AKTİFLEŞTİRİLMİŞ DOĞAL ZEOLİT İLE SULU ÇÖZELTİLERDEN METİLEN MAVİSİNİN ADSORPLANMASI

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "AKTİFLEŞTİRİLMİŞ DOĞAL ZEOLİT İLE SULU ÇÖZELTİLERDEN METİLEN MAVİSİNİN ADSORPLANMASI"

Gül Usak
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 AKTİFLEŞTİRİLMİŞ DOĞAL ZEOLİT İLE SULU ÇÖZELTİLERDEN METİLEN MAVİSİNİN ADSORPLANMASI Naime Özdemir, Melek Bağrıaçık, Melek Yılgın, Ayşe Biçer, Filiz Kar* *Fırat Üniversitesi, Müh. Fak., Kimya Müh. Bölümü, Elazığ, 23279, ÖZET Bu çalısmada sulu çözeltilerden atık boyar maddelerin giderimi için düşük maliyetli bir adsorbent olan doğal zeolit, farklı şekillerde aktifleştirilerek metilen mavisinin (MM) adsorpsiyonu için uygunluk açısından değerlendirilmiştir. KOH, NaOH, HCl, saf su, H 3 PO 4 ve H 3 BO 3 ile aktifleştirilen doğal zeolitlerin adsorpsiyon kapasiteleri, sulu çözeltilerden metilen mavisini giderme verimlerine bakılarak incelenmiştir. Adsorpsiyon kapasitesi en iyi olan adsorbentlerden biri olan saf su ile yıkanmış doğal zeolitin adsorpsiyon şartları incelenmiş ve adsorpsiyona sıcaklığın (25-55 o C), ph nın (2-8), farklı başlangıç MM konsantrasyonlarının ( mg/l) ve adsorbent dozunun (0,25-2 mg/100ml)) etkisi araştırılmıştır. Adsorpsiyon dengesine erişmek için 2 saatlik sürenin yeterli olduguna karar verilmiştir. Adsorpsiyon kinetiğinin incelendiği kısımda ise adsorpsiyonu en iyi temsil eden kinetik ifadenin II. derece kinetik eşitliği olduğu ve adsorpsiyonun aktivasyon enerjisinin (Modifiye Freundlich eşitliğindeki sabitlerden faydalanarak) kj/mol olduğu bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Zeolit, adsorpsiyon kapasitesi, metilen mavisi, boyar madde 1. GİRİŞ Tekstil atık suları yüksek hacimli ve bileşimi (arsenik, agır metaller, kromik asit, organik ve anorganik boyarmaddeler, tekstil lifleri ve çeşitli organik maddeler) büyük değişimler gösterebilen atık sular olarak tanımlanmaktadır. Biyolojik olarak parçalanamayan boyarmaddeler ve toksik bileşikler içerme olasılığının yüksek olması, alıcı sular açısından risk olusturma potansiyelini de beraberinde getirmektedir. Alıcı su kaynaklarında çok küçük derisimlerde boyarmadde bulunması bile estetik açıdan istenmeyen bir durumdur. Bu nedenle boyarmadde içeren tekstil endüstrisi atık sularından renk giderim prosesleri ekolojik açıdan önem kazanmaktadır [1]. Adsorpsiyon teknikleri fazla kararlı olan kirleticilerin giderimindeki verimlilikten dolayı son yıllarda ilgi görmektedir. Adsorpsiyon ekonomik açıdan makul bir yöntemdir ve yüksek kalitede ürün oluşumu sağlar. Endüstrinin gelişmesiyle fabrika atıkları ve suda çözünen boyarmaddelerin kirlilik yaratması sonucu bu maddelerin sudan uzaklaştırılmasına yönelik adsorbent olarak kullanılacak materyallerin arayışı da hız kazanmıştır. Sanayi atıklarının gideriminde yaygın olarak kullanılan adsorbentler alumina, magnetit, zeolit, mangan oksit, silica, geothit, heamatit, amorf demir oksit, bentonit, aktif karbon, kırmızı çamur, mika, illit, kaolinit, kil, uçucu kül, lignit, oksitler, çesitli polimerler, reçineler, jeller olmasına ragmen araştırmalar daha ucuz ve bol bulunan adsorbentler üzerinde yoğunlaşmaktadır. Bu çalışmada farklı şekillerde aktifleştirilmiş olan zeolit örneklerinin % adsorpsiyon verimleri incelenmiş ve en yüksek verimin NaOH ile sağlandığı görülmüştür. Ancak saf su ile yıkanan zeolitin de adsorpsiyon kapasitesinin NaOH e oldukça yakın olduğu tespit edilmiş ve adsorpsiyonu etkileyen faktörlerin incelenmesi için yapılan deneylere saf su ile yıkanmış zeolitle devam edilmiştir. Bu amaçla yıkanmış zeolit yüzeyinde metilen mavisinin adsorpsiyonunun ph, sıcaklık, başlangıç konsantrasonu, adsorbent dozu ile değişimi araştırılmıştır.

