BAZI POLİMER-KİL KOMPOZİTLERİNİN METAL TUTMA

ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

SEMA ÖZMERT

Yüksek Lisans Tezi

KİMYA ANABİLİM DALI

ISPARTA 2006

T.C.

SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

BAZI POLİMER-KİL KOMPOZİTLERİNİN

METAL TUTMA ÖZELLİKLERİNİN

İNCELENMESİ

SEMA ÖZMERT

YÜKSEK LİSANS TEZİ

KİMYA ANABİLİM DALI

ISPARTA, 2006

Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğüne

Bu çalışma jürimiz tarafından KİMYA ANABİLİM DALI’ nda YÜKSEK LİSANS

TEZİ olarak kabul edilmiştir.

Başkan: ……………………………………………

Üye: ………………………………………………..

Üye: ………………………………………………..

ONAY

Bu tez …. / …. / 2006 tarihinde Enstitü Yönetim Kurulunca belirlenen yukarıdaki

jüri üyeleri tarafından kabul edilmiştir.

…. / …. / 2006

Prof. Dr. Çiğdem SAVAŞKAN

Enstitü Müdürü

i

İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER................................................................................................................i

ÖZET.............................................................................................................................iii

ABSTRACT...................................................................................................................iv

TEŞEKKÜR....................................................................................................................v

SİMGELER DİZİNİ......................................................................................................vi

ŞEKİLLER DİZİNİ......................................................................................................vii

ÇİZELGELER DİZİNİ................................................................................................viii

1.GİRİŞ...........................................................................................................................1

1.1. Akrilonitril……………….......................................................................................1

1.2. Pomza…………………………………………………………………………….4

1.2.1. Su-atık su Arıtma ve Hava Temizleme Teknolojisinde Pomza Kullanımı..........5

1.3. Adsorpsiyon………………………………………………...……………….……6

1.3.1. Adsorpsiyon İzotermleri…………………………………………………..…....7

1.3.1.1. Freundlich Adsorpsiyon İzotermi…………………………………………….7

1.3.1.2. Langmuir Adsorpsiyon İzotermi……………………………………………...8

1.3.1.3. BET Adsorpsiyon İzotermi………………….…………………………...…...8

1.4. Ağır Metaller……………………...………………………………………….…..9

1.4.1. Kadmiyum………………...………………………………………………......10

1.4.2. Bakır………………………………………………………...…………….…..11

1.4.3. Krom………………………………………………………...………………...12

1.4.4. Çinko………………………………………………………………………….13

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI………………………………………………..…..…14

2.1. Literatür Özetleri…………………………………………………………..….....14

3. MATERYAL VE METOT……………………………………………….…...…..19

3.1. Kullanılan Malzemeler……………………………..………………………..….19

3.1.1. Pomza…………………………………………………………………………19

3.1.2. Kullanılan Kimyasal Maddeler………………………………………………..19

3.1.3. Kullanılan Cihazlar………………………………………………………...….19

3.1.4. Kullanılan Cam Malzemeler………………………………..………………....20

3.2. Kullanılan Çözeltilerin Hazırlanması…………………………………………...20

ii

3.3. Kompozit Sentezi…………………………..………………………..…………..20

3.4. Pomza ve Kompozit ile Cu(II), Cr(III), Cr(VI), Cd(II) ve Zn(II)

Metallerinin Adsorpsiyon Çalışmaları……………………………………….….21

3.4.1. Metal Sorpsiyonuna Derişimin Etkisi…………………………………………21

3.4.2. Metal Sorpsiyonuna pH’ ın Etkisi……………………………………………..22

3.4.3. Metal Sorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi…………………………………………22

3.4.4. Metal Sorpsiyonuna Zamanın Etkisi…………………………………..............22

3.4.5. Metal Sorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi……………..……………....23

3.5. AAS ile Çalışılan Dalga Boyları…………………………..………………..…...23

4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA……………………………..………………..……24

4.1. Karakterizasyon…………………………………..………………………..……24

4.1.1. FT-IR Analizleri…………………………………………………………....…24

4.1.2. X-ray Analizleri………………………………………………………….....…25

4.1.3. UV Analizleri.……………………………………………………...……….…26

4.1.4. SEM Analizleri………………………………………………………………..27

4.2. Pomza ve Kompozitin Adsorpsiyon Analizleri………………..…………...…...28

4.2.1. Metal Adsorpsiyonuna Derişimin Etkisi………………………………………28

4.2.2. Metal Adsorpsiyonuna Zamanın Etkisi……………………...………………..32

4.2.3. Metal Adsorpsiyonuna pH’ ın Etkisi………………………………………….34

4.2.4. Metal Adsorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi ve Termodinamik

Parametrelerin Hesaplanması……………………………………...…..……...37

4.2.5. Metal Adsorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi………………….........….40

5. SONUÇLAR……………………...……………………………………….….…...42

6. KAYNAKLAR……………………...………………………………….…….…...44

7. EKLER……………………………………………………………………………48

EK-1…………………………………………………………………………………48

ÖZGEÇMİŞ…………………………..…………………………………..……….....50

iii

ÖZET

Bazı Polimer-Kil Kompozitlerinin Metal Tutma Özelliklerinin

İncelenmesi

Bu çalışmada, adsorpsiyon yöntemiyle sulu çözeltilerden ağır metallerin

uzaklaştırılması amaçlanmıştır. Bunun için, pomza ve akrilonitril ile kompoziti

kullanılmıştır. Kompozit S.D.Ü. Kimya laboratuarında sentezlenmiş ve FT-IR, SEM,

X-Ray ve UV ile karakterize edilmiştir. Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III), Cr(VI)

metalleri için çözeltiler hazırlanmıştır. Pomza ve kompozit Cu(II), Zn(II), Cd(II),

Cr(III) ve Cr(VI) çözeltileri ile muamele edilmiş ve metal adsorpsiyonuna pH,

sıcaklık, adsorban miktarı, metal derişimi ve zamanın etkileri ayrı ayrı incelenmiştir.

Ayrıca Freundlich ve Langmuir izotermlerinin adsorpsiyon parametreleri (k, n, As,

Kb) ve termodinamik parametreler (∆H ve ∆G0) hesaplanmıştır. Ölçümler AAS

cihazıyla yapılmıştır. Sonuçlar pomzanın ve poliakrilonitril-pomza kompozitinin

adsorban olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Ayrıca adsorpsiyona etki eden pH,

sıcaklık, adsorban miktarı, metal konsantrasyonu ve zaman parametrelerindeki artışın

sorpsiyonu artırtığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Adsorpsiyon, akrilonitril, pomza, kompozit, Freundlich ve

Langmuir izotermleri, AAS.

iv

ABSTRACT

The Investigation of Metal Sorption Properties of Some

Polymer-Clay Composites

In this study, it is aimed to take away heavy metals from aqueous solutions using

batch adsorption method. For this reason, pumice and its composite with acrylonitrile

are used. The composite is synthesized in Suleyman Demirel University Chemistry

Laboratory. It is characterized by FT-IR, X-ray, UV and SEM. The solutions for

Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III), Cr(VI) metals are prepared. Pumice and composite are

treated with these solutions. The effects of pH, temperature, adsorbent dosage, metal

concentration and time to metal sorption are investigated. In addition, the adsorption

parameters of Freundlich and Langmuir isotherms (k, n, As, Kb) and thermodynamic

parameters (∆H and ∆G0) are calculated. AAS is used for measurements. As a result,

pumice and PAN-pumice composite can be use as adsorbents. The sorption increased

with the increasing of pH, temperature, adsorbent dosage, metal concentration and

time.

Key Words: Adsorption, acrylonitrile, pumice, composite, Freundlich and Langmuir

isotherms, AAS.

v

TEŞEKKÜR

Bu çalışma, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü

öğretim üyelerinden Yrd. Doç. Dr. Mustafa YAVUZ yönetiminde hazırlanarak,

S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü’ ne Yüksek Lisans Tezi olarak sunulmuştur.

Çalışmam boyunca yardım ve katkılarıyla desteklerini esirgemeyen sayın hocalarım

Yrd. Doç. Dr. Mustafa YAVUZ ve Yrd. Doç. Dr. Fethiye GÖDE’ ye; S.D.Ü.

Bilimsel Araştırma Projeleri Destekleme Dairesine sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Ayrıca lisans eğitimimde emeği geçen tüm Selçuk Üniversitesi Eğitim Fakültesi

öğretim üyelerine; tez çalışmalarımda bana yardımcı olan Afyon Kocatepe

Üniversitesi Araştırma ve Uygulama Hastanesi Biyokimya Bölümü üyelerine ve çok

değerli eniştem Mustafa LAMBA’ ya teşekkür ederim. Hayatımın her aşamasında

ilgi ve destekleriyle yanımda olan çok değerli aileme de sonsuz teşekkürlerimi

sunarım.

vi

SİMGELER DİZİNİ

AAS Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi

As Adsorpsiyon kapasitesi (Freundlich izotermi için)

C Derişim

FT-IR Fourier Transform-İnfrared

k Adsorpsiyon kapasitesi (Langmuir izotermi için)

Kb Adsorpsiyon enerjisiyle ilgili sabit

Kd Dağılma katsayısı

LABSA Lineer Alkil Benzen Sülfonik Asit

MMT Montmorillonite

n Freundlich denklemi ile ilgili sabit

PAN Poliakrilonitril

R2 Korelasyon katsayısı

SEM Taramalı Elektron Mikroskopu

T Sıcaklık

UV Ultraviole

∆H Entalpi değişimi

∆G Serbest enerji değişimi

vii

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 4.1. Pomza ve kompozitin FT-IR spektrumları……………………….………24

Şekil 4.2. Pomza ve kompozitin X-ray spektrumları…………………….………….25

Şekil 4.3. Pomza ve kompozitin UV-vis spektrumları…………….………………..26

Şekil 4.4.a. Pomza SEM fotoğrafı…………………………………………………..27

Şekil 4.4.b. Kompozit SEM fotoğrafı……………………………………………….27

Şekil 4.5. Metal tutulmasına derişimin etkisi grafikleri……………………………..30

Şekil 4.6. Metallerin zamana karşı adsorpsiyon grafikleri………………………….33

Şekil 4.7. Metal iyonlarının pH’ a karşı dağılma katsayılarının değişim

grafikleri………………………………………………………………..…36

Şekil 4.8. Metal iyonlarının sıcaklığa karşı dağılma katsayılarının değişim

grafikleri…………………………………………………………………..39

Şekil 4.9. Metallerin sorpsiyonunun adsorban miktarına karşı değişimi grafikleri....41

Şekil 7.1. Pomza-Zn(II) SEM fotoğrafı……………………………………………..48

Şekil 7.2. Kompozit-Zn(II) SEM fotoğrafı………………………………………….48

Şekil 7.3. Pomza-Cr(III) SEM fotoğrafı…………………………………………….48

Şekil 7.4. Kompozit-Cr(III) SEM fotoğrafı…………………………………………48

Şekil 7.5. Pomza-Cr(VI) SEM fotoğrafı…………………………………………….49

Şekil 7.6. Kompozit-Cr(VI) SEM fotoğrafı…………………………………………49

Şekil 7.7. Pomza-Cd(II) SEM fotoğrafı……………………………………………..49

Şekil 7.8. Kompozit-Cd(II) SEM fotoğrafı………………………………………….49

Şekil 7.9. Pomza-Cu(II) SEM fotoğrafı………………………………………..........49

Şekil 7.10. Kompozit-Cu(II) SEM fotoğrafı….………………………………….….49

viii

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge 3.1. Pomza partiküllerinin kimyasal bileşimi…………………...…….…19

Çizelge 3.2. AAS ile çalışılan dalga boyları……………………………………...23

Çizelge 4.1. Pomzanın metal iyonları sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir

İzoterm parametreleri………………………………………………..29

Çizelge 4.2. Kompozitin metal iyonları sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir

İzoterm parametreleri………………………………………………..30

Çizelge 4.3. Pomza üzerinde metal iyonlarının adsorpsiyonu için termodinamik

parametreler………………………………………………………...38

Çizelge 4.4. Kompozit üzerinde metal iyonlarının adsorpsiyonu için termodinamik

parametreler…………………………………………………………38

1

1. GİRİŞ

Ağır metal uzaklaştırmada en yaygın metot sodyum hidroksit ya da kalsiyum

hidroksit ilave ederek metalleri çöktürme ve metal hidroksiti filtrasyonla ayırmadır.

Ancak çöktürme kolaylığına karşın metaller çöktürme ile tamamen

uzaklaştırılamamaktadır. Bu yüzden adsorpsiyonla ağır metallerin uzaklaştırılması

daha etkin bir yöntemdir. Diğer taraftan doğada bol miktarda bulunan killerin

adsorpsiyon özelliği bilinmektedir. Buna ek olarak poliakrilonitril ve

poli(hidroksietilmetakrilat) gibi polimerlerin metal tutma özellikleri bir çok

çalışmanın konusu olmuştur.

