Üzüm Posası (Cibre) ile Sulu Çözeltilerden Ni(II) ve Zn(II) Giderimi 1. Nurgül ÖZBAY a, 2. Murat KILIÇ b *, 3. Başak B. UZUN b, Ayşe E. PÜTÜN b a Bilecik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Proses ve Kimya Mühendisliği Bölümü, Bilecik, 11210 b Anadolu Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Eskişehir, 26480 *e-posta adresi: mkilic3@anadolu.edu.tr Özet Hızla artan nüfusun ve teknolojik yeniliklere bağlı olarak gelişen endüstrinin sonucu olarak deniz, göl ve nehir gibi su kaynakları her geçen gün biraz daha kirlenmektedir. Zehirli olan ağır metal iyonlarının sulara karışması pek çok canlı için hayati tehlike oluşturmakta ve ekolojik dengeyi bozmaktadır [1, 2]. Biyolojik adsorpsiyon(biyosorpsiyon), ucuz adsorpsiyon materyallerinin kullanıldığı alternatif teknolojilerden biri olup, sulu çözeltilerden ağır metallerin uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır[3,4]. Ülkemiz yaklaşık 525 bin hektar bağ alanında yılda 3,5 milyon ton civarında üzüm üretimi gerçekleştirmekte olup, dünyanın 5. büyük üzüm üreticisi durumundadır [5]. Yapılan bu çalışmada, üzüm posası( cibre) kullanılarak sulu çözeltilerden Ni(II) vezn(ii) giderimi için, adsorban miktarı, ağır metal derişimi, temas süresi gibi adsorpsiyona etki eden parametreler incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda üzüm posası (cibre) nın alternatif adsorban kaynağı olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Biyosorpsiyon, Ağır metal, Üzüm posası, Cibre Giriş Atık sular ile ziraat, hayvancılık ve içme suyu olarak kullanılan suların ağır metal kirliliğinin dünyaca kabul edilen bir limite indirgenmesi gerekmektedir. Kirli sulardan ağır metallerin uzaklaştırılması ile ilgili olarak çöktürme, çözücü ekstraksiyonu, aktif karbon üzerinde adsorpsiyon gibi yöntemler olmasına karşın bu yöntemler bir hayli pahalı olduğundan gelişmekte olan ülkeler için kullanışlı değildir [6]. Biyolojik adsorbanlar ile adsorpsiyon (biyosorpsiyon), ucuz adsorpsiyon materyallerinin kullanıldığı alternatif teknolojilerden biri olup sulu çözeltilerden Cu, Cr, Ni, Pb, Cd, Mn, Fe, Co, Se ve Zn gibi ağır metallerin uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır [3,4]. Adsorpsiyon alanında esas olan; pahalı olmayan ve bol miktarda bulunan biyomateryallerin seçilmesidir. Bu konuda birçok araştırma yapılmıştır. Akça ağaç talaşı (kayın ağacı talaşı uçucu kül ve küspe), kurutulmuş aktif çamur, küspe, badem kabuğundan elde edilen aktif karbon, doğal zeolitler ve hayvan kemikleri gibi maddelerin ağır metal gideriminde başarı ile kullanıldığı kaydedilmiştir [7-9]. Bu araştırmada kullanılan fabrika atığı üzüm posasının (cibre) Ni(II) ve Zn(II) gibi ağır metallerin atık sulardan gideriminde kullanılması ile hem fabrika atıklarının değerlendirilerek alıcı ortamda kirlilik unsuru olmalarının engellenmesi hem de üzüm posası atığının (cibre) adsorpsiyon (biyosorpsiyon) kapasitesinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
Deneysel Çalışmalar İzmir Ovacık şarap fabrikasından temin edilen öğütülmüş üzüm posası atığının (cibre) üç kez kaynayan sudan ve üç kez de soğuk sudan geçirilerek durulandıktan sonra sabit tartıma gelene kadar fırında 105 C de kurutuldu. Kurutulduktan sonra seramik havanda partikül boyutu 1 1,5 mm olacak şekilde ezildi ve elekten geçirildi. Adsorpsiyon deneylerinde 1000 mg/l lik Ni(II) ve Zn(II) stok çözeltileri Ni(NO 3 ) 2.6H 2 O ve Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O kullanılarak hazırlanmıştır. Çözelti başlangıç ph ı 5,5, başlangıç metal iyonu derişimi ise 10 ppm olarak alınmıştır. Adsorban miktarının etkisini incelemek için deneylerde farklı miktarlardaki adsorbanlar 250 ml lik erlenlere alınmış ve üzerine belli derişimlerde 50 ml ağır metal çözeltisi eklenmiş, oda sıcaklığında (20±2 C) 1 saat karıştırılarak bekletilmiştir. Daha sonra süzülerek çözeltideki ağır metal iyon derişimi Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi (Varian Model-250) kullanılarak saptanmıştır. Uygun adsorban miktarı belirlendikten sonra deneyler, bekleme süresi ve başlangıç metal iyonu derişimi etkisini incelemek için tekrarlanmıştır. Sonuçlar ve Tartışma Ni(II) ve Zn(II) gideriminde adsorban miktarının etkisini incelemek amacıyla deneyler 0,5-14 g/l aralığında yapılmış ve sonuçlar Şekil 1 de verilmiştir. Beklenildiği üzere çözeltinin birim hacmindeki adsorban miktarının artmasıyla, adsorplanan madde miktarı artmış ve her iki metal için 4 g/l adsorban miktarından sonra sabit kalmıştır. Buna göre bekleme süresi ve çözelti başlangıç derişiminin etkilerinin incelenmesinde optimum adsorban miktarı 4 g/l olarak kullanılmıştır. Şekil 1. Adsorban miktarının etkisi Bekleme süresinin etkisini incelemek amacıyla deneyler 15-180 dk aralığında yapılmış ve sonuçlar Şekil 2 de verilmiştir. Bekleme süreleri değerlendirildiğinde her iki metal içinde optimum adsorpsiyon süresinin 60 dakika olduğu belirlenmiştir. ph 5,5 ve adsorban miktarı 0,2 g olarak alındığında 60 dakikalık bekleme süresinde Zn(II) nin adsorpsiyon yüzdesinin %97 98 arasında ve Ni(II) ninde %95 96 arasında olduğu gözlenmiştir.
