KADMİYUM İYONU GİDERİMİNDE CAM ENDÜSTRİSİ ATIKLARININ KULLANIMI M. Szin GÖKSEL a*, Gay İnanç ŞENEL a, Cm KILIÇOĞLU b, Smra ÇORUH a a Ondokuz Mayıs Ünivristsi, Mühndislik Fakültsi, Çvr Mühndisliği Bölümü 55139 Kuruplit/SAMSUN b Ondokuz Mayıs Ünivrsitsi, Kavak Mslk Yükskokulu, SAMSUN ÖZET * -mail: szin_oncu@hotmail.com Bu çalışmada cam ndüstrisi atıkları kullanılarak atıksulardan kadmiyum iyonlarının gidrimi inclnmiştir. Kadmiyum iyonu gidrimin cam atığı tan boyunun, cam atığı miktarının v kadmiyum konsantrasyonunun tkilri araştırılmıştır. Sonuçlar tan boyunun küçülmsiyl v atık miktarının artmasıyla gidrim vrimlrinin arttığını göstrmiştir. Gidrim çalışmaları Lanmgmuir v Frundlich adsorpsiyon izotrmlri kullanılarak dğrlndirilmiştir. Adsorpsiyon izotrm vrilri inclndiğind hr iki izotrmin d uygun olduğu blirlnmiştir. Anahtar sözcüklr: Cam atığı, kadmiyum, adsorpsiyon, izotrm GİRİŞ Dünyada cam sanayisi baş döndürücü hızla ilrlmktdir. Ülkmizd d tüm dünyada olduğu gibi katı atıkların içrisind n büyük oranı cam atıkları oluşturmaktadır. Günümüzd cam, bir çok dğişik alanda kullanılmakla brabr inşaat, oto v mutfak şyası alanlarında yoğunlaşmıştır. Cam sktörü ürünlriyl inşaat, otomotiv, byaz şya, gıda, içki, mşrubat, ilaç, kozmtik, turizm, mobilya, boru, lktrik v lktronik gibi bir çok sktör v v ksimin girdi vrmktdir [1-4]. Grk kullanım sırasında grks dğişik ndnlrl sanayid v vlrd çok miktarda kırık cam atık madd olarak atılmaktadır. Türkiy d cam ndüstrisi düz cam, cam şyası v cam ambalajı olmak üzr 3 ana grupta cam ürünlri vrmktdir. Türkiy d yaklaşık 1 milyon ton ithal v doğal kaynakla tükticiy ulaşan düz cam bulunmaktadır. Ticari cam ürünlri kimyasal içriklrin gor silika camlar, soda-kirç-silika camlar, kurşunlu-alkali silika camlar v borsilikatlı camlar olarak sınıflandırılabilir. Bu içriklrin v kullanım özlliklrin gör imalat sırasında camların içrisin dğişik kimyasal bilşiklr v rnklndirici maddlr ilav dilbilir [5,6]. Rnkli v rnksiz cam atıklarının gri kazanımı sırasında bu özlliğ dikkat dilmsi v kullanım amacına gör içrdiği kimyasal bilşimin inclnmsi grklidir. Cam ndüstrisi atıklarının dğrlndirilmsind inşaat ndüstrisi başı çkmktdir. Yapılan çalışmalarda çimnto v btonda agrga yrin kırılmış atık camların kullanımının çvrsl v konomik faydalarının olduğu blirlnmiştir [7,8]. Bu çalışmada vlrd pncr camı olarak kullanılan (düz cam) cam atıklarının atıksulardan ağır mtal gidrimind kullanımı amaçlanmıştır. Atıksulardan kadmiyum iyonunun gidrimin cam tozu atıklarının tan boyunun, miktarının v başlangıç mtal konsantrasyonlarının tkisi inclnmiştir. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Samsun Rsman cam fabrikasından tmin diln cam örnklri öğütülrk tan boyutuna gör sınıflandırıldı. Elk analizi sonucu 20 v <65 msh aralığında farklı tan boyutları ld dildi. Dnysl çalışmalarda kullanılmak üzr stok kadmiyum çözltisi Cd(NO 3 ).4H 2 O tuzu kullanılarak hazırlandı. Cam atıkları il kadmiyum gidrimi için adsorpsiyon çalışmaları ksikli sistmd yürütülmüştür. Kadmiyum gidrimin tan boyutunun tkisini blirlmk amacıyla 35,