Bu çalışmada, polimer-kil kompoziti hazırlanarak metal adsorpsiyonunun değişimi

incelenmiştir. Metal tutma özelliklerinin iyi olması nedeniyle çalışmalarda pomza ve

poliakrilonitril kullanılmıştır. PAN-pomza kompoziti sentezlenmiş ve kompozit FT-

IR, UV, X-ray ve SEM analizleri ile karakterize edilmiştir. Çeşitli sanayi işlemlerinin

yol açtığı ağır metal içerikli atıkların, pomza ya da kompozit ile uzaklaştırılması

amaçlanmıştır. Farklı derişim, pH ve sıcaklıklarda adsorpsiyonun nasıl değiştiği;

zaman ve adsorban miktarındaki değişmelerin sorpsiyonu nasıl etkilediği; ayrıca bu

yöntemin endüstriyel alanda uygulanabilirliği araştırılmıştır.

1.1. Akrilonitril

Akrilonitril bazı az bulunur özelliklere ve reaktiviteye sahiptir. Polimer

özelliklerinden dolayı bir çok ticari uygulama alanı vardır. Akrilonitril, ticari alanda

ilk kez ortaya çıktığı 1940 yılından beri U.S.A.’ da polimer endüstrisinin en önemli

yapı taşlarından biri olmuştur. Poliakrilonitrilin üstün gelen polar yapısı, sertlik ve

katılık, birçok kimyasala ve çözücüye, güneş ışığına, ısıya ve mikroorganizmaya

dayanma, yavaş yanma ve kömür olma, nitril ayıraçlarına karşı reaktivite, belirli

polar maddelerle bir arada olabilme, yöneltme yeteneği, gazlara karşı düşük

geçirgenlik dahil olmak üzere ona az bulunur ve tanınmasını sağlayan özellikler

sağlamıştır.

2

Poliakrilonitril, akrilonitril monomerlerinin baş-kuyruk (head-to-tail) zinciri

şeklinde, nitril grubunun bağlı bulunduğu karbon atomu ile diğer karbon atomunun

sırayla ve yakın olarak birbirlerine bağlanmaları ile meydana gelir.

(─CH─CH2─CH─CH2─CH─CH2─CH─CH2─) | | | | C≡N C≡N C≡N C≡N

Poliakrilonitril, süregelen polimerizasyon metodlarıyla hem izotaktik hem de

sindiotaktik konfigürasyonlarda yaklaşık olarak eşit oranda düzenlenmektedir.

Bununla birlikte esasen izotaktik formda elde edilmiştir.

Nitril gruplarının büyüklüğü ve kuvvetli polaritesi, bunları çevreleri ile interaktif

yapmıştır. Azottaki tek orbital, hidrojen bağı için olduğu gibi elektron alıcı-verici

kompleks oluşumları için de uygundur. Buna ek olarak nitril üçlü bağının π-

orbitallerindeki elektronlar etkileşimler için kullanılabilir.

Reçinelerin siyanür grubu ile kimyasal etkileşimleri kolay olmaktadır ve reçineler

metal iyonlarına karşı iyi adsorbanlardır. Bu da poliakrilonitrilin adsorpsiyon

özelliğinin iyi olduğunu gösterir (Chen ve ark., 2003).

Küçük parçalar halinde poliakrilonitril kullanıldığında çeşitli sıcaklıklarda

kristalizasyon meydana gelir ve dikdörtgen tek kristaller, çift kristaller, ovaller ve

küreseller gibi birçok morfolojik, göze çarpan özellikteki büyümeler gözlenir.

Düzensizlik benzer davranışı gösteren polietilen ovallerindeki gibi düşeysel olarak

düzenlenmiştir. Polistiren ince filmi ve doğal kauçukta olduğu gibi çatlak benzeri

yapılar ya da düzensizlikler arasındaki boşluklar, lifçiklerle birleşmiş olarak bulunur.

Poliakrilonitril küresellerinin mekanizması da diğer polimerlerle benzerdir.

Poliakrilonitril ısıtıldığında renk değişimleri meydana gelir; ilk önce sarı, daha sonra

derece derece kırmızı, son olarak ta siyah olur. Renk oluşum mekanizmasının,

konjuge sistemdeki nitril gruplarının reaksiyonundan olduğu düşünülmektedir.

Poliakrilonitrilin renk oluşumunun ve termal oluşum reaksiyonlarının geniş olarak

3

yeniden incelenmesi yapılmıştır. Bozunma reaksiyonlarını dört ana gruba

ayırabiliriz: zincir kırılması, çapraz-bağlanma, hidrojenasyon ve halka reaksiyonları.

Akrilonitril homopolimerinin; yüksek erime noktası, yüksek erime viskozitesi ve

zayıf termal stabilite birleşimlerinden dolayı uygulaması azdır. Sentetik liflere küçük

bir miktar ikinci bir monomer ile stabilitesi, boya kabul edebilirliği ve belirli diğer

özellikleri geliştirilir. Akrilonitril homopolimerinin fiziksel eksiklikleri akrilonitrilin

diğer monomerlerle kopolimerizasyonu ile yumuşatılmış, aynı zamanda akrilonitrilin

ender rastlanır ve istenilir özellikleri çeşitli erime-üretimli reçinelere eklenmiştir.

Akrilonitril kopolimerlerinin sertlik, kimyasal dayanıklılık, erime viskozitesi,

stabilite, geçirgenlik gibi özellikleri genellikle akrilonitril içeriğine göre değişir.

Bununla birlikte camsı geçiş sıcaklığı beklenmedik bir davranış gösterir; belirli

hallerde maksimum ve minimum Tg’ si vardır, örneğin; stiren, vinilidin klorid ve

metilmetakrilat kopolimerleri için. Akrilik liflerde çoğunlukla akrilonitrilin, stiren ile

kopolimeri (SAN) ve akrilonitril-stiren-bütadien karışımı (ABS) kullanılır

(Karakaş, 2000).

Akrilik lif endüstrisi 1950 yılında Du Pont tarafından, elde edilen polimerin life

dönüştürülmesi yani kopolimerizasyon işlemi ve ipliğin boyanması için gerekli olan

DMFA (dimetil formamit) çözücünün bulunmasıyla birlikte ORLON ile başlamıştır.

Poliakrilonitril, yüne benzeyen özellikleri nedeniyle önemli bir sentetik lif

hammaddesidir ve özellikle ortalama molekül ağırlığı ile karakterize edilir. Doğal

elyafa alternatif olarak giyim, halı ve battaniye üretiminde kullanılmaktadır.

Poliakrilonitril ayrıca temizlik bezlerinin üretiminde, dayanıklı ambalaj malzemesi

yapımında ve çimento üretiminde katkı maddesi olarak ta kullanılır.

Poliakrilonitril kristal parlaklığa, orta derecede kimyasal dirence ve asit, alkali ve

tuzlara karşı üstün dirence sahip, işleme kolaylığı olan, UV ışınlara dirençli, iyi

vurma ve gerilme direnci olan bir polimerdir. Bu nedenle yukarıdaki kullanım

alanlarının dışında dekoratif ve yapısal panel, elastomer, yapıştırıcı, lens, aydınlatma

4

sistemleri, pencere ve gölgelik, tabela ve reklam panosu yapımında da

kullanılmaktadır (Atasoy, 2000).

1.2. Pomza

Pomza, boşluklu, süngerimsi, volkanik olaylar sonucu oluşmuş, fiziksel ve kimyasal

etkenlere karşı dayanıklı, gözenekli camsı volkanik bir kayaçtır. Yüksek oranda ve

birbiriyle bağlantılı olmayan gözenekler içeren, % 50’ ye yakın nem suyu

bulunduran ve dolayısıyla nemi alındığında özgül ağırlığı 0,5 g/cm3’ e kadar

düşebilen, toz haline getirildiğinde oldukça sert malzeme özelliği kazanan, ısı ve ses

yalıtkanlığına, uygun basınç dayanımı ve elastik modüle sahip ve özel kimyasal

bileşimi olan doğal bir malzemedir. Asit veya bazik bileşimli olabilir. Asidik pomza,

yeryüzünde en yaygın olarak bulunan ve kullanılan türüdür.

Kayacın içerdiği SiO2 oranı kayaca aşındırıcı bir özellik kazandırmaktadır. Al2O3

bileşimi ise ateşe ve ısıya yüksek dayanım özelliği kazandırır. Na2O ve K2O tekstil

sanayinde reaksiyon özellikleri veren mineraller olarak bilinmektedir.

Pomza ilk olarak Yunanlılar ve daha sonra Romalılar tarafından kullanılmıştır. Roma

duvarlarının inşaatında, su kanallarında ve daha pek çok anıtsal yapıtlarda

kullanılmıştır. Pomza başlıca inşaat, tekstil, tarım, kimya sektörlerinde ve diğer

endüstriyel ve teknolojik alanlarda kullanılmaktadır (Erkoyun, 2005).

Pomzanın sanayi sektöründe kullanım yerleri aşağıda verilmiştir:

- Kullanım alanlarının başında aşındırma sanayi gelmektedir. Oldukça hafif ve

aşındırıcı olarak sınıflandırılan pomza gerek doğal, gerekse doğal olmayan

madeni eşyalar ve yumuşak metalleri cilalamakta kullanılır.

- Boya sanayinde, pürüzlü kayalarda ses izole edici duvar boyası imalinde,

boya için astar macunu düzeltmede kullanılır.

- Kimya sanayinde, kimyasal taşıyıcı ve filtrasyon malzemesi olarak kullanılır.

5

- Metal ve plastik sanayinde, temizleme ve cilalama elemanı olarak, titreşim

özelliği olan malzemeler yapımında son ameliye elemanı olarak ve elektriksel

kaplamada ve de taş basma kalıplarını temizlemede kullanılır.

- Alaşım sanayinde, toz ve el sabunu imalinde ve cam temizleme işleminde

kullanılır.

- Cam sanayinde; televizyon tüpü düzeltmek için, cam cilalamak için, kesik

cam tamamlama malzemesi olarak kullanılır.

- Mobilya sanayinde; cilalamak için ve resim çerçevelerine motif vermek için

kullanılır.

- Elektronik sanayinde; devre plaketlerini temizlemekte kullanılır.

- Seramikte; astar malzemesi olarak ve tekstilde kot kumaşının ağartılmasında

temizleyici olarak kullanılır.

- Tarım sektöründe; toprağın özelliklerini ıslah etmekte, suni gübrenin

topraklaşmasını önlemede kullanılır.

- Karayollarında, buzlanmaları kontrol altına almada kullanılır (Tuncer, 1997).

1.2.1. Su-atık su Arıtma ve Hava Temizleme Teknolojisinde Pomza

Kullanımı

- Adsorpsiyon prosesiyle atık sudan fosfor giderilmesinde,

- Fosfat adsorpsiyonunda,

- Suyun filtre edilmesinde,

- Bio-reaktörlerde atık su işlemede,

- Organik ve inorganik partiküllerin atık suda bağlama ajanı olarak,

- Temiz su eldesi için fotokataliz prosesinde,

- Atık su işleme sisteminde,

- Çamurun susuzlaştırılmasında pıhtılaştırma ajanı olarak,

- Sudan demir ve manganez tortusunun arındırılmasında,

- Canlı balıkların nakli esnasında mikroorganizmaların arıtımında,

- Kirlilik yaratan tehlikeli akışkanların adsorpsiyonunda,

- Zararlı metal içeren endüstriyel atık suların arıtımında,

- Ev içi havayı temizleyen cihazlarda,

6

- Tehlikeli baca gazlarının ayrıştırılmasında,

- Aktif karbon kaplı adsorbant imalinde,

- Organik-inorganik madde ve yosun içeren havuz ve göletlerin arıtılmasında,

- Farklı adsorbanlarla beraber Fe+2 iyonu içeren solüsyonlardan demirin

giderilmesinde kullanılmaktadır (Sezgin ve ark., 2005).

1.3. Adsorpsiyon

Adsorpsiyon, iyon ve moleküllerin bir maddenin yüzeyine tutunması olayıdır ve

maddenin sınır yüzeyinde moleküller arasındaki kuvvetlerin denkleşmemiş

olmasından ileri gelir. Fiziksel, kimyasal ve iyonik olmak üzere üç tip

adsorpsiyondan söz edilebilir.

a) Fiziksel adsorpsiyon: Gaz veya buhar, katının yüzeyine bağlı kaldığı zaman

adsorplayıcı ile adsorplanan arasında yoğunlaşmaya benzer zayıf bir etkileşme

meydana gelebilir. Bu olaya fiziksel adsorpsiyon veya van der Waals adsorpsiyonu

denir.

b) Kimyasal adsorpsiyon: Gaz veya buhar, katının yüzeyine bağlı kaldığı zaman

adsorplayıcı ile adsorplanan arasında kimyasal tepkimeye benzer kuvvetli bir

etkileşme meydana gelebilir. Bu olaya da kimyasal adsorpsiyon veya kemisorpsiyon

adı verilir. Kimyasal adsorpsiyon, bir aktiflenme enerjisinin eşliğinde meydana

geldiği için aktiflenmiş adsorpsiyon adını da alır. Oysa, van der Waals adsorpsiyonu

hiç aktivasyon enerjisi gerektirmez ve bu sebeple kimyasal sorpsiyon daha hızlı bir

şekilde meydana gelir.

c) İyonik adsorpsiyon: Yüzeydeki yüklü bölgelere, çözeltideki iyonik karakterli

adsorplananların elektrostatik kuvvetler ile çekilmesi sonucu iyonik adsorpsiyon

oluşur. Pek çok farklı özelliklerine rağmen çoğu durumda fiziksel, kimyasal ve

iyonik adsorpsiyon arasında kesin bir ayrım yapılamaz.

