Fatih Hacımustafaoğlu Emine Yurtoğlu Büşra Keskin

Transkript

1 TÜBİTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri (Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği, Kimya Mühendisliği) Araştırma Projesi Eğitimi Çalıştayı KİMYA-1 ÇALIŞTAY 21 Farklı bölgelerde yetişen zeytinlerin çekirdeklerinden aktif karbon eldesi ve elde edilen aktif karbonun metilen mavisiyle adsorpsiyonunun incelenmesi Proje Ekibi PİRİNALAR (C-grubu) Fatih Hacımustafaoğlu Emine Yurtoğlu Büşra Keskin PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Ayşe Z. AROĞUZ Prof. Dr. Alipaşa AYAS Doç. Dr. Yusuf DİLGİN KEPEZ/ÇANAKKALE TEMMUZ-21 1

2 İÇİNDEKİLER SAYFA NO Proje kapağı 1 İçindekiler 2 Proje özeti 3 Giriş. 4 Yöntem ve araştırma 5 Sonuç ve Değerlendirme 6 Kaynaklar Katkıda Bulunanlar Çalışma Takvimi Malzeme Listesi Kısa Özgeçmiş 2

3 PROJE AMACI :Bu çalışmanın amacı metilen mavinin sulu çözeltilerden adsorpsiyon yöntemiyle giderilmesi için doğal, ekonomik, kolay elde edilebilen adsorbentlerden faydalanmaktır. Bu amaçla Marmara ve Gemlik bölgesi olmak üzere iki farklı yöreden elde edilen zeytinlerin atık olarak kullanılan çekirdekleri kullanılmıştır. Adsorbent olarak hazırlanan bu zeytin çekirdekleri üzerinde metilen mavinin yüzde adsorpsiyon miktarları bulunmuştur. Ayrıca karşılaştırmak amacıyla hazırlanan zeytin çekirdeklerinden elde edilen aktif karbon üzerinde farklı sıcaklıklarda adsorpsiyon yüzdeleri hesaplanmıştır. PROJE HEDEFLERİ :Ülkemizde başta Marmara bölgesi olmak üzere özellikle batı kıyılarımızda bol miktarda iyi ve kaliteli zeytin yetişmektedir. Bu zeytinlerin çekirdekleri atık olarak doğaya geri dönmektedir. Bu çalışmada hedefimiz doğaya atık olarak dönen zeytin çekirdeklerinin boyar madde adsorpsiyonun da kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. Böylece bu çalışma doğaya atık olarak salınan ve bir boyar madde olan metilen mavinin yine doğaya atık olarak bırakılan zeytin çekirdekleri ile adsorplanarak doğal çevreye katkıda bulunmaktır. ÖZET: Metilen mavinin sulu çözeltilerden adsorpsiyon miktarı iki farklı yöreden alınmış siyah ve yeşil zeytinlerin çekirdeklerinden yararlanılarak incelenmiştir. Bu amaçla Marmara siyah zeytin ve Gemlik yöresinden elde edilen siyah zeytin ile yine Marmara bölgesinden elde edilen yeşil zeytin çekirdekleri kullanılmıştır. Önce atık olarak toplanan zeytin çekirdekleri su ile iyice yıkanarak temizlenmiştir. Temizlenen çekirdekler kurutulduktan sonra toz haline getirilmiş ve belli miktarlarda adsorpsiyon kaplarına alınmıştır. Bu adsorbentler üzerine değişik derişimlerde metilen mavi çözeltisi eklenerek adsorpsiyon miktarları incelenmiştir. Adsorpsiyon miktarları UV spektrofotometre kullanılarak bulunmuştur. Elde edilen verilerden metilen mavinin yüzde adsorpsiyonu hesaplamıştır. Ayrıca metilen mavinin dört farklı sıcaklıkta adsorpsiyonu incelenerek adsorpsiyon termodinamiği yorumlanmıştır. GİRİŞ: Boyar maddeler ve pigmentler, tekstil, plastik, deri gibi çok çeşitli endüstri dallarında kullanılmaktadır [1]. Bu nedenle sulu çözeltilerde önemli miktarda boyar madde atıklarına rastlanmaktadır. Ayrıca boyar maddelerin toksik yapısından dolayı tehlike oluşturmaktadırlar. Boyar maddeler doğaya sadece toksik kirlilik değil aynı zamanda görsel kirlilik de oluşturmaktadır. Bu nedenle doğayı korumak için boyar maddeleri doğaya salmadan önce tutulması gerekmektedir [2]. Boyar maddeleri tutmak için bazı biyolojik veya fizikokimyasal arıtma yöntemleri kullanılmaktadır [3]. Ayrıca koagulasyon, adsorpsiyon, oksidasyon, flokülasyon gibi yöntemlerde kullanılmaktadır [4]. Bu teknikler içinde adsorpsiyon yöntemi oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır [5]. Aktif karbon geçmişi çok eskilere dayanan ve kullanımı gittikçe artan bir adsorpsiyon maddesidir. Aktif karbon; yüksek karbon içeriğine sahip maddelere uygulanan aktivasyon prosesi ile iç yüzey alanı ve gözenek hacmi oldukça geliştirilmiş adsorbent malzeme olarak tanımlanabilmektedir. Büyük yüzey alanı, yüksek yüzey reaktivitesi, büyük gözenek hacmi, uygun gözenek dağılımı, mekanik dayanıklılık aktif karbonda aranılan özelliklerdir [6,7]. 3

