Çözücü emdirilmiş reçine yüzeylerinin, uygun polimer ile kaplanarak kararlı hale getirilmesi için, Aliquat 336 ile emdirilen polimerler %3 lük

3 (ağırlık/hacim) polivinil alkol ve çapraz bağlayıcı reaktif olarak kullanılan vinilsülfon ile muamele edilmiştir. 2.3 Kesikli çalışmalar Optimum reçine miktarının bulunması Bu çalışmalar, değişik miktardaki Aliquat 336 emdirilmiş reçinelerin, 5 ml 4x1-4 M K 2 CrO 4 çözeltisiyle 25 o C de 24 saat süreyle temas ettirilmesi ile gerçekleştirilmiştir Kesikli döngü çalışmaları Aliquat 336 ile emdirilmiş reçineler (saptanan optimum reçine miktarlarında) 5 ml 4x1-4 M K 2 CrO 4 çözeltisi ile (ph 4,) 25 o C de 24 saat süreyle temas ettirilmiştir. Cr(VI) iyonlarının sıyrılması 25 ml 1 M NaOH-1 M NaCl karışımı ile 25 o C de 24 saat süreyle karıştırılarak gerçekleştirilmiştir Sürekli çalışmalar Çalışmalar, 4x1-4 M K 2 CrO 4 çözeltisi (ph 4,) kullanılarak cam bir kolonda (iç çapı,7 cm), akış hızı 2 yatak hacmi/saat olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Sıyırma reaktifi olarak 1 M NaOH-1 M NaCl karışımı kullanılmıştır Analizler Krom analizleri alevli atomik absorpsiyon spektrofotometresi (Varian 1 Plus model) kullanılarak 357,9 nm dalga boyunda gerçekleştirilmiştir. 3. SONUÇLAR Çözücü emdirilmiş reçinelerle, sulu çözeltilerden Cr(VI) iyonlarının giderimi için gerekli olan optimum reçine miktarını bulmak amacıyla kesikli çalışmalar yapılmıştır. Şekil 1 de görüldüğü gibi, Cr(VI) giderimleri stiren divinil benzen esaslı çözücü emdirilmiş reçine HP-2 için 1 g/l reçine miktarında % 95, metakrilik esaslı çözücü emdirilmiş reçine HP-2MG için 2 g/l reçine miktarında % 98 düzeyinde elde edilmiştir. Cr (VI) giderimi (%) HP-2 HP-2MG Kuru reçine derişimi (g/l) Şekil 1. Cr(VI) iyonları gideriminde çözücü emdirilmiş reçine derişiminin etkisi.

4 Yüzeyi kaplanarak kararlı hale getirilmemiş Aliquat 336 emdirilmiş reçinelerle, ph 4, de 4x1-4 M K 2 CrO 4 çözeltileri kullanılarak, adsorpsiyon-yıkama-sıyırma-yıkama-rejenerasyon işlemlerini içeren kesikli döngü çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen eğriler Şekil 2 ve 3 de verilmiştir. Her iki tip Aliquat 336 emdirilmiş reçinelerde döngü sayısı arttıkça Cr(VI) iyonlarının gideriminde belli bir azalma olmuştur. Yedi döngü sonrasında bu azalma metakrilik esaslı ve hidrofilik yapıdaki HP-2MG esaslı çözücü emdirilmiş reçinede çok daha belirgin olarak gözlenmiştir. 1 8 Cr VI) giderimi ( döngü 3 döngü 5 döngü 7 döngü Döngü sayısı Şekil 2. HP-2 esaslı çözücü emdirilmiş reçinelerle kesikli döngü işlem eğrisi 1 8 Cr (VI) giderimi (% döngü 3 döngü 5 döngü 7 döngü Döngü sayısı Şekil 3. HP-2MG esaslı çözücü emdirilmiş reçinelerle kesikli döngü işlem eğrisi Diaion HP-2 ve HP-2MG esaslı Aliquat 336 emdirilmiş reçineler, sulu çözeltilerden Cr(VI) iyonlarının sürekli yöntemle gideriminde de kullanılmışlardır. Çözücü emdirilmiş reçinelerin fiziksel yapılarındaki farklılığın, reçinelerin Cr(VI) ya ilişkin kolon performanslarını etkilediği