Şekil 2. Bekleme süresinin etkisi Çözelti başlangıç derişiminin etkisini incelemek amacıyla deneyler 5-20 mg/l aralığında yapılmış ve sonuçlar Şekil 3 de verilmiştir. Zn(II) için çözelti başlangıç derişiminin artmasıyla adsorplanan madde miktarı hızla artmış ancak adsorban yüzeyinin adsorplanan moleküllerle doymasından sonra derişim artması adsorpsiyonu yavaşlatmıştır. Ni(II) için çözelti başlangıç derişim arttıkça adsorplanan madde miktarı azalmıştır. Şekil 3. Çözelti başlangıç derişiminin etkisi Şekil 4 ve 5 ile Çizelge 1 de Ni(II) ve Zn(II) metalleri için çizilen adsorpsiyon izotermleri ve kullanılan izoterm modellerinin hesaplanan değerleri verilmiştir. Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izotermleri incelendiğinde Ni(II) iyonunun Langmuir adsorpsiyon modeline uygunluk gösterdiği, Zn (II) iyonunun ise Freundlich adsorpsiyon modeline uyduğu belirlenmiştir.
a) b) Şekil 4. Ni(II) nin (a) Freundlich (b) Langmuir Adsorpsiyon izotermleri a) b) Şekil 5. Zn(II) nin (a) Freundlich (b) Langmuir Adsorpsiyon izotermleri Çizelge 1 de görüldüğü gibi Langmuir adsorpsiyon izotermi ile yüzeyde tam bir monomoleküler tabaka oluşturabilmek için gerekli adsorban miktarı Ni(II) için 5,862 mg/g ve Zn(II) için 7,201 mg/g olarak belirlenmiştir. Çizelge 1. Ni(II) ve Zn(II) için hesaplanan Freundlich ve Langmuir sabitleri Freundlich Adsorpsiyon Modeli Langmuir Adsorpsiyon Modeli Metal K F n R 2 q m (mg/g) K L (L/mg) R 2 Ni (II) 3,224 2,108 0,8625 5,862 1,527 0,9729 Zn (II) 11,751 0,833 0.9406 7,201 0,911 0,9141 Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, biyosorpsiyon yönteminde kullanılan üzüm posasının (cibre) adsorpsiyon kapasitesinin yüksek, kullanımının ise ekonomik ve kolay uygulanabilir bir yöntem olduğu düşünülmüştür. Uygun koşullarda çalışıldığında üzüm posasının (cibre) atık sulardan ağır metallerin gideriminde etkili bir yöntem olarak kullanılabileceği belirlenmiştir.
Kaynaklar 1. Kantipully, C., Katragadda, S., Chow, A. Gesser, H.D., Chelating polymers and related supports for separation and preconcentration of trace metals, Talanta, Cilt 37, 491-517, 1990. 2. Demirbaş, E., Kobya, M., Öncel, S., Şencan, S., Adsorption kinetics of a basic dye from aqueous solutions onto apricot stone activated carbon, Bioresource Technology, Cilt 84, 291-293, 2002. 3. ChristianTaty-Costades, V., Fauduet, H., Porte, C., Delacroix, A., Removal of Cd(II) and Pb(II) ions, from aqueous solutions, by adsorption onto sawdust of Pinus sylvestris, Journal of Hazardous Materials, Cilt 105,121-142, 2003. 4. Bishnoi, N.R.,.Bajaj, M, Sharma, N., Gupta, A., Adsorption of Cr(VI) on activated rice husk carbon and activated alumina, Bioresource Technology, Cilt 91, 305-307, 2004. 5. Mumcu, S., Doymaz, İ., Akgün, N., Şarap fabrikası atıklarının değerlendirilmesi, Kimya Teknolojileri Dergisi, Cilt 32, 70-77, 2003. 6. Bhattacharya, A.K., Naiya, T.K., Mandal, S.N., Das, S.K. Adsorption, kinetics and equilibrium studies on removal of Cr(VI) from aqueous solutions using different low-cost adsorbents, Chemical Engineering Journal, Cilt 137, 529-541, 2008. 7. Yu, L.J., Shukla, S.S., Dorris, K.L., Shukla, A., Margrave J.L., Adsorption of chromium from aqueous solutions by maple sawdust, Journal of Hazardous Materials, Cilt 100, 53-63, 2003. 8. Acar, F.N., Malkoç, E., The removal of chromium (VI) from aqueous solutions by fagus orientalis, Bioresource Technology, Cilt 94, 13-15, 2004. 9. Rao, M., Parwate, A.V., Bhole, A.G., Removal of cromium(vi) and nickel(ii) from aqueous solution using bagasse and fly ash, Waste Management, Cilt 22, 821-830, 2002.