7

1.3.1. Adsorpsiyon İzotermleri

Adsorplayıcı ve adsorplanan yanında sıcaklık ta sabit tutulduğunda gaz tarafından

adsorpsiyon yalnızca basınca, çözeltiden adsorpsiyon ise yalnızca derişime bağlıdır.

Bu durumda, adsorplanan madde miktarının basınçla ya da derişimle değişimini

veren çizgilere adsorpsiyon izotermi denir. Adsorpsiyon izoterminde; adsorban

madde tarafından tutulan maddenin miktarı, tutulan maddenin derişiminin ve

sıcaklığın birer fonksiyonudur.

Adsorpsiyon dengesi verileri izotermler ve izobarlar olarak çizilebilir. Bir

adsorpsiyon süreci, en iyi şekilde izotermlerden anlaşılabilir. Deneysel yoldan

belirlenen adsorpsiyon izoterm verilerini tanımlamak için çok sık kullanılan

denklemler Freundlich, Langmuir ve Brunauer-Emmet-Teller (BET) tarafından

geliştirilmiştir (Göde, 2002).

1.3.1.1. Freundlich Adsorpsiyon İzotermi

Freundlich adsorpsiyon izotermi aşağıdaki gibi ifade edilir:

q = k C 1/n veya log q = logk + 1/n log C (1)

Denklemde;

q: Birim adsorban ağırlığı başına adsorblanan madde miktarı (g/g)

C: Adsorpsiyondan sonra çözeltide kalan maddenin derişimi (mg/L)

k, n: Amprik sabitlerdir.

Deneysel çalışmalara dayanılarak türetilen Freundlich denkleminin logaritması

grafiğe geçirilerek elde edilen doğrunun kayma ve eğiminden sırasıyla k ve n

sabitleri bulunur. Çözeltilerden adsorpsiyon için türetilen bu denklem derişim yerine

basınç alınarak gaz ya da buhar fazından adsorpsiyon için de kullanılabilir.

8

1.3.1.2. Langmuir Adsorpsiyon İzotermi

Langmuir tarafından 1915 yılında geliştirilen bu kuramsal bağıntı her basınç

aralığında kullanılabilir. Langmuir, bir gazın bir katı yüzeyi tarafından

adsorpsiyonunun tek tabakadan öteye gidemeyeceğini öne sürmüştür. Adsorpsiyonda

birbirine ters iki etki tanımlanabilir:

i- Gazın yüzeyde tutulması

ii- Yüzeyde tutulan gaz moleküllerinin yüzeyden uzaklaşması

Bu iki olayın hızı eşit olduğunda adsorpsiyon dengesi kurulur.

Langmuir adsorpsiyon izotermi aşağıdaki gibi deneysel olarak ifade edilir.

C/q=1/(AsKb)+ C/As (2)

Denklemde;

C: Adsorpsiyondan sonra çözeltide kalan maddenin derişimi (mg/L)

q: Birim adsorban ağırlığı başına adsorplanan madde miktarı (g/g)

As: Adsorpsiyon kapasitesi

Kb: Adsorpsiyon enerjisiyle ilgili sabittir.

Langmuir denklemindeki (As) sabiti Freundlich denklemindeki (k)’ ya, (Kb) ise (n)’

ye karşılık olmaktadır. Adsorpsiyonun ilerleme hızı, belli bir derişimde adsorbe

olabilecek miktar ve adsorbe olmuş miktar arasındaki fark olan ve adsorplanacak

madde hareketini oluşturan kuvvetle orantılıdır.

1.3.1.3. BET Adsorpsiyon İzotermi

Başlangıçta adsorplanan tabaka, ileri adsorpsiyon için yeni bir yüzey olarak

davranabilirse, izoterm eğrisinin belli bir doygunluk değerinde düzleşmesi yerine

sonsuza gidecek bir şekilde büyümesi beklenebilir. Çok tabakalı adsorpsiyonla ilgili

en yaygın olarak kullanılan izoterm, S. Brunauer, P. Emmett ve E. Teller tarafından

geliştirilen BET izotermidir. BET izoterminin matematiksel ifadesi aşağıda

verilmiştir.

9

qe= (B.C.Q)/(Cs-C)[1+(B-1)(C/Cs)] (3)

Denklemde;

B, Q : Sabitler

B : Yüzeyle enerji alışverişi ile ilgili bir sabit

Cs : Adsorplanan maddenin doygunluk derişimi

C : Adsorpsiyondan sonra çözeltide kalan maddenin

derişimi (mg/L)

1.4. Ağır Metaller

Canlı bünyesine girdiği zaman ona zararlı olan metallere toksik metaller denir.

Toksiklik metalden metale, canlıdan canlıya değiştiği gibi derişime bağlı olarak ta

değişir. Toksik metaller canlı bünyesine havadan, sudan ve özellikle de alınan

besinlerden girerler. Bunların toksik ve kanserojen etkileri olduğu gibi, canlı

organizmalarda birikme eğilimi de söz konusudur. Birikme sonucu metallerin

derişimleri sudakinin ve havadakinin çok üstüne çıkabilir. Böyle bir oranda toksik

metal ihtiva eden bir gıdayı alan insan veya hayvan zehirlenebilir.

Eser elementler topraktaki ve litosferdeki dağılımı “yüzde bir” mertebesinden

“milyonda bir” mertebesine kadar değişiklikler gösteren elementlerdir. Canlıların,

eser elementlere az miktarlarda ihtiyaç duymaları bir rastlantı değildir. Zehir etkisi

gösteren maddeler, suda düşük derişimlerde bulunmaları durumunda bile insan

sağlığına zarar vererek, hastalıklara ve hatta ölümlere yol açabilmektedir. Eser

miktarda bile toksik etkisi yapabilen bu maddeler arasında en önemli grubu; Ag, As,

Be, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, Se, Zn gibi elementler oluşturmaktadır. Aslında bu

elementlerin çoğu zehirli madde sınıfına girer ve bir ortamda ancak çok az

miktarlarda olurlarsa yaşamı desteklerler.

Krom, civa, kurşun, kadmiyum, mangan, kobalt, nikel, bakır ve çinko gibi metaller

doğada genellikle sülfür, oksit, karbonat ve silikat mineralleri şeklinde

bulunmaktadır. Bunların suda çözünürlükleri oldukça düşüktür. Çok küçük

10

miktarlarda bile genellikle kuvvetli zehir etkisine sahip olan ağır metaller, kirlenmiş

sularda metal, katyon, tuz ve kısmen anyon şeklinde bulunurlar. Bunlar hem

kirlenmiş suların kendiliğinden temizlenmesini engelleyebilir, hem de suların

arıtılmış halde sulamada kullanılmasını ve arıtma çamurlarının gübre olarak

kullanılmasını sınırlandırabilirler.

Eser elementler veya metaller çevre kirlenmesi bakımından bol bulunan

elementlerden çok daha tehlikelidir. Eser ağır elementler ise canlı yapısında eser

oranda bulunmalarına rağmen çok önemli görevlerde yer alırlar. Bunlardan bazıları

proteinlerin bazıları da enzimlerin içinde yer alırlar.

Bir eser elementin, topraktaki yada sudaki formu onun zehirlilik derecesini

belirleyebilir. Buna en iyi örnek kromdur. Bu elementin en zehirli bileşikleri +6

değerlikle yaptığı bileşiklerdir. Bakır, çinko gibi ağır metallerin, iyon hallerinin en

zehirli durumları olması ise dikkat çekicidir. Diğer koşullarda bu elementlerin

zehirliliklerini ortamdaki derişimleri belirler (mta.gov).

1.4.1. Kadmiyum

Yeryüzünde nadir olarak bulunan Cd; çinko benzeri bir geçiş elementi olup,

yumuşak ve gümüş beyazı rengindedir. Doğada 0 ve +2 değerlikli olmak üzere iki

yükseltgenme basamağında bulunabilmesine karşın metalik hali oldukça nadir

görülür.

Kadmiyum oksit, kadmiyum klorür, kadmiyum sülfat ve kadmiyum sülfit

şekillerinde bulunabilen ve özel bir tad ve kokusu olmayan bir maddedir. Kadmiyum,

orman yangınları, rüzgarların getirdiği toprak parçacıkları ve volkanik patlamalarla

atmosfere doğal yollardan karışır.

Kadmiyum havadan solunarak, kadmiyum bulaşmış yiyeceklerin yenmesiyle, sigara

dumanından, kadmiyumla kirlenmiş suların içilmesiyle vücuda alınabilir. Vücutta

çok uzun süre kalabilir ve düşük düzeyde maruz kalınsa bile yıllar içinde birikebilir.

11

Yüksek düzeyde kadmiyumun solunması akciğer hasarına bağlı olarak ölüme neden

olabilir. Çok yüksek düzeyde kadmiyumun yiyeceklerle alınması kusma ve ishale

neden olur. Hava, su ya da besinler yoluyla düşük düzeyde kadmiyuma uzun süre

maruziyet sonucunda kadmiyum böbreklerde birikir ve böbrek hastalıklarına neden

olabilir. Akciğerde hasar ve kemiklerin kırılganlığının artması diğer etkileridir.

Hayvan deneylerinde kadmiyumun tansiyon yükselmesine, kandaki demir düzeyinin

düşmesine, karaciğer hastalıklarına, sinir sistemi ve beyinde hastalıklara neden

olduğu gösterilmiştir. Cilt temasının neden olduğu bir hastalık bilinmemektedir.

Kadmiyum bileşikleri kanserojen olması beklenen maddeler grubundadır.

Kadmiyum özellikle deniz ve alkali ortam korozyonuna karşı mukavemeti nedeniyle

demir, çelik, pirinç ve alüminyum kaplamasında kullanılmaktadır. Kadmiyum

kaplamaları elektrik, elektronik, otomotiv ve uzay sanayinde çok yaygındır.

Kadmiyumun en önemli kullanım alanı Ni-Cd, Ag-Cd ve Hg-Cd pilleridir.

Kadmiyumun yoğun olarak kullanıldığı diğer bir alan da boya endüstrisidir.

Kadmiyum bunlardan başka stabilizör olarak plastik ve sentetik elyaf sanayinde,

televizyon tüpleri ve florasan lamba imalinde, nükleer reaktör kontrol sistemlerinde

ve alaşımlarda kullanılır (tubitak.gov).

1.4.2. Bakır

Bakır, üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı endüstride yaygın olarak

kullanılmaktadır. Sektörlere göre bakırın tüketim alanları şunlardır:

Elektrik ve elektronik sanayi, inşaat sanayi, ulaşım sanayi, endüstriyel ekipman,

kimya, kuyumculuk, boya sanayi, turistik eşya.

Bakır özellikle küçük canlılar için yüksek derecede zehirlidir. Hafif alkali sularda

hidroksit, çürüyen organik madde içeren sularda sülfür şeklinde çökelir. Bakır,

balıklar için kuvvetli bir zehirdir. Sert sularda zehir etkisi daha azdır. Suda bulunan

diğer tuzlar bakırın zehir etkisini azaltmaktadır. 2,5 mg Cu/L yüksek su bitkilerine

zarar vermez. İçme sularında en fazla 0,05 mg Cu/L bulunmalıdır (cmo.org).

12

1.4.3. Krom

Yer kabuğunun doğal bileşenlerinden biri olan krom; metalurji, kimya ve refrakter

sanayinin temel elementlerinden biridir. Krom kimyasalları paslanmayı önleyici

özellikleri dolayısıyla uçak ve gemi sanayinde yaygın olarak; kimya endüstrisinde de

sodyum bikromat, kromik asit ve boya hammaddesi yapımında, metal kaplama, deri

tabaklama, boya maddeleri (pigment), seramikler, parlatıcı gereçler, katalistler,

boyalar, organik sentetikler, konserve yapma ajanları, su işleme, sondaj çamuru ve

diğer birçok alanda tüketilir.

Krom metalinin ekonomik olarak üretilebildiği tek mineral ise kromittir. Krom

cevherinin kimyasal bileşimi cevherin sanayideki kullanım alanlarını belirlemektedir.

Kimyasal analizlerde SiO2, Cr2O3, Al2O3 % miktarları ve Cr/Fe oranı belirleyici

olmaktadır.