4 Aktif karbon, laboratuvar ölçekli olarak karbon içeriğine sahip birçok malzemeden üretilebilmektedir. Düşük inorganik içerikli, yüksek karbon içeriğine sahip ucuz hammaddeler, aktif karbon üretimi için tercih edilmektedir. Ancak, ticari amaçlı aktif karbonlar genellikle turba, linyit, kömür, ağaç ve Hindistan cevizi gibi hammaddelerin kullanılması ile üretilmektedir. Hammadde, hazırlanması düşünülen aktif karbon özelliklerini belirleyen en önemli etkenlerden birisidir. Ülkemiz aktif karbon üretiminde hammadde olarak kullanılabilecek birçok kaynağa sahiptir. Bu kaynaklar arasında karbon içeriği yüksek linyitler, biyokütle (odun talaşı, çeşitli meyve çekirdekleri ve kabukları vb.) ve endüstri atıkları yer almaktadır. Aktif karbon üretimi iki adımda gerçekleştirilmektedir: karbonizasyon ve aktivasyon. Karbonizasyon işlemi hammadde içeriğine bağlı olarak 4-8 o C arasındaki bir sıcaklıkta havasız ortamda gerçekleştirilmektedir. Karbonizasyon işlemi, hammaddedeki nem ve uçucu maddenin inert ortamda ısı yardımıyla uzaklaştırılmasıyla temel gözenek yapısının oluştuğu bir işlemdir. Karbonizasyon işleminde meydana gelen gözenek yapısı aktivasyon işlemi sırasında da gelişmektedir. Aktivasyon, bir oksidasyon işlemidir. Aktivasyon işlemi, üründen istenilen aktive derecesine bağlı olarak 15 dakika ile birkaç saat süre arasında değişen bir zaman diliminde gerçekleştirilmektedir. Aktivasyonun, karbon kaybına neden olmasından dolayı, ekonomik olmaktan çıktığı bir zaman dilimi vardır. Aktivasyon işlemi fiziksel ve kimyasal olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleştirilmektedir. Genellikle karbondioksit veya su buharı gibi gazlar ile fiziksel aktivasyon gerçekleştirilmektedir. Bazı durumlarda aktivasyon ve karbonizasyon adımları fosforik asit, çinko klorür, sülfürik asit gibi kimyasal aktivasyon maddeleri kullanılarak eş zamanlı olarak da yapılabilmektedir. Üretilen aktif karbonun özellikleri kullanılan hammaddeye bağlıdır. Karbonizasyon işlemindeki ısıtma hızı, sonuç sıcaklığı, aktivasyon işleminin uzunluğu üretilen aktif karbonun gözenek çapını, gözenek boyut dağılımını, yüzey alanını ve gözenek hacmini etkilemektedir. Aktif karbon yanı sıra bazı adsorbentlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ekonomik adsorbentler olarak zeytin çekirdeği [8], Hindistan cevizi kabuğu [9], zeolite [1], şeftale atığı [11], mısır koçanı [12] en yaygın olarak kullanılmaktadır. Zeytin ve zeytinyağı üretiminin fazla olduğu ülkemizde yan ürün olarak ortaya çıkan pirinanın (zeytin çekirdeği ve zeytinin etli kısmı) aktif karbon üretiminde hammadde olarak değerlendirilmesi gerek çevresel gerekse de ekonomik açıdan avantaj sağlayacaktır. Akyıldız tarafından 27 yılında yapılan çalışmalarda odun talaşı, şeftali çekirdeği, zeytin çekirdeği,fındık kabuğu, zeytin kabuğu atık suyu, kahve çekirdeği, asma filizi, ve kraft gibi hammaddelerin aktif karbon eldesinde kullanıldığı belirtmiştir.yapılan çalışmalarda genellikle impregnasyon oran, aktivasyon sıcaklığı, aktivasyon süresi, gaz atmosferi ve hammadde tane boyutu etkisi gibi değişkenler üzerinde incelemeler yapılmıştır [7]. YÖNTEM VE METODLAR: Kullanılan araç ve gereçler İki ayrı yöreden alınan zeytin numunesi (Marmara zeytin Gemlik zeytin) metilen mavisi(merck) sülfürik asit(merck) 4