tr ÖZET Bu çalısmada sulu çözeltilerden atık boyar maddelerin giderimi için düşük maliyetli bir adsorbent olan doğal zeolit, farklı şekillerde aktifleştirilerek metilen mavisinin (MM) adsorpsiyonu

2 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Deneyler 500 ml lik erlenler kullanılarak karıştırmalı su banyosunda 0,25-2,00 g/ 100ml olacak şekilde ilave edilen adsorbent konsantrasyonunda yapılmıştır. Deneylerde kullanılan doğal zeolit Balıkesir in Bigadiç ilçesinden temin edilmiştir. Öğütülerek -100 mesh tane boyutuna getirilen zeolit adsorpsiyon deneylerinde adsorbent olarak kullanılmıştır. Aynı zamanda işlem görmemiş doğal zeolit ile farklı şekillerde aktifleştirilmiş zeolitin renk giderimi üzerine etkisi araştırılmıştır. Aktifleştirilmiş zeolit örnekleri alkali (50 o C de %0.25 KOH ve %0.25 NaOH çözeltileri ile 90 dk. muamele edilmiş) ve asit (50 o C de 6 M H 3 PO 4 ile 40 dk ve 2 M H 3 BO 3 ile 5 saat) çözeltileri ile hazırlanmıştır. Ayrıca farklı başlangıç konsantrasyonlarında ( mg/l) ve farklı ph larda deneyler yinelenmiştir. Ayrıca adsorpsiyon kapasitesinin sıcaklıkla değişimi incelenmiştir[2-5]. Metilen mavisinin su ile yıkanmış zeolite adsorpsiyonunun kinetiğinin incelenmesi için zamana karşı 665 nm de okunan absorbans değerlerinden, önceden hazırlanan standart çözeltilerin absorbans değerleri ile çizilen kalibrasyon grafiği kullanılarak, konsantrasyonları hesaplanmıştır. Daha önce konuyla ilgili yapılan çalışmalardan elde edilen kinetik ifadeler kullanılarak, deneysel verilerin bu denklemlere uygunluğu araştırılmıştır[6]. Sulu ortamda adsorpsiyon kinetiği için çeşitli kinetik modeller mevcuttur. Bunlardan bazıları tabloda verilmiştir. Tablo 1. Adsorpsiyon kinetiğinin belirlenmesinde kullanılan eşitlikler MODEL MODEL EŞİTLİĞİ I. derece kinetik lnc/co=k a t II. derece kinetik 1/C-1/Co=k a t Modifiye Freundlich eşitliği lnq=ln(k mf Co)+(1/m)lnt Elovich eşitliği q=(1/β)ln(αβ)+(1/β)lnt Difüzyon eşitliği q=k d t 1/2 Tabloda verilen eşitliklere deneysel verilerin uygunluğunun araştırılması için, çizilen doğru denklemlerine ait regrasyon katsayıları belirlenerek en uygun eşitlik seçilmiştir. Adsorpsiyon çalışmalarında aktivasyon enerjisini hesaplamak için Modifiye Freundlich eşitliğinin kullanılabileceği belirtilmiştir. k ads =k o exp(-ea/rt) Formül lineerleştirilip 1/T ye karşı k ads grafiğe geçirildiğinde çizilen doğrunun eğiminden E a hesaplanabilir(r=8.314 j/molk). 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Zeolitin boyar maddelerin adsorpsiyonunda kullanılabilirliğinin araştırıldığı bu çalışmada adsorbent olarak suyla yıkanmış zeolitin kullanılması durumunda, adsorpsiyon kapasitesinin sıcaklıkla arttığı ama temas süresinin artmasıyla adsorpsiyon kapasitesinin birbirine yaklaştığı gözlenmiştir. Çözelti ph sının adsorpsiyon kapasitesini nasıl etkilediğini tespit etmek için yapılan deneyler sonucunda, yüksek ph değerlerinde daha yüksek bir adsorpsiyon kapasitesinin elde edildiği gözlenmiştir.(şekil1-4) Bu sonuç, KOH, NaOH, HCl, saf su, H 3 PO 4 ve H 3 BO 3 ile muamele edilen zeolitin kullanıldığı deneylerde elde edilen sonuçlarla uyum içindedir. Bu deneylerde de alkali ile ve zayıf bir asit olan H 3 BO 3 ile yapılan deneylerde adsorpsiyon kapasitesinin daha yüksek olduğu bulunmuştur (Tablo 2).