Krom cevherinin endüstrideki kullanım alanlarına göre kimyasal bileşimi ve fiziksel

özellikleri ile ilgili sınırlamalar söz konusudur. Teknolojik gelişmelere uygun olarak

cevherin kimyasal bileşiminden kaynaklanan kullanım sınırlamaları giderek daha

esnek hale gelmektedir.

Krom kirlenmiş sularda hem katyon, hem de anyon (kromat, bikromat veya kromik

asit) olarak bulunabilir. Anyon formu katyon formundan daha etkilidir.

Krom (0), krom (III) ve krom (VI) formunda bulunabilen krom bileşikleri tatsız ve

kokusuzdur. Sadece krom (III) bileşikleri vücut için diyetle eser miktarlarda

alınması gerekli elementlerdir. Diğer formlardaki kroma vücudun ihtiyacı yoktur.

Krom partikülleri havaya karıştığında 10 gün kadar kalabilir. Toprak partiküllerine

sıkıca yapışır. Suda dibe çöker, topraktan küçük miktarlarda sulara karışabilir.

Havadan solunarak, suyla ve besinlerle vücuda alınabilir.

13

Krom bileşiklerinin tümü yüksek miktarlarda alındığında toksik olabilir, ancak krom

(VI), krom (III)' e göre daha toksiktir. Yüksek miktarlarda solunması burun, akciğer,

mide ve bağırsaklara zarar verebilir. Kroma alerjisi olan kişilerde astım krizlerine

neden olabilir. Uzun süre yüksek ve orta düzeylerde maruziyet burun kanaması,

yaraları, akciğer hasarı ve kanser dışındaki akciğer hastalıklarında artışa neden

olabilir. Sindirim yoluyla yüksek düzeylerde alınırsa mide şikayetleri ve ülsere,

konvülsiyonlara, böbrek ve karaciğer hastalıklarına, hatta ölüme neden olabilir. Cilde

temas durumunda cilt ülserleri oluşabilir. Ayrıca ciltte alerjik reaksiyonlara yol

açabilir.

Bazı krom(VI) bileşikleri kanserojendir. Akciğer kanserine neden olduğu

bilinmektedir. Krom saç, idrar, serum, kırmızı kan hücreleri ve kanda tespit

edilebilir. EPA' ya göre içme suyundaki krom miktarı (III ve VI) litrede 100

mikrogramı geçemez (tse.org).

1.4.4. Çinko

Çinko atıklarının başlıca kaynağı elektrolitik kaplama banyolarıdır. Bu banyoların

çoğunluğu çinko siyanür içeren bazik çözeltilerdir. Çinko en çok galvanizlemede

kullanılmaktadır. Galvanizleme bazik çözeltide siyanürlü ortamda ve asidik ortamda

çinko sülfat varlığında yapılabildiğinden atık sularda bu iyonların yanında demir

iyonları da bulunur. Demiri korozyondan korumak için çinko ile kaplanır ve

“galvenize demir” adını alır. İnşaat sektöründeki galvanizli saçlar ve konstrüksiyon

malzemeleri ile elektrik ve diğer havai hat direkleri galvanizlemenin en çok

kullanıldığı alanlardır. Pirinç alaşımı ile bilhassa otomotiv sanayinde döküm kalıpları

yapımında kullanılan çinko alaşımları çinkonun kullanıldığı diğer önemli alanlardır.

Ergin bir insanda günlük Zn ihtiyacı 8-20 mg kadardır. İnsan vücudu 2 gram kadar

çinko içerir ve Zn birçok enzim sistemine girer (ekolojidergisi.com).

14

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI

2.1. Literatür Özetleri

Ersöz ve ark. (1995), sporopollenin şelat reçinesi ile sulu çözeltilerden Cu(II), Ni(II),

Zn(II), Cd(II) ve Al(III) metal iyonlarının uzaklaştırılması üzerine çalışmalar

yapmışlar; pH ve sıcaklık değişiminin adsorpsiyona etkilerini araştırmışlardır.

Kaşıkara ve ark. (1997), fenol içeren endüstriyel atık suların biyokimyasal arıtımında

pomza kullanmışlardır. Bu çalışmada; petrol rafineleri, çeşitli kimyasal tesisler,

insektisit üreten fabrikaların atıkları, kok fırınları, odun distilasyonu ve reçine

üretimi yapan tesislerin atık sularında mevcut olan ve hem insan sağlığı hem de

ekolojik hayat için büyük tehlike arz eden fenolün biyokimyasal arıtımının fizibilitesi

yapılmıştır. Fenolü tek karbon kaynağı olarak kullanabilen bir organizma olan

Pseudomonas putida, pomza partikülleri üzerinde adsorblanmıştır.

Onar ve ark. (1997), pomza taşının su arıtım teknolojisinde fosfat giderimi amacıyla

kullanılabileceğini ortaya çıkarmışlardır. Fosfat adsorblama yeteneğinin pomza

taşlarının kalsiyum içeriğine bağlı olduğu EDXRF analizleri ile saptanmıştır. CaO

içeriği %32,6 oranında olan pomza taşlarının fosfat giderme verimi %98’ in üzerinde

bulunmuştur.

Chen ve ark. (1998), poliakrilonitril ve tiyosemikarbazit reçinesiyle sentezlenen

kompozitin karakterizasyonunu incelemişlerdir. Ayrıca Rh(III), Ru(IV), Pd(II) ve

Ir(IV) iyonlarının sorpsiyon özelliklerini araştırmışlardır. Kompozitin yapısı IR,

elementel analiz ve X-ray fotoelektron spektroskopisinde incelenmiş; sorpsiyon

kapasiteleri Rh(III) için 82,7; Ru(IV) için 239,7; Pd(II) için 430,8; Ir(IV) için 417

mg/g reçine olarak bulunmuştur. Ru(IV) için aktivasyon enerjisi 43 kJ/mol olarak

hesaplanmış, kompozit ile metal iyonlarının adsorpsiyonunun çok iyi olduğu

sonucuna varılmıştır.

15

Surianarayanan ve ark. (1998), akrilonitrilin polimerizasyonunu, termal

davranışlarını ve poliakrilonitrilin bozunmasını araştırmışlardır. Polimerizasyonda

termal etki ile mikrokalorimetrik çalışmalar yapılmış; bozunmada ise termal etki

olmadan çalışılmıştır. Polimerizasyon sıcaklığa karşı duyarlı ve ekzotermiktir. Sulu

ortamda poliakrilonitrilin bozunması kontrol altında tutulmalıdır. Düzensiz

sıcaklıklardaki termal tehlikelere karşı polimer kurutma işlemi yapılmalıdır.

Reddy ve Chinthamreddy (1999), elektrik akımı ile farklı indirgeyici reaktif

kullanarak killi topraklardan krom, nikel ve kadmiyumun taşınmasını

araştırmışlardır. İndirgeyici reaktif olarak 1000 mg/kg derişimlerde hümik asit,

demir(II) veya sülfid kullanılmıştır.

Rauf ve Tahir (2000), bentonit üzerinde Fe(II) ve Mn(II)’ nin adsorpsiyon

davranışını; çalkalama zamanı, adsorban miktarı, pH ve adsorban derişiminin

optimize edilmiş şartları altında sıcaklığın bir fonksiyonu olarak çalışmışlardır.

Termodinamik parametreleri hesaplayarak, elde edilen adsorpsiyon analizleri

sonuçlarının Langmuir ve Freundlich izotermlerine uygunluğunu araştırmışlardır.

Uzun ve Güzel (2000), chitosan ve agar adsorbanlarıyla sulu çözeltilerden Mn+2,

Fe+2, Ni+2 ve Cu+2 ağır metal iyonlarını uzaklaştırmayı amaçlamışlardır.

Rengaraj ve ark. (2002), IRN77 katyon değiştirici reçinelerle, Cr(III), Co(II) ve

Ni(II) iyonlarının sulu çözeltilerden uzaklaştırılması ile ilgili çalışmalar yapmışlardır.

Adsorpsiyona derişimin, pH’ ın ve zamanın etkilerini incelemişlerdir. Ayrıca

Freundlich adsorpsiyon izotermini hesaplamışlardır. Sonuç olarak, kullanılan

reçinenin etkili bir adsorban olduğunu ve bu metal iyonlarının % 95’ ten fazlasının

sulardan uzaklaştırılabileceğini belirtmişlerdir.

Reddy ve Chinthamreddy (2003), elektrokinetik deneylerini krom ile kirletilmiş

killerle yapmışlardır. Burada krom üç farklı yapıda bulunmaktadır; bunlar Cr(III),

Cr(VI) ve Cr(III) ile Cr(VI)’ nın kombinasyonudur. Sonuç olarak kromun başlangıç

16

formu ile bağımlı kirlenmiş killerden krom, nikel ve kadmiyumun elektrokinetik

taşınmasının yeterliliğini açıkça göstermişlerdir.

Özdemir ve ark. (2003), ochrobactrum anthropiyi kullanarak, sulu çözeltilerden

zehirli özelliklerinden dolayı zehirli metaller olan krom, kadmiyum ve bakırın

taşınmasına çalışmışlardır. Krom(VI), kadmiyum(II) ve bakır(II)’ ın optimum

adsorpsiyon pH değerlerini sırasıyla 2, 8 ve 3 olarak bulmuşlardır. Freundlich ve

Langmuir adsorpsiyon modellerinin krom(VI), kadmiyum(II)’ un kısa süreli

bisorpsiyonunu tanımlamak için uygun olduğu açıklanmıştır.

Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn ağır metallerinin Na-montmorillonite ile adsorpsiyonunu

inceleyen Abollino ve ark. (2003), pH ve organik yapıların adsorpsiyon üzerine

etkilerini araştırmışlardır. Na-montmorillonite’ nin incelenen metallere karşı iyi bir

adsorban olduğunu, farklı pH’ larda Cu, Pb ve Cd derişimlerinin değişiklikler

gösterdiğini açıklamışlardır.

Kara ve ark. (2003), kobalt iyonlarının sepiolite ile sulu çözeltilerden

uzaklaştırılması için çalışmalar yapmışlardır. Farklı pH ve sıcaklıklardaki

adsorpsiyonu incelemişlerdir.

Yavuz ve ark. (2003), kaolinit kullanarak Mn(II), Co(II), Ni(II) ve Cu(II) ağır

metallerini sulu çözeltilerden ayırma çalışmaları yapmışlardır. Kinetik ve

termodinamik parametrelerini de (∆H, ∆G, ∆S) hesaplamışlardır. Sonuç olarak;

adsorpsiyonun endotermik bir reaksiyon olduğunu ve metal adsorpsiyonunun yüksek

sıcaklıklarda daha hızlı olduğunu göstermişlerdir.

Chiron ve ark (2003), Cu(II) ve Pb(II) metal iyonlarının silikonla adsorpsiyonunu,

adsorpsiyon izotermlerini ve adsorpsiyon kinetiğini incelemişlerdir.

Chen ve Zhao (2003), poliakrilonitril ve 2-amino-2-tiyazolin reçinesiyle sentezlenen

kompozitin karakterizasyonunu ve soygaz iyonlarının sorpsiyon özelliklerini

araştırmışlardır. Sentezlenen kompozitin yapısı elementel analiz ve X-ray

17

fotoelektron spektroskopisinde incelenmiştir. Adsorpsiyon kapasiteleri Rh(III) için

72,07; Ru(IV) için 137,6; Ir(IV) için 147,1 ve Pd(II) için 230,7 mg/g reçine olarak

bulunmuştur. Ru(IV)’ un aktivasyon enerjisi 58,8 ve Ir(IV)’ un aktivasyon enerjisi

65,9 kJ/mol olarak hesaplanmıştır.

Youssef ve ark. (2004), Cd(II) iyonunun sorpsiyonu ile ilgili çalışmalar yapmışlardır.

Kadmiyum sorpsiyonunun aktif karbon yüzeyleriyle ilgili olduğunu, Na+ gibi hafif

metal iyonlarının Cd(II) adsorpsiyonunu düşürdüğünü açıklamışlardır.

Kang ve ark. (2004), IRN77 katyon değiştirici reçineyi kullanarak endüstriyel atık

sulardan Cd(II) metal iyonlarının uzaklaştırılması amacıyla çalışmalar yapmışlardır.

Adsorpsiyonun bir saat içerisinde hızla yükseldiğini görmüşler, Langmuir

adsorpsiyon izotermini hesaplamışlardır.

Çay ve ark. (2004), kullanılmış çay atıklarının sulu çözeltilerdeki bakır ve kadmiyum

iyonlarını adsorplaması amacıyla yaptıkları çalışmalar sonucu, bu yöntemin çevre

temizliği açısından yararlı olacağını ortaya çıkarmışlardır. Ayrıca adsorpsiyona pH,

zaman, derişim ve adsorban miktarı parametrelerinin etkilerini de incelemişlerdir.

Jeevananda ve ark. (2004), benzoil peroksit kullanarak poli(anilin-co-akrilonitril)’ i

emülsiyon metoduyla sentezlemişlerdir. Kopolimerin kimyasal yapısı UV, FT-IR,

FT-Raman ve EPR ile karakterize edilmiştir. Polianilinin ve PAni-PAN

kopolimerinin çözünürlükleri elektronik absorpsiyon spektrumunda ölçülmüştür.