45, 65 v <65 msh lik tan boyutları sçilmiş v tan boylarının mm olarak karşılıkları is sırasıyla 0.5, 0.35, 0.23 v <0.23mm olarak vrilmiştir. Tan boyutunun kadmiyum gidrimin tkisini blirlmk için başlangıç konsantrasyonu 50 mg/l, karıştırma sürsi 2 saat, cam atığı miktarı 10g/L v karıştırma hızı 175 rpm alınmıştır. Doz blirlm çalışmaları için doz miktarları 5, 10, 20 v 40 g/l sçilmiştir. Uygun dozu blirlm çalışmaları için başlangıç konsantrasyonu 50 mg/l, karıştırma sürsi 2 saat v karıştırma hızı 175 rpm alınmıştır. Son olarak is başlangıç kadmiyum konsantrasyonunun gidrim vrimin tkilri araştırılmıştır. Bu amaçla başlangıç kadmiyum konsantrasyonları 12.5, 25, 50, 100 v 200 mg/l, karıştırma sürsi 2 saat, cam atığı miktarı 10g/L v karıştırma hızı 175 rpm alınmıştır. Gidrim çalışmaları için numunlr 0.45µm çapındaki filtr kağıdından gçirilmiştir. Filtrdn gçirilmiş örnklrin ph ı 2 civarında olacak şkild drişik HNO 3 il asitlndirilmiştir. Hazırlanan numunlrd kadmiyum analizi UNICAM 929 Modl AAS (Atomik Absorbsiyon Spktrofotomtr) il grçklştirilmiştir. SONUÇLAR Kadmiyum iyonu gidrimin cam atığı tan boyunun tkisi Şkil 1 d göstrilmiştir. Şkil 1 dn d görüldiği gibi tan boyunun küçülmsiyl kadmiyum iyonu gidrimind artış gözlnmiştir. 35,45 v 65 msh lik tan boylarında önmli bir artış görülmmiş v gidrim vrimlri sırasıyla 24.80, 24.88 v 25.60 olarak bulunmuştur. Tan boyu 65 msh in altına düşünc gidrim vrimi hızlı bir artış göstrrk % 76.14 lr ulaşmıştır. Şkil. 1. Kadmiyum iyonu gidrim vrimlrinin tan boyu il dğişimi 65 v 65 msh in altındaki cam atığı tan boyutlarının miktrları dğiştirilrk kadmiyum gidrimin tkilri inclnmiştir. Adsorbnt miktarının artmasıyla gidrim vrimlrindki dğişimlr Şkil 2 d göstrilmiştir. Dnysl çalışmalar sonucunda adsorbnt miktarının artmasıyla <65 msh için gidrim vrimlrind hızlı bir artış gözlnmiştir. 5, 10, 20 v 40 g/l adsorbnt miktarı için gidrim vrimlri sırasıyla %42.6, %71.12, %97.69 v % 99.5 bulunmuştur. 65 msh lik adsorbnt miktarlarında is gidrim vrimlrind önmli bir artış gözlnmmkl birlikt gidrim vrimlri sırasıyla %20.0, %25.6, %27.26 v %42.5 olarak blirlnmiştir. Eld diln sonuçlar cam atığı tan bouyutunun 0.2 mm nin altındaki boyutlarda gidrim için tkili olduğunu göstrmiştir.
Şkil. 2. Kadmiyum iyonu gidrim vrimlrinin adsorbnt miktarı il dğişimi Kadmiyum iyonu gidrim vrimlrin başlangıç mtal konsantrasyonlarının tkisi Şkil 3 d göstrilmiştir. Şkil 3 dn d görüldiği gibi başlangıç mtal konsantrasyonlarının artamsıyla gidrim vrimlrind düşm gözlnmiştir. 65 msh in altındaki adsorbnt miktarında başlangıç kadmiyum konsantrasyonu 12.5 mg/l ikn gidrim vrimi % 96.2; kadmiyum konsantrasyonu 200 mg/l y çıkarıldığında is gidrim vrimi % 42.7 bulunmuştur. 25 mg/l başlangıç konsantrasyonunda da gidrim vrimi önmli bir düşüş göstrmmiştir. Bununla birlikt konsantrasyon 50, 100 v 200 mg/l lr ulaştığında gidrim vrimind hızlı bir düşüş blirlnmiştir. Eld diln sonuçlar bklnn sonuçlardır. Çünkü konsantrasyon arttıkça adsorbntin adsorblama kapasitsi dolduğu için daha fazla mtal iyonunu adsorplayamamaktadır, bu da vrim düşmsin ndn olmaktadır. Şkil 3. Kadmiyum iyonu gidrim vrimlrinin başlangıç konsantrasyonu il dğişimi Adsorpsiyon izotrmlri, sabit sıcaklıkta çözünn drişimi il adsorbnt tarafından adsorplanan miktar arasındaki ilişkiyi tanımlamaktadır. Adsorpsiyon çalışmalarında kullanılan pk çok izotrm modli bulunmaktadır. Yaygın olarak kullanılan izotrm modlllrin uygunluk açısından yapılan çalışmalarda Langmuir v Frundlich izotrm modllri kullanılmıştır.