5 Şekil 4 de görülmektedir. Stiren divinilbenzen esaslı çözücü emdirilmiş reçine Diaion HP-2 nin, metakrilik esaslı çözücü emdirilmiş reçine Diaion HP-2MG ye oranla daha yüksek salıverme kapasitesine sahip olduğu anlaşılmıştır. 1.8 C/Co HP-2 HP-2MG Yatak Hacmi (ml-çözelti /ml-reçine) Şekil 4. Yüzeyi kaplanmamış HP-2 ve HP-2MG esaslı çözücü emdirilmiş reçineler ile Cr(VI) giderimine ilişkin salıverme eğrileri Yüzeyleri kaplanarak kararlı hale getirilmiş çözücü emdirilmiş reçinelerin, yüzey morfolojisinde oluşan farklanmanın reçine performanslarına olan etkilerini izlemek amacıyla bu reçinelerle sürekli çalışmalar gerçekleştirilmiştir (Şekil 5 ve 6). Bu çalışmalar neticesinde çapraz bağlayıcı reaktif miktarının reçinelerin Cr(VI) giderimine ilişkin kolon performanslarını etkilediği görülmüştür. Çapraz bağ yapıcı reaktifin (vinil sülfon) miktarı arttıkça reçinelerin yüzey stabilitesi artmakta, öte yandan Cr(VI) iyonlarının çözücü emdirilmiş reçinelerin fonksiyonel grubu Aliquat 336 ya ulaşması nispeten güçleşmektedir C/Co HP-2 Düşük çapraz bağlı HP-2 Yüksek çapraz bağlı HP Yatak hacmi (ml-çözelti / ml-reçine) Şekil 5. Yüzeyi kaplanmamış, düşük çapraz bağ oranıyla ve yüksek çapraz bağ oranıyla yüzeyi kaplanmış HP-2 reçineleriyle Cr (VI) giderimine ilişkin salıverme eğrileri

6 1..8 C/Co.6.4 HP-2MG.2 Düşük çapraz bağlı HP-2MG Yüksek çapraz bağlı HP-2MG Yatak hacmi (ml-çözelti / ml-reçine) Şekil 6. Yüzeyi kaplanmamış, düşük çapraz bağ oranıyla ve yüksek çapraz bağ oranıyla yüzeyi kaplanmış HP-2MG reçineleriyle Cr (VI) giderimine ilişkin salıverme eğrileri Aliquat 336 emdirilmiş Diaion HP-2 ve HP-2MG reçinelerinin yüzey stabilizasyonunun, reçinenin tekrar kullanılabilirliği üzerine etkisi, ayrı bir çalışmada açıklanacaktır. 4. KAYNAKLAR 1. Warshawsky, A., in: J.A. Marinsky, Y.Marcus (Eds.), Ion Exchange and Solvent Extraction, Vol.8, Marcel Dekker, New York, s 229, Kabay, N., Arda, M., Saha, B., Streat, M., Removal of Cr(VI) by solvent impregnated resins containing Aliquat 336, Reactive and Functional Polymers, 54 :13-115, Trochimzuk, A., Kabay, N., Arda, M., Streat, M., Stabilization of solvent impregnated resins by coating with water soluble polymers and chemical crosslinking, Reactive and Functional Polymers, 59:1-7, Kabay, N., Arda, M., Trochimzuk, A., Streat, M., Removal of chromate by solvent impregnated resins stabilized by coating and chemical crosslinking-i. Batch mode sorption studies, Reactive and Functional Polymers, 59: 9-14, Kabay, N., Arda, M., Trochimzuk, A., Streat, M., Removal of chromate by solvent impregnated resins stabilized by coating and chemical crosslinking-ii. Column mode sorption/elution studies, Reactive and Functional Polymers, 59:15-22, Saha, B., Gill R. J., Bailey.G., Kabay, N., Arda, M.,, Sorption of Cr(VI) from aqueous solution by Amberlite XAD-7 resin impregnated with Aliquat 336, Reactive and Functional Polymers, 6: , 24 5.TEŞEKKÜR Bu çalışma E.Ü. EBİLTEM Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu tarafından desteklenmiştir (23/BİL/18 No lu Proje). Çözücü emdirilmiş reçinelerin stabilizasyon işlemleri İngiltere nin Loughborough Üniversitesi, Kimya Mühendisliği bölümünde gerçekleştirilmiştir. Bu konuda destek sağlayan British Council a çok teşekkür ediyoruz.