FBE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/77

Gözat

Konu "Ağır metaller" ile FBE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Toksik ağır metal iyonlarının sepiyolit üzerine adsorpsiyon mekanizması / Mustafa Kara
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Kara, Mustafa ; Çelik, Mehmet Sabri ; 100712 ; Maden Mühendisliği ; Mining Engineering and Mining
     Bu çalışmada, sorptif, reolojik ve katalitik özelliklerinden dolayı sayısız kullanım alanlarına sahip olan sepiyolit üzerine toksik ağır metal iyonlarının (kobalt, kurşun ve nikel) adsorplanma mekanizmalan incelenmiştir. Bu mekanizmalan açıklamak ve yorumlamak için orijinal, ısıl ve asit işlemle aktive edilmiş sepiyolit ile granül sepiyolit kullanılarak çeşitli sistematik adsorpsiyon deneyleri yapılmış ve bu deneylerde değişik konsantrasyonlarda kobalt, kurşun ve nikel iyonlarının tuzlan kullanılmıştır. Öncelikle sepiyolit minerali ayrıntılı bir şekilde karakterize edilmiş daha sonra asit ve asit + ısıl işlem ile aktive edilerek yüzey alanın değişimi belirlenmiş, aynca her bir ağır metal iyonu için değişik konsantrasyonlarda ve pH değerlerinde elektrokinetik özellikleri tesbit edilmiştir. Adsorpsiyon deneylerinde ise katı/sıvı oram, kıvam süresi, pH, sıcaklık, yüzey alanı, tane boyutu ve iyon konsantrasyonu gibi parametrelerin ağır metal iyonunun adsorpsiyonuna olan etkileri araştırılmıştır. Kobalt iyonu ile yapılan deneyler geniş kapsamlı tutulmuş, bu deneylerden elde edilen optimum şartlar diğer iyonlarla yapılan deneylerde sabit alınmıştır. Yapılan her deney grubunda, hem ağır metal iyonlarının hem de Mg iyonun çökme pH'sı göz önünde bulundurularak abstraksiyon izotermleri çizilmiştir. Süspansiyonun pH'sma bağlı olarak iyonlann çöktüğü gözlenen pH aralıklarında abstraksiyon izotermlerinden çöken miktarlar çıkartılarak gerçek adsorpsiyon izotermleri elde edilmiştir. Termodinamik verilerden faydalanılarak adsorpsiyonun hangi tip izoterm modeline uyduğu araştırılmıştır. Tüm bu ölçümlerde, sepiyolit süspansiyonlarının her ortamda pH=8.4 civarında tampon pH oluşturdukları, Mg çözünürlüğünün pH düşüşüne bağlı olarak hızlı bir şekilde arttığı tesbit edilmiştir. Zeta potansiyel ölçümleri, sepiyolitin negatif yük sergilediğini ve sıfır yük noktasının pH=6 civarında olduğunu göstermiştir. Adsorpsiyon deneyleri sonucunda optimum katı/sıvı oram 0.05 (0.5 g sepiyolit/ 10 mi ağır metal iyonu çözeltisi) ve kıvam süresi 2 saat olarak belirlenmiştir. Kobalt iyonu ile yapılan deneylerde sıcaklık artışına bağlı olarak (20° C, 30° C ve 40° C) adsorpsiyon yoğunluğunun, düşük konsantrasyonlarda değişmediği, xııı yüksek konsantrasyonlarda ise bir miktar arttığı tesbit edilmiştir. Bu durum, kobalt ve magnezyum iyonlarının difüzyon yolu ile hareket etme kabiliyetinin bir miktar artmasına, çözeltiye geçen magnezyum iyonu ile kobalt iyonunun sıcaklık artışına bağlı olarak kolayca yer değiştirmesine ve eğer ortamda varsa mevcut kobalt hidroksit