5 su banyosu (Nüve) elek spatül, baget etüv fırın beher huni mavi bant süzgeç kağıdı spektrofotometre (Perkin Elmer Lambda 35 UV/ VIS) havan dereceli su banyosu kapalı şişe manyetik karıştırıcı IR cihazı (Perkin Elmer Spectrum 1 FTIR Spectometer) destile su balon joje Adsorbent olarak kullanılan hazırlanan zeytin çekirdeklerinin hazırlanışı Marmara ve Gemlik bölgesinde yetişen iki çeşit zeytin numunesi çekirdeklerinden ayrıldı ve çekirdek kısımları yıkanıp temizlendi. Daha sonra temizlenen bu çekirdekler etüvde kurutuldu. Kurutulma işleminden sonra numuneler dövülerek küçük parçalara dönüştürüldü. Aynı boyuttaki parçaları bir arada toplamak için eleme işlemi yapıldı.elenip ayrılan bu parçalar tartıldı ikiye ayrıldı. Ayrılan parçalardan 1 gramlık kısmı 3 ml %96 lık sülfürik asit (Merck) ile muamele edildi. Sürekli karıştırma işlemine tabi tutularak üç saat karıştırıldıktan sonra mavi bantlı süzgeç kağıdı kullanılarak süzüldü. Elde edilen siyah partiküller bir gece 11 derecede etüvde kurutuldu. İşlem görmemiş zeytin çekirdekleri ise doğrudan doğruya etüvde kurutularak sabit tartıma getirildi ve adsorpsiyon işleminde kullanıldı. Adsorpsiyon işleminde metilen mavinin standart grafiği çizildi. Bu amaçla değişik derişimlerde (1x1-3, 2x1-3, 3x1-3, 4x1-3, 5x1-3 gr/l) metilen mavi çözeltileri hazırlandı. Hazırlanan çözeltilerin 664 nm dalga boyunda Perkin Elmer Lambda 35 UV /VIS spectrometer kullanılarak adsorbans değerleri ölçülmüştür. Bulunan adsorbans değerleri ve konsantrasyon değerleri kullanılarak metilen mavinin standart grafiği elde edilmiştir Daha sonra bu standart grafikten yararlanılarak adsorpsiyon prosesinde ölçülen absorbans değerleri konsantrasyona çevrilmiştir. Adsorpsiyon işlemi İşlem görmüş ve işlem görmemiş adsorbentlerden,25 gr tartılarak üzerlerine 25 şer ml 1x1-3, 2x1-3, 3x1-3, 4x1-3, 5x1-3 gr/l metilen mavi çözeltileri eklenmiştir.daha sonra belirli zaman aralıklarında metilen mavi çözeltilerinden alınarak santrifüjlenmiş ve UV spektrofotometrede adsorbansları okunmuştur. Okunan adsorbans değerleri metilen mavinin standart grafiğinden yararlanılarak adsorplanan miktarlar hesaplanmıştır. Yüzde adsorpsiyonunu hesaplamak için aşağıda ki formül (1) yararlanılmıştır. q t = (C C t )/ C *1 (1) 5