İletkenlikleri de (1,26-4,20)x10-2 S/cm aralığındadır. X-ray analizine göre,

kopolimerler yarıkristal haldedirler ve iki kristalin pikine rastlanmıştır (17 ve 25, 2θ).

Akbal (2005), toz pomza kullanarak sulu çözeltilerden bazik boyaların adsorpsiyonu

ile ilgili çalışmalar yapmıştır. Metilen mavisinin pomzayla adsorpsiyonu Batch

adsorpsiyon tekniğiyle incelenmiştir. Ayrıca adsorban miktarı, zaman, derişim gibi

parametrelerin etkileri de deneysel olarak incelenmiştir. Sonuç olarak, zamanın ve

adsorban miktarının artmasıyla adsorpsiyon artmış; bazik boya derişiminin

artmasıyla da adsorpsiyon yavaşlamıştır. Freundlich adsorpsiyon izotermi de

18

hesaplanmıştır. Adsorpsiyon kinetiği ikinci mertebeden reaksiyon modeliyle

açıklanmıştır.

Yu ve ark. (2005), Na-montmorillonite-PAN kompozitini emülsiyon yöntemiyle

sentezlemişlerdir. X-ray ve TEM ile kompozit karakterize edilmiş ve TEM (geçirimli

elektron mikroskopunda), Na-MMT’ nin ve SiO2 partiküllerinin polimer karışımında

iyi bir dağılım gösterdiği görülmüştür.

Sevindir ve Pakdil (2005), pomza taşı kullanılarak içme sularından demir ve mangan

giderilmesini ve pomzanın filtrasyon malzemesi olarak kullanılabilirliğini

araştırmışlardır.

Bardakçı ve Çiçek (2005), Isparta pomzasının radyoaktif atıkların adsorplanmasında

kullanılabileceğini göstermişlerdir. Pomza üzerine Teknesyum-NaTcO4 tutunumunu

incelemişlerdir. Başlangıçta 0,167 Gbq olarak ölçülen radyasyon miktarı, 3 saat

sonunda 27,5 MBq olarak ölçülmüştür.

Çelebi ve ark. (2005), Ni(II) içeren atık suların arıtımında klinoptilolit

kullanmışlardır. Çalışmada nikel iyonundan oluşan sentetik atık su kullanılmış,

adsorpsiyona zaman, pH, derişim ve adsorban miktarı parametrelerinin etkileri

araştırılmıştır. Maksimum giderim verimi 30 dakikalık sürede ve pH 6’ da %98

olarak elde edilmiştir. Klinoptilolitin ekonomik, pratiğe dönük ve kolay bulunabilir

olduğu görülmüştür.

Literatür özetlerinde görüldüğü gibi; adsorpsiyon çalışmalarında pomza ve

poliakrilonitril yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III)

ve Cr(VI) ağır metalleri de bir çok çalışmanın konusu olmuştur. Bunların yanında,

Pb, Fe, Mn, Ni, Co, Al gibi metaller de kullanılmıştır. Değişik reçineler kullanılarak

poliakrilonitril ile kompozit oluşturulmuş ve metal adsorpsiyonuna yönelik

çalışmalar yapılmıştır. Sonuçlar; pomzanın, poliakrilonitril ve kompozitlerinin iyi

adsorbanlar olduklarını göstermektedir.

19

3. MATERYAL VE METOT

3.1. Kullanılan Malzemeler

3.1.1. Pomza

Bu çalışmada Kayseri-Talas yöresinden elde edilen pomza kullanılmıştır. Pomzanın

özellikleri SEM, IR, X-ray ve UV analizleri ile incelenmiştir. Çizelge 3.1’ de pomza

partiküllerinin kimyasal bileşimi verilmiştir.

Çizelge 3.1. Pomza partiküllerinin kimyasal bileşimi

Bileşik SiO2 Al2O3 Na2O K2O diğer % 74 15,6 6,1 2,4 1,9

3.1.2. Kullanılan Kimyasal Maddeler

Deneylerde kullanılan maddeler analitik saflıkta olup, Merck firmasından

sağlanmıştır. Çalışmalarda NaOH, HCI, CrCI3.6H2O, CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O,

K2Cr2O7, ZnSO4.7H2O kullanılmıştır. Ayrıca polimer sentezinde H2C=CHCN,

(NH4)2S2O8, LABSA, NaCl kullanılmıştır. Çözelti hazırlamalarında ve diğer

çalışmalar sırasında iki kez distillenmiş saf su kullanılmıştır.

3.1.3. Kullanılan Cihazlar

• AAS (Perkin Elmer AA800 Model)

• pH metre (Crison Basic 20)

• Magnetik karıştırıcı (Labart SH5)

• Çalkalamalı termostatlı su banyosu (Memmert WB29)

• X-ray difraktometrisi (Panalytical X’PertPro)

• FT-IR (Perkin Elmer BX Model FT-IR Spectrometer)

• SEM (Jeol-Jsm-5600 LV Scanning Electron Microscope)

• UV/VIS (Perkin Elmer Lambda 20 UV/VIS Spectrometer)

20

• Metler analitik terazi

3.1.4. Kullanılan Cam Malzemeler

Polimer sentez düzeneği (500 mL üç boyunlu pyreks balon, geri soğutucu),

termometre, damlatma hunisi, vakum damıtma düzeneği.

3.2. Kullanılan Çözeltilerin Hazırlanması

Cr(III), Cu(II), Cd(II), Zn(II), Cr(VI) metal çözeltileri sırasıyla, CrCI3.6H2O,

CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O, ZnSO4.7H2O, K2Cr2O7’ den 1.10-3 M’ lık stok

çözeltiler şeklinde hazırlanmıştır. Gerekli seyreltme işlemleri yapılarak (1.10-4,

2.10-4, 4.10-4, 6.10-4, 8.10-4 M) değişik derişimlerdeki çözeltiler deneylerde

kullanılmıştır. pH ayarlamaları için 0,1 M NaOH ve 0,1 M HCI çözeltileri

kullanılmıştır.

3.3. Kompozit Sentezi

Kompozit hazırlanmasında Kayseri-Talas yöresine ait pomza kullanılmıştır. 5 gram

pomza tartıldıktan sonra HCl ile yıkandı. 2 gram lineer alkil benzen sülfonik asit

(LABSA) 30 mL su ile birlikte üç boyunlu balon jojeye alındı. 15 dakika

karıştırıldıktan sonra 5 gram pomza ilave edildi. Yarım saat sonra 1 gram amonyum

persülfat ((NH4)2S2O8) süspansiyon içerisine damla damla ilave edildi. Sistem 5

dakika karıştırıldıktan sonra polimerizasyon sıcaklığı 80 oC’ ye getirildi. Yarım saat

sonra vakumda damıtılmış olan akrilonitril monomeri (5 mL) balonun diğer

kolundan damla damla eklendi. Sistem düzenli ve iyi bir kolloidal süspansiyon

oluşması açısından 3-4 saat karışmaya bırakıldı. Polimerizasyon tamamlandıktan

sonra safsızlıkların uzaklaştırılması amacıyla kompozit sırası ile su ile ön yıkama,

LABSA’ nın ortamdan uzaklaştırılması amacıyla etanol ile karıştırarak 20 dakikada

yıkama, tekrar etanol ile yıkama, 2M HCl ile yıkama son olarak ta tekrar su ile

yıkama işlemleri yapıldı. Yıkanan kompozit 60 oC’ de normal etüvde saat camı

üzerinde 48 saat kurutuldu.

21

S2 O 8

-2 S O 4 S O 4

, ,

S O 4

,

H,

H

HHS O 4

H

HS O 4

C N H

H H

,

H

H

H

S O 4

C N H

H H

, H

H

H

H

H

C N H

H H

C N H

H H

C N

n

H

H HN H

,

HS O 4

,

H

H

+

C C N

H

C

+

C C C N

C C C C C N

C C C C C N C C C N+

C C C C C C

C C C C C N

H

C

A krilon itril'in , am onyum persü lfa t ile rad ika lik po lim erizasyonu ;

H

+

+

3.4. Pomza ve Kompozit ile Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI)

Metallerinin Adsorpsiyon Çalışmaları

3.4.1. Metal Sorpsiyonuna Derişimin Etkisi

0,5’ er gram pomza polipropilen kaplara tartıldı. Kompozit ile yapılan deneylerde ise

0,1 gram kullanıldı. Derişim değişiminin adsorpsiyona etkisini araştırmak için, stok

metal çözeltisinden farklı derişimlerde hazırlanarak, pomza ve kompozite 30 mL

ilave edildi. Çalkalamalı sıcak su banyosunda oda sıcaklığında 2 saat çalkalandı.

Metal çözeltilerinin derişimleri 1.10-4, 2.10-4, 4.10-4, 6.10-4, 8.10-4 M olarak

22

CrCI3.6H2O, CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O, ZnSO4.7H2O den hazırlanmıştır. Cr(VI)

iyonları için K2Cr2O7 kullanılmıştır. Dengeye gelen metal-pomza, metal-kompozit

karışımı vakum pompası ile gouch krozesinde süzülerek çözeltiden ayrıldı. Daha

sonra süzüntü hacmi 50 mL’ ye tamamlanarak çözelti fazında dengedeki metal

derişimlerini belirlenmek için AAS ile ölçüm yapıldı. Metallerin göstermiş oldukları

adsorpsiyon miktarları Freundlich ve Langmuir izotermlerinden faydalanılarak

hesaplandı. İzoterm sabitleri, grafiklerin doğru denklemleri ve eğimlerinden

hesaplanmış ve Çizelge 4.1 ve 4.2’ de gösterilmiştir. Ayrıca dengede çözelti fazında

kalan metal derişimine karşı 1 gram pomzanın ve 1 gram kompozitin tutmuş olduğu

metal miktarları grafiklendirilerek gösterilmiştir.

3.4.2. Metal Sorpsiyonuna pH’ ın Etkisi

0,5’ er gram tartılan pomza ve 0,1’ er gram tartılan kompozit üzerine 1.10-3 M

derişimde metal çözeltisinden 30 mL konuldu ve 0.1 M HCl ve 0.1 M NaOH

çözeltilerini kullanarak karışımın pH’ ı pH metreyle 2, 3, 4, 5, 6, 7 ve 8 civarında

ayarlandı. Çalkalamalı sıcak su banyosunda 2 saat karıştırıldı. Dengeye ulaşıldıktan

sonra süzme işlemi yapıldı. Kroze birkaç defa 2-3 mL saf su ile yıkandı ve süzüntüler

biriktirildi. Hacim 50 mL’ ye tamamlanarak AAS’ de metal içeriği belirlendi.

Dağılma katsayısına karşı pH değişimi grafiklendirildi.

3.4.3. Metal Sorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi

Sıcaklık deneyleri için 0,5’ er gram pomza ve 0,1 gram kompozite 30 mL, 1.10-3 M

metal çözeltilerinden ilave edildi. 20, 35, 50 ve 65 °C sıcaklıklarda 2 saat karıştırıldı.

Çözelti süzülerek ayrıldı ve hacmi 50 mL’ ye tamamlandı. Yukarıda anlatılan

işlemlerin aynısı tekrar edilerek metal miktarları AAS ile tespit edildi. Dağılma

katsayısına karşı sıcaklık değişimi grafiklendirildi.

3.4.4. Metal Sorpsiyonuna Zamanın Etkisi

23

0,5’ er gram pomza ve 0,1’ er gram kompozite 100 mL, 1.10-3 M metal çözeltisi ilave

edildi. Belli zaman aralıklarında (5, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1440, 2880 dakika) 5’

er mL numuneler alındı ve hacmi 25 mL’ ye tamamlandı. Zamana karşı metal

sorpsiyonu grafikleri çizildi.

3.4.5. Metal Sorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi

1.10-3 M metal çözeltilerinden 30’ ar mL alınarak 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 gram tartılan

pomza üzerine ayrı ayrı ilave edildi. Kompozitten 0,06; 0,08; 0,1; 0,12; 0,14 gram

tartıldı. Adsorban miktarının artışıyla metal sorpsiyonunun değişim grafikleri çizildi.

3.5. AAS ile Çalışılan Dalga Boyları

Atomik absorpsiyon spektrometresinde Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI)

metalleri ölçümleri hava-asetilen alevinde gerçekleştirilerek çalışılan dalga boyları

Çizelge 3.2’ de gösterilmiştir.

Çizelge 3.2. AAS ile çalışılan dalga boyları

Metaller Cu Zn Cd Cr

Dalga Boyları (nm) 253,7 357,9 248,3 357,9

24

4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA

4.1. Karakterizasyon

4.1.1. FT-IR Analizleri

Pomza ve kompozite ait FT-IR spektrumları SDÜ merkez araştırma laboratuarında

alınmıştır. Pomza ve kompozite ait spektrumlar Şekil 4.1’ de verilmiştir. Pomzaya ait

spektrumda 3600 cm-1, 1050 cm-1 ve 500 cm-1 de gözlenen pikler pomza yapısındaki

silikatların oluşturduğu karakteristik piklerdir.