Aynı zamanda işlem görmemiş doğal zeolit ile farklı şekillerde aktifleştirilmiş zeolitin renk giderimi üzerine etkisi araştırılmıştır. Aktifleştirilmiş zeolit örnekleri alkali (50 o C de %0.

3 Şekil 1. Adsorpsiyon verimine ph nın etkisi (Ads. Dozu:0.75 g/100 ml; Bşl. Kons.: 100 mg/l; Sıcaklık:25 o C) Şekil 2. Adsorpsiyon verimine adsorbent dozunun etkisi (Temas Süresi:120 dk; Bşl. Kons.: 100 mg/l; Sıcaklık:25 o C) Şekil 3. Adsorpsiyon verimine başlangıç konsantrasyonunun etkisi (Ads. Dozu:0.75 g/100 ml; Bşl. ph:8; Sıcaklık:35 o C)

Adsorpsiyon verimine adsorbent dozunun etkisi (Temas Süresi:120 dk; Bşl. Kons.

4 Şekil 4. Adsorpsiyon verimine sıcaklığın etkisi (Ads. Dozu:0.75 g/100 ml; Bşl. Kons.: 100 mg/l; Bşl. ph:8) Tablo 2. Farklı şekillerde aktifleştirilen zeolitin adsorpsiyon kapasiteleri Temas süresi(dk) KOH ( )* NaOH ( ) Adsorpsiyon Kapasitesi (%) HCl ( ) Saf su ( ) H 3 PO 4 ( ) H 3 BO 3 ( ) 5 79,49 77,75 13,91 49,32 13,40 56, ,22 88,47 15,90 71,763 13,65 74, ,97 91,96 13,91 84,23 13,90 86, ,22 92,21 13,90 89,219 14,40 90, ,96 91,71 13,91 90,47 14,40 91,71 (*) BET yüzey alanları m 2 /g [7]. Saf su ile yıkanan zeolitle yapılan adsorpsiyon deneylerinden elde edilen sonuçların alkali şartlardaki adsorpsiyon kapasitesine yakın olmasından ve ekonomik açıdan değerlendirildiğine saf su ile yıkanan zeolitin adsorbent olarak kullanılmasının uygun olduğuna karar verilmiştir. Sonuç olarak saf su ile yıkanmış zeolit kullanarak boyarmaddelerin adsorpsiyonu, su ve atık su sistemlerinden kirliliklerin giderimi için basit, hızlı ve ekonomik bir metot olarak düşünülebilir. Adsorpsiyon kinetiğinin belirlenmesi için zamana ve sıcaklığa bağlı olarak elde edilen deneysel sonuçlar Tablo 1 de verilen eşitliklerde ilgili yerlere konularak grafiğe geçirilmiştir. Şekil 5 te beş farklı kinetik eşitliğe göre çizilen kinetik verilerin sonuçları görülmektedir.