çökeleğinin artan sıcaklıklarda çözünmesine bağlanmaktadır. pH'ya bağlı olarak yapılan kobalt adsorpsiyon deneyleri sonucunda, pH < 4 değerinde adsorpsiyon gittikçe azalmakta, pH = 4-8.2 arasmda ise hızlı bir adsorpsiyon olayı gözlenmektedir. pH = 8.2'den sonra ise, kobalt iyonlarının çalışılan konsantrasyonda kompleks hidroksit bileşikleri oluşturarak çökmeye başlaması sebebiyle adsorpsiyon azalmaktadır. Bu durum kobalt iyonunun pH - pC grafiğinde de açıkça görülmektedir. Asit ile aktive edilmiş ve yüzey alam arttırılmış sepiyolit ile yapılan kobalt adsorpsiyon deneyleri sonucunda, yüzey alam artmış sepiyolitin daha fazla kobalt iyonu adsorbe etmesi beklenirken, adsorpsiyon yoğunluğu belirgin bir şekilde düşmüştür. Asit ile aktivasyon, sepiyolitin yapısında bulunan makrogözenekliliği mikrogözeneldiüğe dönüştürmektedir. Dolayısıyla nukrogözenekliliğin daha fazla olması iyon değiştirmeyi zorlaştırmakta ve adsorpsiyonu düşürmektedir. Ayrıca adsorpsiyonun azalması, aktivasyon sonucunda tetrahedral tabakanın dış yüzeylerinde Siloksan (Si-O-Si) bağlarının kırılması sonucu oluşan ve lif ekseni boyunca oluşan Silanol (Si-OH) gruplarının daha fazla olması ve Mg+ iyonlarının tamamen yapıdan uzaklaştırılmasına bağlanmaktadır. Granül ile yapılan adsorpsiyonda ise bir miktar artış gözlenmiştir. Adsorpsiyon deney verileri termodinamik açıdan incelenmiş ve çeşitli modellere (Frumkin, Uyarlanmış Frumkin, Langmuir ve Flory-Huggins) uygunluğu araştırılmıştır. Buna göre en uygun modelin Uyarlanmış Frumkin modeli olduğu belirlenmiştir. Serbest adsorpsiyon enerjisi (AG°ads) değerlerinden hareketle adsorpsiyonun kendiliğinden oluştuğu, adsorpsiyon entalpisi (AH° ads) değerinin 40 kJ/mol'den düşük çıkması adsorpsiyonun fiziksel olduğunu ve entropi (-TAS°ads) değerinin serbest adsorpsiyon değerinden büyük çıkması da adsorplanma mekanizmasının entropi güdümlü olduğunu göstermektedir. ?I Kurşun iyonu ile yapılan deneylerde, (2.5 x 10" mol/1 konsantrasyon için) pH = 5.32 değerine kadar hızlı bir adsorpsiyon meydana gelmekte ve bu değerden sonra çökelmelerin oluşmasıyla adsorpsiyon azalmaktadır. Nikel iyonu ile yapılan deneyde ise, adsorpsiyonun azalmaya başladığı pH değeri 7.95 olarak belirlenmiştir. Her iki iyon kullanılarak yapılan adsorpsiyon deney verilerinden hareketle, kobalt deneyinde de olduğu gibi adsorpsiyon izoterminin Uyarlanmış Frumkin modeline daha iyi uydukları tesbit edilmiştir. Tüm adsorpsiyon deneyleri sonucunda açığa çıkan Mg iyonu ile adsorplanan metal iyonları arasındaki bire bir ilişki incelenmiştir. Metal iyonu ile Mg iyonu arasındaki bu ilişkinin mol bazında eşdeğer olduğu tesbit edilmiş ve bu nedenden dolayı adsorpsiyon mekanizmasının esas olarak iyon değiştirme mekanizması tarafından denetlendiği anlaşılmıştır. Bu sonuçlardan adsorpsiyon verimlilik sırasının xıv Pb+2 > Co+2 > Ni+2 şeklinde değiştiği bulunmuştur. Bu sıralama benzer kil mineralleri için elde edilen literatür bilgileriyle de doğrulanmaktadır.