Kompozite ait spektrumda ise hem pomzanın hem de poliakrilonitrilin oluşturduğu

pikler görülmektedir. Her iki yapıya ait pikler, PAN’ ın pomza tabakaları arasında

polimerleşmesinden dolayı daha yayvan (geniş) yapıda görülmektedir.

Spektrumda; 3247 cm-1 deki bant N-H gerilme titreşimlerini, 2928 cm-1 deki pik C-H

gerilme titreşimlerini, 1180 cm-1 deki pik C-N gerilmesini ve 1037 cm-1 deki pik C-C

gerilme titreşimlerini göstermektedir. Benzer sonuçlar Jeevananda ve ark. (2004)’

nın çalışmalarında da gözlenmiştir.

Şekil 4.1. Pomza ve kompozitin FT-IR spektrumları

25

4.1.2. X-ray Analizleri

Şekil 4.2’ de pomza ve PAN-pomza kompozitinin X-ışını kırınım örnekleri

görülmektedir. Pomza örneğine ait 2θ = 250, 280, 310 ve 61,220’ de ortaya çıkan

pikler, pomzada kristal bölgelere karşılık gelen piklerdir. Bu pikler, pomza

içerisindeki albit ve anorthite yapısındaki silikatlara aittir.

PAN-pomza kompozitinin X-ışını kırınım örneğinde pomzaya ait saçılmalar

görülmektedir. Bu da poliakrilonitril moleküllerinin kil tabakaları arasında

oluştuğunu göstermektedir. Pomzadaki 2θ = 250, 280, 310 ve 61,220 pikleri

kompozitte 2θ = 170; 260, 350 ve 64,50’ ye kaymıştır. Bu kaymalar PAN

moleküllerinin pomza yapısına girmesinden kaynaklanmaktadır.

Şekil 4.2. Pomza ve kompozitin X-ray spektrumları

26

4.1.3. UV Analizleri

1-Metil-2-Prolidon çözücüsünde çözülerek hazırlanan pomzanın ve N,N-

dimetilformamid çözücüsünde çözülerek hazırlanan kompozitin UV spektrumu, 190-

900 nm arasında tarama yapılarak alındı. Şekilde görüldüğü gibi, pomza belirtilen

dalga boyu aralığında diğer killer gibi UV spektrumu vermemektedir. Spektrumda

absorbsiyon yapan gruplar akrilonitril yapılarıdır. Jeevananda ve ark. (2004)’ nın

çalışmalarındaki PAN’ a ait spektrumda 330 nm’ de pik görülmektedir.

Poliakrilonitril moleküllerinin pomza tabakaları arasında polimerleşmesinden dolayı

bu pik, kompozitte 240 nm’ ye kaymıştır (Şekil 4.3).

Şekil 4.3. Pomza ve kompozitin UV-vis spektrumları

27

4.1.4. SEM Analizleri Pomza, kompozit ve bunların metallerle adsorpsiyonundan sonraki durumları

Taramalı Elektron Mikroskobunda incelenmiş ve fotoğrafları şekillerde

gösterilmiştir. Şekil 4.4.a’ da görüldüğü gibi pomza iri yapılara sahip partiküllerden

oluşmaktadır. Şekil 4.4.b’ deki PAN-pomza kompozitinin SEM fotoğrafında genel

olarak düzensiz partiküllerden oluşan yapılar görülmektedir. Bu yapılar, PAN ve

pomzadan gelen hem küresel hem de küresel olmayan partiküllerden oluşmuştur.

Aynı şekilde, Cu(II) metal iyonlarının pomza ile adsorpsiyonunun SEM fotoğrafında,

metalin pomzaya tutunumu kompozittekine oranla daha net görülmektedir.

Metallerin SEM görüntüleri de benzer özellikler göstermektedir ve eklerde

verilmiştir.

Şekil 4.4.a. Pomza SEM fotoğrafı

Şekil 4.4.b. Kompozit SEM fotoğrafı

28

4.2. Pomza ve Kompozitin Adsorpsiyon Analizleri

4.2.1. Metal Adsorpsiyonuna Derişimin Etkisi

0,5’ er gram pomza polipropilen kaplara tartıldı. Kompozit ile yapılan deneylerde ise

0,1 gram kullanıldı. Derişim değişiminin adsorpsiyona etkisini araştırmak için,

CrCl3.6H2O, CuSO4.5H2O, Cd(NO3)2.4H2O, K2Cr2O7 ve ZnSO4.7H2O’ den farklı

derişimlerde hazırlanarak, pomza ve kompozite 30 mL ilave edildi. Çalkalamalı

sıcak su banyosunda, oda sıcaklığında 2 saat çalkalandı. Dengeye gelen metal-

pomza, metal-kompozit karışımı vakum pompası ile gouch krozesinde süzülerek

çözeltiden ayrıldı. Daha sonra süzüntü hacmi 50 mL’ ye tamamlanarak çözelti

fazında dengedeki metal derişimlerini belirlemek için AAS ile ölçüm yapıldı. Şekil

4.5.(a)Cu(II)-pomza, Şekil 4.5.(b)Cu(II)-kompozit; Şekil 4.5.(c)Zn(II)-pomza, Şekil

4.5.(d)Zn(II)-kompozit; Şekil 4.5.(e)Cr(III)-pomza, Şekil 4.5.(f)Cr(III)-kompozit;

Şekil 4.5.(g)Cr(VI)-pomza, Şekil 4.5.(h)Cr(VI)-kompozit ve Şekil 4.5.(i)Cd(II)-

pomza, Şekil 4.5.(k)Cd(II)-kompozit adsorpsiyonunu göstermektedir.

Derişim grafiklerine göre; derişimin artmasıyla adsorpsiyonda önce hızlı bir artış

gözlenmekte, belli bir plato değerinden sonra adsorpsiyonun sabit kaldığı

görülmektedir. Metal çözeltilerinin derişikliği arttıkça adsorpsiyon da artmıştır.

Adsorpsiyon izotermleri bir gram reçine tarafından adsorplanan metal miktarına

karşı, çözeltide kalan metal miktarını grafiklendirerek elde edilmiştir (Şekil 4.5).

Freundlich ve Langmuir adsorpsiyon izotermleri bu grafikler yardımıyla hesaplanmış

ve Çizelge 4.1 ve 4.2’ de gösterilmiştir. Buna göre pomza ve kompozitle yapılan

metal adsorpsiyonu çalışmalarının bazıları Freundlich, bazıları Langmuir izotermine;

bazıları da her ikisine de uygunluk göstermektedir. Freundlich izoterminde

hesaplanan (k), adsorpsiyon kapasitesini gösterirken; (n) sabit bir değerdir. Langmuir

izotermindeki (As) adsorpsiyon kapasitesi, (Kb) ise adsorpsiyon enerjisiyle ilgili bir

sabittir.

29

Metal derişiminin düşük olduğu çözeltilerde fiziksel adsorpsiyon daha etkiliyken,

derişik çözeltilerde kimyasal adsorpsiyon daha etkilidir ve Langmuir izotermine

uyduğu bilinir.

Pomza ile metal adsorpsiyonu çalışmalarında; Cu(II), Zn(II) ve Cr(VI) metallerinin

her iki izotermle de uygunluk gösterdiği görülmüştür. Bu da hem fiziksel hem

kimyasal sorpsiyonun gerçekleştiği görüşünü desteklemekedir. Diğer metaller Cr(III)

ve Cd(II) ise daha çok Langmuir adsorpsiyon izotermine uymaktadır. Cu(II)

adsorpsiyonu ile ilgili olarak yapılan bir çalışmada (Yavuz ve ark., 2003); Cu(II)’

nin Langmuir adsorpsiyonuna uygunluk gösterdiği, ayrıca Cu(II) derişiminin

artmasıyla adsorpsiyonun arttığı ortaya çıkarılmıştır.

Kompozit ile yapılan çalışmalarda ise; sadece Cu(II) Langmuir izotermiyle uygun

olup, diğer metaller Freundlich izotermine daha uygundur. Buna göre daha çok

fiziksel adsorpsiyon olmaktadır. Rengaraj ve ark. (2002), IRN77 katyon değiştirici

reçineyle Cr(III) adsorpsiyonu incelemelerinde de Cr(III)’ un Freundlich izotermine

uygun olduğu sonucuna varmışlardır.

Çizelgelerdeki Freundlich izoterminin adsorpsiyon kapasitesi (k) değerlerine

bakıldığında, metal iyonları adsorpsiyonunun kompozitte arttığı görülmüştür.

Pomzanın poliakrilonitril ile hazırlanan kompoziti, onun adsorpsiyon özelliğini

artırmıştır.

Çizelge 4.1. Pomzanın Metal İyonları Sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir

İzoterm Parametreleri

Freundlich İzotermi Langmuir İzotermi Metaller k n R2 As Kb R2 Cu(II) 0,8113 1,8083 0,9506 0,0551 614,3000 0,9893 Cr(III) 0,1470 3,1969 0,8341 0,0353 1388,2649 0,9547 Cd(II) 3,9174 2,0597 0,7486 0,0628 5555,5555 0,9959 Cr(VI) 1,0048 0,0706 0,9468 1,7921 0,9228 0,9468 Zn(II) 1,7559 1,3453 0,9787 0,0945 2941,1764 0,9773

30

Çizelge 4.2. Kompozitin Metal İyonları Sorpsiyonunda Freundlich ve Langmuir İzoterm Parametreleri

Freundlich İzotermi Langmuir İzotermi Metaller k n R2 As Kb R2 Cu(II) 92,8324 0,5534 0,7554 0,0565 621,1180 0,8821 Cr(III) 34,0094 0,8599 0,8521 0,2183 196,0784 0,8469 Cd(II) 18,7499 0,5032 0,8923 0,0233 1351,3513 0,5386 Cr(VI) 83,2530 0,6203 0,9814 0,0476 45,8715 0,9557 Zn(II) 18,3982 0,0543 0,9797 1,2094 23,9693 0,8320

k ve As: Adsorpsiyon kapasitesi (mmol/g adsorban)

R2: Korelasyon katsayısı

Kb: Adsorpsiyon enerjisi ile ilgili sabit (L/mmol)

n: Freundlich izotermi ile ilgili sabit

0,00000,01250,02500,03750,0500

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008

C

q

0,0000,0200,0400,0600,080

0,000 0,008 0,016 0,024 0,032

C

q

(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit

0,0000,0150,0300,0450,060

0,0000 0,0003 0,0006 0,0009

C

q

0,000,010,020,030,04

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04

C

q

(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit Şekil 4.5. Metal tutulmasına derişimin etkisi grafikleri C: Dengede çözelti fazında kalan metal miktarı (mmol) q: 1 gram adsorbanın tuttuğu metal miktarı (mmol metal/g adsorban)

31

0,0000,0100,0200,0300,040

0,000 0,003 0,006 0,009 0,012

C

q

0,000,050,100,150,20

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020

C

q

(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit

0,000,020,040,060,08

0,0000 0,0003 0,0005 0,0008 0,0010

C

q

0,000,030,060,090,12

0,000 0,006 0,012 0,018 0,024

C

q

(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit

0,000,020,030,050,06

0,0000 0,0002 0,0003 0,0005 0,0006

C

q

0,0000,0250,0500,0750,100

0,000 0,006 0,012 0,018 0,024

C

q

(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.5. (devam)

32

4.2.2. Metal Adsorpsiyonuna Zamanın Etkisi

0,5 g pomza üzerine, 1.10-3 M metal çözeltileri ilave edilerek 48 saat boyunca metal

tutma miktarları incelenmiştir. Kompozit için ise 0,1 gram kullanılmış ve 24 saat

inceleme yapılmıştır. Belli zaman aralıklarında süspansiyonlardan belli hacimlerde

numuneler alınarak metal içerikleri ölçülmüştür. Zamanla adsorbe olan metal

miktarları grafiklendirilerek Şekil 4.6’ da gösterilmiştir.

Zamanla adsorpsiyon belli bir süre artmış; bir plato değerine ulaştıktan sonra

adsorpsiyon sabit kalmıştır. Pomza ile Cu(II) ve Cd(II) metallerinin adsorpsiyonunda

kısa sürede dengeye ulaşılmış, Zn(II), Cr(III) ve Cr(VI)’ da adsorpsiyon yavaş olup,

24 saat sonunda denge sağlanmıştır.

Kompozitte ise adsorpsiyon daha hızlı olmaktadır. Zn(II) ve Cr(VI)’ da adsorpsiyon

1 saat gibi kısa bir sürede tamamlanmış ve bu süreden sonra sabit kalmıştır. Kang ve

ark. (2002), IRN77 katyon değiştirici reçine ile sulu çözeltilerden Cr, Co ve Ni

iyonlarını uzaklaştırmak amacıyla yaptıkları çalışmalarda adsorpsiyonun hızla

yükseldiğini ve 1 saat sonunda dengeye ulaşıldığını göstermişlerdir. Bu da bizim

deneylerimizdeki kompozit-Cr(VI) adsorpsiyonu ile uyum sağlamaktadır.