5 Şekil 5. Saf su ile yıkanmış zeolit kullanılarak metilen mavisinin adsorpsiyonu için zamana bağlı olarak elde edilen verilerin kinetik değerlendirilmesi (a) I. Derece kinetik (b) II.derece kinetik (c) Elovich eşitliği (d)difüzyon eşitliği (e) Modifiye Frundlich eşitliği

6 Adsorpsiyon verilerinin kinetik eşitliklere uygulanması sonucu elde edilen verilerden regrasyon katsayısı en yüksek olan eşitliğin II. derece kinetik eşitlik olduğu bulunmuştur. II. derece kinetik eşitlik için k değeri 25, 35, 45 ve 55 o C sıcaklıklar için sırasıyla (r=0.989), (r=0.952), 0.001(r=0955) ve 0.001(r=0.919) olarak hesaplanmıştır.. Ayrıca Modifiye Freundlich eşitliğindeki sabitlerden faydalanarak aktivasyon enerjisi kj/mol olarak bulunmuştur. KAYNAKLAR [1].Abak, H., Sulu çözeltilerden metilen mavisinin fındık kabuğu yüzeyine adsorpsiyon ve adsorpsiyon kinetiği, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, [2].. Hui Denga,, Jianjiang Lua, Guoxue Li, Genlin Zhanga, Xugen Wanga., Adsorption of methylene blue on adsorbent materials produced from cotton stalk, Chemical Engineering Journal,172, ,2011. [3]. Alexandro M.M., Vargas, Andre L., Cazetta, M.H., Kunita, T.L. Silva, V, C., Adsorption of methylene blue on activated carbon produced from flamboyant pods (Delonix regia): Study of adsorption isotherms and kinetic models, Chemical Engineering Journal, 168, , [4]. Ayse, Z., Aroguz, J., Gulen, R.H., Evers Adsorption of methylene blue from aqueous solution on pyrolyzed petrified sediment, Bioresource Technology, 99, , [5]. B.H. Hameed, A.T.M. Din, A.L. Ahmad, Adsorption of methylene blue onto bamboo-based activated carbon:kinetics and equilibrium studies, Journal of Hazardous Materials, 141, , [6].ARSLANOĞLU, F. N., KAR, F., ARSLAN, N., Adsorption of dark coloured compounds from peach pulp by using powdered-activated carbon, Journal of Food Engineering, 71, , [7].Dicle Bal Akkoca, Melek Yılgın, Melek Ural, Hasan Akçinc, Ayhan Mergen, Hydrothermal and thermal treatment of natural clinoptilolite zeolite from Bigadiç, Geochemistry International (Geokhimiya), in press.

. Ayrıca Modifiye Freundlich eşitliğindeki sabitlerden faydalanarak aktivasyon enerjisi 11.43 kj/mol olarak bulunmuştur. KAYNAKLAR [1].Abak, H.

Benzer belgeler

Farklı bölgelerde yetişen zeytinlerin çekirdeklerinden aktif karbon eldesi ve elde edilen aktif karbonun metilen mavisiyle adsorpsiyonunun incelenmesi

Farklı bölgelerde yetişen zeytinlerin çekirdeklerinden aktif karbon eldesi ve elde edilen aktif karbonun metilen mavisiyle adsorpsiyonunun incelenmesi Fatih Hacımustafaoğlu Emine Yurtoğlu Büşra Keskin