6 Burada ; q t :Birim adsorbent üzerinde adsorplanan maddenin derişimi C : Başlangıçtaki madde derişimi /g/l) C t : t zamanda adsorplanan madde derişimi (g/l) SONUÇ VE YORUM 1,2 kalibrasyon grafiği absorbans 1,8,6,4,2 y = 199,1x -,5 R² =,999,1,2,3,4,5,6 konsantrasyon (g/l) 6

7 % konsantrasyon gemlik zeytin çekirdeği (işlenmemiş) zaman (dak) % konsantrasyon gemlik zeytin çekirdeği (işlenmiş) ,1 g/l 6,2 g/l 4,3 g/l 2,4 g/l,5 g/l 1 2 zaman (dak) 1 8 marmara zeytin çekirdeği (işlenmemiş) marmara zeytin çekirdeği (işlenmiş) 1 8 %adsorpsion Eksen Başlığı 6 4 2,1 g/l,2 g/l,3 g/l,4 g/l zaman (dak) 1 2 Eksen Başlığı 7

8 4x1-3 g/l metilen mavisinin farklı sıcaklıklardaki adsorpsiyon % (Gemlik) 4x1-3 g/l metilen mavisinin farklı sıcaklıklardaki adsorpsiyon % (Marmara) % konsantrasyon % konsantrasyon C 35 C 45 C C zaman (dak) zaman (dak) 8

9 İşlem görmüş tüm zeytin çekirdeklerinde işlem görmemişe göre daha fazla adsorpsiyon gözlenmiştir. FTIR grafikleri karşılaştırıldığında işlem görmüş çekirdeklerin yapısında bazı değişiklikler gözlenmiştir. Yeşil zeytin çekirdeği, siyah zeytin çekirdeğine göre daha iyi adsorpsiyon göstermiştir (%99). Siyah işlem görmemiş zeytinler karşılaştırıldığında Gemlik zeytinleri üzerindeki adsorpsiyon (%91) Marmara zeytinlerine göre daha fazladır (%88,1) Siyah işlem görmüş zeytinler karşılaştırıldığında; Gemlik zeytinleri üzerindeki adsorpsiyon Marmara zeytinleri üzerindeki adsorpsiyon birbirine yakın olup ortalama (%96)dır. Ancak düşük derişimlerde (,1g/L) adsorpsiyon yüzdesi daha düşüktür. Sıcaklık arttıkça adsorpsiyon yüzdesinde artış gözlenmiştir. (endotermiktir) Sonuç olarak; Kullanılmış Zeytin çekirdeği metil mavisi için iyi ve ekonomik bir adsorban olduğu bulunmuştur. KAYNAKLAR [1] V.Ponnusami, R.Madhuram, V.Krithika, S.N.Srivastava. Effectsofprocessvariablesonkineticsofmethylenebluesorptiononto untreatedguava(psidiumguajava)leafpowder:statisticalanalysis Chemical Engineering Journal. Shortcommunication. 14 (28) [2] T.G.Chuah, A.Jumasiah, I.Azni,S.Katayon, S.Y.Thomas Choong, Rice Huskasa potentially low-cost biosorbent for heavy metal and dye removal: 9