Diğer metallerde (Cu(II), Cd(II), Cr(III)) 8 saat sonunda adsorpsiyon dengesi

kurulmuştur. Buna göre, pomzanın ve kompozitin toksik metalleri tutma özelliği

yüksek olup, poliakrilonitril-pomza kompozitinin metal adsorpsiyonu sadece

pomzanınkine oranla daha hızlı olmaktadır.

33

8082848688

0 1000 2000 3000

t, dakika

% S

76

80

84

88

0 500 1000 1500

t, dakika

% S

(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit

7778798081

0 1000 2000 3000

t, dakika

%S

607080

90100

0 500 1000 1500

t, dakika

% S

(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit

80

81

82

83

84

0 1000 2000 3000

t, dakika

% S

7678808284

0 500 1000 1500

t, dakika

% S

(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit

80

81

82

83

84

0 1000 2000 3000

t, dakika

% S

7071727374

0 500 1000 1500

t, dakika

% S

(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit

76

78

80

82

84

0 1000 2000 3000

t, dakika

% S

7879

808182

0 500 1000 1500

t, dakika

% S

(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.6. Metallerin zamana karşı adsorpsiyon grafikleri

34

4.2.3. Metal Adsorpsiyonuna pH’ ın Etkisi

0,5’ er gram tartılan pomza ve 0,1’ er gram tartılan kompozit üzerine 30 mL 1.10-3

M derişimde metal çözeltisinden 30 mL konuldu ve 0.1 M HCl ve 0.1 M NaOH

çözeltilerini kullanarak karışımın pH’ ı pH metreyle 2, 3, 4, 5, 6, 7 ve 8 civarında

ayarlandı. Çalkalamalı sıcak su banyosunda 2 saat karıştırıldı. Dengeye ulaşıldıktan

sonra süzme işlemi yapıldı. Hacim 50 mL’ ye tamamlanarak AAS’ de metal içeriği

belirlendi. Dağılma katsayısına karşı pH değişimi grafiklendirildi. pH 2 ile 8

aralığında yapılan çalışmalar, metal adsorpsiyonunun ortamın pH’ ından çok

etkilendiğini göstermektedir.

Dağılma katsayısı, kildeki metal iyon derişiminin sulu fazdaki metal iyon derişimine

oranı olduğundan dolayı, Kd değerlerinden pomza veya kompozitin metal iyonuna

karşı seçkinliği bulunabilir. pH grafikleri Şekil 4.7’ de görülmektedir. Bu grafiklere

göre, maksimum adsorpsiyon pH 8 civarında olmaktadır. Deneylerdeki pH

değişiminin adsorpsiyona etkisine bakıldığında, sorpsiyon veriminin daha bazik

bölgelere kaydığı açıkça görülmektedir.

Abollino ve ark. (2003)’ nın Na-montmorillonite ile Cu, Cd ve Pb uzaklaştırılması

çalışmalarında da katyonik ağır metaller için adsorpsiyonun, pH’ ın artmasıyla arttığı

görülmüştür. Düşük pH’ larda (2,5-3,5) hidrojen iyonları ile ağır metal iyonları

yarıştığı için adsorpsiyon az olmaktadır. Asidik ortamda, adsorplanan metal

katyonlarının pomza ve kompozitten desorplandığı ve bazik ortamlarda ise metal

katyonlarının hidroksitleri halinde çöktüğü görülmüştür.

Metal iyonlarının yarıçapı ve iyonik yük yoğunluğu da adsorpsiyonu büyük ölçüde

etkilemektedir. İyon yarıçapı küçükse, iyonlar kildeki küçük boşluklara kolayca

girerler ve sıkı bir şekilde tutunurlar. İyonik yükün fazla olması ise elektrostatik itme

kuvvetini artırır ve metalin tutunmasına engel olur. İyon yarıçapının küçük olması ve

iyonik yükün az olması adsorpsiyonu kolaylaştıran etkenlerdir.

35

Montmorillonitteki alüminol ve silanol gruplar proton sayısını artırarak metal

tutunumunu kolaylaştırmıştır. Bunun sebebi; yüzey reaksiyonlarının, yüzeysel yük ve

çözünmüş iyonlar arasındaki elektrostatik çekim kuvvetlerinden etkilenmesidir. Cd’

nin iyon yarıçapının büyük olmasına rağmen iyonik yük yoğunluğu fazla değildir. Bu

yüzden yüzeydeki protonlardan daha çok etkilenir ve kilde adsorpsiyon yüzeyini

artırır (Abollino ve ark., 2003).

Ağır metal içeren atık suların klinoptilolit kullanılarak arıtılması çalışmalarında pH

2-9 aralığı kullanılmış ve maksimum nikel giderimi pH 6’ da sağlanmıştır. pH 8 ve

daha yüksek değerlerde nikel iyonları Ni(OH)2 şeklinde çökelmiştir. Fakat bu

adsorpsiyonu yansıtmamaktadır (Çelebi, 2005). Yine adsorpsiyonun bazik bölgede

daha fazla olduğunu gösteren bir başka çalışmada sepiolite kullanılmış ve maksimum

kobalt adsorpsiyonu pH 8,2’ de gözlenmiştir. Kobalt için çökme pH’ ı 8 civarında

bulunmuştur (Kara, 2003). Bizim çalışmalarımızda kullandığımız metallerin

adsorpsiyonunda da benzer sonuçlar elde edilmiştir.

Korngold ve ark. (2003), anyon değiştiricilerle içme suyundan Cr(VI)

uzaklaştırılması üzerinde yaptıkları çalışmalarda benzer olarak, adsorpsiyon için

yüksek pH’ ların daha iyi olduğunu göstermişlerdir. Deneylerde adsorpsiyon pH 6’

dan sonra artmaya başlamış, pH 11’ de Cr(VI) iyonlarının Cr(OH)3 şeklinde

çöktükleri görülmüştür. Sonuç olarak, adsorpsiyon çökme pH’ ının altında

gerçekleşmiştir.

Adsorpsiyonun bazik bölgelerde daha çok olduğunu gösteren bir başka çalışmada,

sporopollenin şelat reçinesi kullanılmış ve sulu çözeltilerden ağır metallerin

uzaklaştırılması sağlanmıştır (Ersöz ve ark., 1995). Adsorpsiyon pH 8 civarında en

yüksektir. Düşük pH’ larda kompleks ile metal iyonları arasındaki elektrostatik itme

kuvvetleri adsorpsiyona engel oluşturmaktadır.

36

-2

-1

0

1

2

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

-1,5-1,0-0,50,00,51,01,5

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit

0,920,991,061,131,20

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

0,40,50,60,70,8

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit

01234

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

-2

-1

0

1

2

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit

0,991,00

1,011,02

1,03

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

0,900,951,001,051,10

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit

1,001,051,101,151,20

0 2 4 6 8 10

pH

log

Kd

0,00

0,03

0,06

0,09

0,12

0 2 4 6 8 10pH

log

Kd

(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.7. Metal iyonlarının pH’ a karşı dağılma katsayılarının değişim grafikleri

37

4.2.4. Metal Adsorpsiyonuna Sıcaklığın Etkisi ve Termodinamik Parametrelerin

Hesaplanması

Sıcaklık deneyleri için 0,5’ er gram pomza ve 0,1 gram kompozite 30 mL, 1.10-3 M

metal çözeltilerinden ilave edildi. 20, 35, 50 ve 65 °C sıcaklıklarda 2 saat karıştırıldı.

Dağılma katsayısına karşı sıcaklık değişimi grafiklendirildi (Şekil 4.8). Adsorpsiyon

metallere karşı farklılık göstermekle birlikte, genelde sıcaklıkla doğru orantılı olarak

artmaktadır.

Yüksek sıcaklıklarda reaksiyon hızının ve reaksiyon ürünlerinin artması,

adsorpsiyonu büyük ölçüde etkilemekte ve metal tutunumunu artırmaktadır. Tüm

sistemlerde sıcaklığın yükselmesiyle dağılma katsayıları yüksek sıcaklıklara doğru

kayar. Sıcaklığın artması sonucu yüzey ile metal arasındaki elektrostatik itme azalır

ve bu da tutunmanın daha kolay olmasını sağlar (Ersöz ve ark., 1995).

Yavuz ve ark. (2003)’ nın kaolinit ile Cu(II), Ni(II), Co(II) ve Mn(II) adsorpsiyonu

çalışmalarında, sıcaklık 25 0C’ den 40 0C’ ye yükseltildiğinde adsorpsiyonda artış

gözlenmiştir. Bunun sebebi, adsorban ile metal iyonları arasındaki kimyasal

etkileşimlerdir. Sıcaklığın yükselmesiyle ∆G (serbest enerji) değerlerinin düşmesi

adsorpsiyonun yüksek sıcaklıklarda daha iyi olduğunu göstermektedir. Grafiklere

göre adsorpsiyon için en uygun sıcaklık 50 0C ve üzeridir.

Grafiklere bakıldığında; pomza ile Cu(II), Cr(III), Cd(II) adsorpsiyonunun sıcaklıkla

artışının belirgin olduğu; Cr(VI), Zn(II) adsorpsiyonunda ise önemli bir değişiklik

olmadığı görülmektedir. Kompozit ile Cu(II)ve Cr(VI) adsorpsiyonunda sıcaklığın

artışı adsorpsiyonu önemli ölçüde değiştirirken, Zn(II) için bu oran çok azdır. Cr(III)

ve Cd(II) metallerinde ise sıcaklık artışı adsorpsiyonu çok fazla etkilememektedir.

Termodinamik Parametreler

Ağır metal sorpsiyonuna etki eden faktörlerden birisi olan sıcaklık, termodinamik

parametrelerin hesaplanmasında kullanılmıştır. Dağılma katsayısı (Kd) değerlerinin

38

logaritmaları alınarak 1/T’ ye karşı grafiğe geçirilmiş ve formül (4)’ den ∆H (entalpi

değişimi) ve formül (5)’ den deneylerde kullanılan sıcaklıklar için ∆G (serbest enerji)

değerleri hesaplanmıştır.

Log Kd = -∆H/2,303 R T + ∆S/ 2,303 R (4)

∆G = -RTlnK (5)

Çizelgelerde görüldüğü gibi entalpi değerleri (∆H) negatiftir. ∆H değerlerinin negatif

olması metalin adsorpsiyon reaksiyonunun ekzotermik bir reaksiyon olduğunu

gösterir. ∆G değerlerinin negatif olması ise adsorpsiyonun istemli olduğunu

göstermektedir. Bu sonuçlar Kara ve ark. (2003), Rauf ve Tahir (2000) ve Göde

(2002) tarafından yapılan termodinamik hesaplamalarıyla uyum içindedir.

Çizelge 4.3. Pomza Üzerinde Metal İyonlarının Adsorpsiyonu İçin Termodinamik

Parametreler

∆G0 (J.mol-1)

Metaller ∆H0

(J.mol-1) T=293,15 K T=308,15 K T=323,15 K T=338,15 K

Cu(II) -32657,36 -8859,64 -6895,51 -6115,39 -4217,06

Cr(III) -25255,08 -14531,36 -13318,34 -12700,42 -12377,37

Cd(II) -7045,38 -11424,11 -11374,58 -11627,63 -11945,83

Cr(VI) -2377,88 -8706,09 -8939,18 -9253,42 -9637,40

Zn(II) -399,08 -9903,51 -10398,47 -10896,59 -11343,07

Çizelge 4.4. Kompozit Üzerinde Metal İyonlarının Adsorpsiyonu İçin Termodinamik

Parametreler

∆G0 (J.mol-1)

Metaller ∆H0

(J.mol-1) T=293,15 K T=308,15 K T=323,15 K T=338,15 K

Cu(II) -3057,22 -571,04 -421,18 -300,10 -107,11

Cr(III) -3085,17 -6754,83 -6611,64 -7126,12 -7115,03

Cd(II) -2112,69 -6539,87 -6588,84 -6881,36 -7161,70

Cr(VI) -6393,99 -1085,79 -782,16 -316,75 -215,63

Zn(II) -109,21 -41,43 -19,98 -23,64 -27,55

39

0,00,51,01,52,0

280 300 320 340

T, K

log

Kd

0,000,040,080,120,16

280 300 320 340

T, K

log

Kd

(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit

1,601,651,701,751,80

280 300 320 340

T, K

log

Kd

0,0000,0020,0040,0060,008

280 300 320 340

T, K

log

Kd

(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit

1,01,52,02,53,0

280 300 320 340

T, K

log

Kd

1,01,11,21,31,4

280 300 320 340

T, K

log

Kd

(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit

1,11,21,31,41,5

280 300 320 340

T, K

log

Kd

0,500,751,001,251,50

280 300 320 340

T, K

log

Kd

(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit

1,81,92,02,12,2

280 300 320 340

T, K

log

Kd

1,01,11,21,31,4

280 300 320 340

T, K

log

Kd

(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.8. Metal iyonlarının sıcaklığa karşı dağılma katsayılarının değişimi grafikleri

40

4.2.5. Metal Adsorpsiyonuna Adsorban Miktarının Etkisi

Bu bölümde metal çözeltisine değişik miktarlarda pomza ve kompozit eklenmiştir.