Langmuir izotrmi aşağıdaki şitlik il ifad dilmktdir [9,10]. bc q =qm (1) 1+bC q, birim adsorbnt kütlsind adsorplanan mtal miktarı (mg/g), C, dngd adsorplanmadan kalan mtal drişimi (mg/l), q m v b is Langmuir sabitlridir. q m v b dğrlri C y karşı C /q grafiğinin ğim v kaymasından hsaplanır. Langmuir izotrmi Şkil 4 d göstrilmiştir. İzotrm sonuçları Tablo 1 d vrilmiştir. Şkil 4. Cam atığı (<65 msh) il kadmiyum adsorpsiyonunun Langmuir adsorpsiyon izotrmi Frundlich izotrm şitliği adsorplanan drişimdki artışla, adsorbnt yüzyindki adsorplanmış madd drişiminin d arttığı varsayımına dayanmaktadır. Frundlich izotrmi aşağıdaki şitlik il ifad dilmktdir [11,12]. log q = log K + (1/ n) log (2) C q, birim adsorban üzrin adsorplanan boya miktarı (mg/g), C adsorpsiyon sonrası çözltid kalan boyanın drişimi (mg/l), K dnysl olarak bulunur v adsorpsiyon kapasitsini ifad dr, n is adsorpsiyon yoğunluğudur. 1/n v K dğrlri logc nin logq y karşı grafiğindn ld dilir. Frundlich izotrm grafiği Şkil 4 d v izotrm sonuçları Tablo 1 d vrilmiştir. Tablo 1. Cam atığı il kadmiyum adsorpsiyonu için izotrm sonuçları Langmuir izotrmi q m b (mg/g) (g/l) R 2 K (mg/g) Frundlich izotrmi 1/n R 2 (g/l) Cam atığı (<65 msh) 8.61 0.087 0.9189 1.82 0.304 0.9284
Şkil 5. Cam atığı (<65 msh) il kadmiyum adsorpsiyonunun Frundlich adsorpsiyon izotrmi Langmuir v Frundlich izotrm vrilri inclndiğind, hr iki izotrmind uygun olduğu bulunmuştur. Langmuir v Frundlich için R 2 dğrlri sırasıyla 0.9189 v 0.9284 olarak bulunmuştur. Langmuir izotrm modli il cam atığının maksimum adsorpsiyon kapasitsi kadmiyum için 8.61 mg/g olarak blirlnmiştir. Yapılan dnysl çalışmalar sonucunda <65 msh altındaki cam ndüstrisi atıklarının atıksulardan kadmiyum iyonunun gidrilmsind uygun bir adsorbnt olarak kullanılabilcğini göstrmiştir. KAYNAKLAR [1] Glass Prformans, Days, Tampr, Finland, 12-15 Jun 2009. [2] Caijun Shi, C., Zhng K., A Rviw on Th Us of Wast Glasss in th Production of Cmnt and Concrt, Rsourcs, Consrvation and Rcycling,52,234 247, 2007. [3] Taha, B,., Nounu,G, Proprtis of Concrt Contains Mixd Colour Wast Rcycld Glassas Sand and Cmnt Rplacmnt,Construction and Building Matrials 22, 713 720, 2008. [4] Şiş Cam San. Raporları. [5] Park, S., B, L,B., C., Kim, j., H., Studis on Mchanical proprtis of Concrt Containing Wast Glass Aggrgat, Cmnt and Concrt Rsarch,34, 2181 2189, 2004. [6] FEVE (Th Europan Containr Glass Fdration), 2008. [7] Schwarz, N., Cam, H., Nithalath,N., Influnc of a Fin Glass Powdr on th Durability Charactristics of Concrt and its Comparison to Fly Ash, Cmnt & Concrt Composits, 30, 486 496, 2008.
[8] Asokan, P., Osmani, M., Pric, A.D.F., Assssing th Rcycling Potntial of Glass Fibr Rinforcd Plastic Wast in Concrt and Cmnt Composits, Journal of Clanr Production, 17, 821 829, 2009. [9] K.S. Hui, C.Y.H. Chao and S.C.Kot, Rmoval of mixd havy mtal ions in wastwatr by zolit 4A and rsidual products from rcycld coal fly ash, Journal of Hazardous Matrials, B127, 89-101, 2005. [10] E. Alvarz-Ayuso, A. Garcia-Sanchz and X. Qurol, Purification of mtal lctroplating wast watrs using zolits, Watr Rsarch, 37, 4855-4862, 2003. [11] A. Chojnacki, K. Chojnacka, J. Hoffmann and H. Gorcki, Th application of natural zolits for mrcury rmoval: from laboratory tsts to industrial scal, Minrals Enginring, 17, 933-937, 2004. [12] S.S. Shukla, L.J. Yu,K.L. Dorris, A. Shukla, Rmoval of nickl from aquous solutions by sawdust, Journal of Hazardous Matrials, B121, 243-246, 2005.