10 An overview, Desalination 175 (25) [3] R.Gong, Y.Jin, J.Chen, Y.Hu, J.Sun, Removal of basic dyes from aqueous Solution by sorption on phosphoric acid modified rice straw, Dyes Pigments 73 (27) [4] Y. Bulut, H. Aydin, A kinetics and thermodynamics study of methylene Blue adsorption on wheat shells, Desalination 194 (26) [5] Hicham El Bakouri, José Usero, José Morillo, Abdelhamid Ouassini, Adsorptive features of acid-treated olive Stones for drinpesticides: Equilibrium, kinetic and thermodynamic modeling studies BioresourceTechnology1(29) [6]Adsorption kinetics and mechanism of cationic methylviolet and Methylene blue dyes ontosepiolite MehmetDogan, Yasemin Ozdemir, Mahir Alkan Dyes and Pigments 75 (27) [7] Kim. Müh. Hanife AKYILDIZ H3PO4 AKTİVASYONU İLE ZEYTİN ÇEKİRDEĞİNDEN AKTİF KARBON ÜRETİMİ, YÜKSEK LİSANS TEZİ İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 27 [8] M. Alaya, M.Hourieh, A.Youssef,F.El-Sejarah. Adsorption properties of acti vated carbons prepared from olive Stones by chemical and physical activation, Adsorp.Sci.Technol.18(1999) [9] B.H. Hameed,A.T.M.Din,A.L.Ahmad,Adsorptionofmethyleneblueonto bamboo-basedactivatedcarbon:kineticsandequilibriumstudies,j.hazard. Mater.141(27) [1] C.Yan,C.Wang,J.Yao,L.Zhang,X.Liu, Adsorption of methylene blue on Mesoporous carbons prepared using acid-and alkaline-treated zeolite X as The template, Colloids Surf. A 333(29) [11] C.A.Basar, Applicability of the various adsorption models of threedyes Adsorption onto activated carbon prepared waste apricot, J.Hazard.Mater. B135(26) [12]R.L.Tseng,S.K.Tseng,F.C.Wu, Preparation of high surface area carbons from Corncob using KOH combined with CO 2 gasification for the adsorption of dyes And phenols from water, ColloidsSurf.A279(26) KATKIDA BULUNANLAR :.Prof.Dr. Ayşe Z. AROĞUZ 1

11 ÖZGEÇMİŞLER: EMİNE YURTOĞLU EĞİTİM 27- Atatürk Üniversitesi Kimya Öğretmenliği Bekir Gökdağ Lisesi Ali Ersoy İlköğretim Okulu STAJ : İbrahim Hakkı Fen Lisesi KONFERANS VE SERTİFİKALAR: Bilgisayar Sertifikası Orta Düzeyde İngilizce BÜŞRA KESKİN EĞİTİM 28- Hitit Üniversitesi Şehit Ercan Canavar Lisesi Türkmen Mecidiye Köyü İlköğretim Okulu FATİH HACIMUSTAFAOĞLU Uludağ üniversitesi fen-edebiyat fakültesi kimya bölümü, mezuniyet aşamasındaki öğrencisiyim. Stajımı Tübitak ta (Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu) yaptım. 1. Ulusal kimya öğrenci kongresinde proses analitik kimya: viskozimetrik analizörler hakkında sunum yaptım ve 2. Ulusal öğrenci zeytin kongresinde zeytin ürünlerinde antioksidan aktivite tayin yöntemleri ve analitik sorunlar üzerine bilimsel poster çalışmasıyla (2. lik kazandım) katıldım. Ayrıca Erzurum da düzenlenmiş olan 5. Analitik kimya kongresine katıldım ve bunların yanı sıra Kimyagerler Derneği nin düzenlemiş olduğu bir çok eğitime katıldım. 11

12 12