Pomzadan 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 gram; kompozitten ise 0,06; 0,08; 0,1; 0,12 ve 0,14

gram kullanılmıştır. Adsorbanların üzerine 30 mL metal çözeltileri eklenerek,

sorpsiyona adsorban miktarının etkisi incelenmiştir. Şekil 4.9’ daki grafikler

adsorban miktarına karşı % sorpsiyonu göstermektedir.

Grafiklerde görüldüğü gibi, adsorban miktarının artmasıyla adsorpsiyon da artmıştır.

Belli bir değerden sonra adsorban miktarındaki artış sorpsiyonu etkilememiştir. Bu

durum, adsorban miktarı arttıkça tutunma için yüzey alanının büyümesi şeklinde

açıklanabilir (Rengaraj ve ark., 2002). Cr(VI)-kompozit grafiğinde % sorpsiyona

bakacak olursak, diğer metallere göre tutunma daha fazladır. Bu da, Cr(VI)’ nın

kompozit için daha iyi bir adsorban olduğunu gösterir.

Klinoptilolit ile atık sulardan Ni(II) iyonlarını uzaklaştırmak amacıyla yapılan

çalışmada da, benzer olarak klinoptilolit artışı adsorpsiyonu artırmıştır (Çelebi ve

ark., 2005).

Çay ve ark., (2004); sulu çözeltilerden Cu(II) ve Cd(II) ağır metallerinin

uzaklaştırılmasında adsorban olarak çay atıklarını kullandıkları çalışmada da bizim

deneylerimizde gözlediğimiz gibi adsorban miktarı arttıkça, metal iyonlarına karşı

adsorban partiküllerinin sayısı daha çok olmaktadır. Böylece, partiküller metal

iyonlarını çevreleyerek, iyonların yüzeyde tutunmasını kolaylaştırırlar.

41

7075808590

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

adsorban miktarı, g

% S

20,0

22,5

25,0

27,5

30,0

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15

adsorban miktarı , g

% S

(a) Cu(II)-pomza (b) Cu(II)-kompozit

98,098,198,298,398,4

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

adsorban miktarı, g

% S

05

101520

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15

adsorban miktarı , g

% S

(c) Zn(II)-pomza (d) Zn(II)-kompozit

99,4699,4899,5099,5299,54

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

adsorban miktarı, g

% S

2025303540

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15

adsorban miktarı, g

% S

(e) Cr(III)-pomza (f) Cr(III)-kompozit

97,0097,2597,5097,7598,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

adsorban miktarı, g

% S

95,095,195,295,395,4

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15

adsorban miktarı, g

% S

(g) Cr(VI)-pomza (h) Cr(VI)-kompozit

98,0098,2598,5098,7599,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

adsorban miktarı, g

% S

2023262932

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15

adsorban miktarı , g

% S

(i) Cd(II)-pomza (k) Cd(II)-kompozit Şekil 4.9. Metallerin sorpsiyonunun adsorban miktarına karşı değişimi grafikleri

42

5. SONUÇLAR Poliakrilonitril-pomza kompoziti sentezlenerek, SEM, FT-IR, X-ray, UV analizleri

ile karakterize edildi. Adsorban olarak kullanılan pomza ve kompozitinin Cu(II),

Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI) metal iyonlarını tutma miktarları AAS cihazıyla

ölçüldü.

Sonuç olarak, sulu çözeltilerden Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(III) ve Cr(VI) metal

iyonlarının uzaklaştırılmasında pomzanın ve kompozitinin çok iyi adsorban oldukları

belirlenmiştir. Araştırmalar atık sulara ve sulu çözeltilere bu prosesin

uygulanabileceğini göstermiştir.

Farklı metal derişimleri ile yapılan adsorpsiyon çalışmalarında, derişimin artmasıyla

adsorpsiyonun da arttığı gözlenmiştir. Seyreltik metal çözeltilerinde fiziksel

sorpsiyon görülürken; derişik metal çözeltilerinde hem fiziksel hem de kimyasal

sorpsiyon gerçekleşmiştir.

Adsorpsiyona zamanın etkisi incelenmiş ve zamanla adsorpsiyonun arttığı

gözlenmiştir. Adsorpsiyon pomzada daha yavaş gerçekleşmiş, kompozitte ise daha

kısa sürede denge sağlanmıştır.

Her iki adsorbanın da miktarının artışı sorpsiyonu artırmış, belli bir süreden sonra da

sabit değere ulaşılmıştır. Kompozit için Cr(VI) iyi bir adsorban iken, pomza için tüm

metallerde adsorpsiyon yüksektir.

pH değişiminin adsorpsiyona etkisi metallere göre değişiklikler göstermekle birlikte;

genellikle pH arttıkça tutunma da artmıştır. Adsorpsiyonun bazik bölgede daha çok

olduğu görülmüştür.

Sıcaklığın artmasıyla metal tutma miktarı da artmıştır. Entalpi değişimi ve serbest

enerji değerleri sıcaklıkla adsorpsiyonun artmasını doğrulamış ve reaksiyonların

kendiliğinden gerçekleştiğini göstermiştir.

43

Pomza ve PAN-pomza kompoziti, sulu çözeltilerden ve atık sulardan ağır metallerin

uzaklaştırılmasında, geri kazanılmasında ve kirlilik gideriminde kullanılabilecek

uygun materyaller olup, laboratuar ve endüstriyel alanda uygulanabilir olduğu

sonucuna varılmıştır.

44

6. KAYNAKLAR Abollino, O., Aceto, M., Malandrino, M., Sarzanini, C., Mentasti, E., 2003,

Adsorption of heavy metals on Na-montmorillonite, effect of pH and organic substances, Water Research 37, 1619-1627.

Akbal, F., 2005, Adsorption of basic dyes from aqueous solution onto pumice

powder, Journal of Colloid and Interface Science 286, 455-458. Atasoy, İ., 2000, Akrilonitril polimeriasyon reaktörünün dinamik modellenmesi,

Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans Tezi, 129s, Ankara. Bardakçı, B., Çiçek, E., 2005. Isparta pomzasının radyoaktif atıkların

adsorblanmasında kullanımı. Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 335-338, Isparta.

Chen, Y., Zhao, Y., 2003, Synthesis and characterization of polyacrylonitrile-2-

amino-2-thiazoline resin and its sorption behaviors for noble metal ions, Reactive & Functional Polymers 55, 89-98.

Chen, Y., Liang, C., Chao, Y., 1998, Synthesis and characterization of

polyacrylonitrile-thiosemicarbazide resin and its sorption behavior for Rh(III), Ru(IV), Pd(II) and Ir(IV) ions, Reactive & Functional Polymers 36, 51-58.

Chiron, N., Guilet, R., Deydier, E., 2003, Adsorption of Cu(II) and Pb(II) onto a

grafted silica isotherms and kinetic models, Water Research 37, 3079-3086. Choi, B., Park, Y., Gong, M., 2005, Ionic conductivity enhancement in Na2SO4-PAN

polymer composites, Materials Science and Engineering B 119, 177-181. Csoban, K., Parkanyi-Berka, M., Joo, P., Behra, P., 1998, Sorption experiments of

Cr(III) onto silica, Colloids and Surfaces 141, 347-364. Çabuk, M., 2005, Polimer-kil kompozitlerinin elektroreolojik özelliklerinin

incelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans tezi, 49s, Isparta.

Çay, S., Uyanık, A., Özaşık, A., 2004, Single and binary component adsorption of

copper(II) and cadmium(II) from aqueous solutions using tea-industry waste, Separation and Purification Technology 38, 273-280.

Çelebi, F., Argun, M.E., Özdemir, C., Dursun, Ş., 2005. Ağır metal içeren atık

suların klinoptilolit kulanılarak arıtımı. Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 339-342, Isparta.

45

Deng, J., He, C. L., Peng, Y., Wang, J., Long, X., Li, P., Chan, A.S.C., 2003, Magnetic and conductive Fe3O4-polyaniline nanoparticles with core-shell structure, Synthetic Metals.

Erkoyun, H., 2005. Pomzanın Türkiye’deki yeri ve önemi. Türkiye Pomza

Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 1-7, Isparta. Ersöz, M., Pehlivan, E., Duncan, H.J., Yıldız, S., Pehlivan, M., 1995, Ion exchange

equilibra of heavy metals in aqueous solution on new chelating resins of sporopollenin, Reactive Polymers 24, 195-202.

Fereira, S.L.C., Brito, C.F., Dantas, A.F., Araujo, N.M.L., Costa, A.C.S., 1999,

Nickel determination in saline matrices by ICP-AES after sorption on amberlite XAD-2 loaded with PAN, Talanta 48, 1173-1177.

Göde, F., 2002, Reçinelerle ağır metal adsorpsiyonu ve atık sulara uygulanması,

Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 119s, Konya. Hu, Z., Lei, L., Li, Y., Ni, Y., 2003, Chromium adsorption on high-performance

activated carbons from aqueous solution, Separation and Purification Technology 31, 13-18.

Inglezakis, V. Z., Loizidou, M. D., Grigoropoulou, H. P., 2002, Equilibrium and

kinetic ion Exchange studies of Pb+2, Cr+3, Fe+3 and Cu+2 on natural clinoptilolite, Water Research 36, 2784-2792.

Jeevananda, T., Siddaramaiah, Seetharamu, S., Saravanan, S., D’Souza, L., 2004,

Synthesis and characterization of ploy(aniline-co-acrylonitrile) using organic benzoyl peroxide by inverted emulsion method, Synthetic Metals 140, 247-260.

Kang, S., Lee, J., Moon, S., Kim, K., 2004, Competitive adsorption characteristics of

Co+2, Ni+2 and Cr+3 by IRN-77 cation Exchange resin in synthesized wastewater, Chemosphere 56(2), 141-147.

Kara, M., Yüzer, H., Sabah, E., Çelik, M.S., 2003, Adsorption of cobalt from

aqueous solutions onto sepiolite, Water Research 37, 224-232. Karakaş, Z., 2000, Akrilonitrilin elektrokimyasal polimerizasyonunda elektrolit

etkisi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Y. Lisans Tezi, 51s, İstanbul.

Kaşıkara-Pazarlıoğlu, N., Telefoncu, A., 1997. Pomzanın fenol içeren endüstriyel

atık suların biyokimyasal arıtımında kullanılması. 1. Isparta Pomza Sempozyumu. (Gündüz, L.) 25-29, Isparta.

46

Korngold, E., Belayev, N., Aronov, L., 2003, Removal of chromates from drinking water by anion exchangers, Separation and Purification Technology 33, 179-187.

Onar, A.N., Balkaya, N., Öztürk, B., 1997. Pomza taşının su arıtım teknolojisinde

kullanımı. 1. Isparta Pomza Sempozyumu. (Gündüz, L.) 31-38, Isparta. Özdemir, G., Öztürk, T., Ceylan, N., İşler, R., Coşar, T., 2003, Heavy metal

biosorption by biomass of Ochrobactrum anthropi producing exopolysaccaride in activated sludge, Bioresource Technology 90, 71-74.

Rauf, N.,Tahir, S.S., 2000, Termodynamıcs of Fe(II) and Mn(II) Adsorptıon

onto Bentonite from Aqueous Solutions, J. Chem. Thermodynamics 32, 651-658.

Reddy, K.R., Chinthamreddy, S., 2003, Effects of initial form of chromium on

electrokinetic remediation in clays, Advences in Enviromental Research 7, 353-365.

Reddy, K.R., Chinthamreddy, S.,1999, Electrokinetic remediation of heavy metal-

contaminated soils under reducing enviroments, Waste Management 19, 269-282.

Rengaraj, S., Yeon, K., Kang, S., Lee, J., Kim, K., Moon, S., 2002, Studies on

adsorptive removal of Co(II), Cr(III) and Ni(II) by IRN77 cation exchange resin, Journal of Hazardous Materials B92, 185-198.

Sevindir, H.C., Pakdil, N.B., 2005. Pomza taşı kullanılarak içme sularından demir ve

mangan giderilmesi. Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 321-325, Isparta.

Sezgin, M., Davraz, M., Gündüz, L., 2005. Pomza endüstrisine sektörel bir bakış.

Türkiye Pomza Sempozyumu ve Sergisi 2005. (Gündüz, L., Deniz, V.) 9-22, Isparta.

Surianarayanan, M., Rao, S.P., Vijayaraghavan, R., Raghavan, K.V., 1998, Thermal

behaviour of acrylonitrile polymerization and polyacrylonitrile decomposition, Journal of Hazardous Materials 62, 187-197.

Tranter, T.J., Herbst, R.S., Todd, T.A., Olson, A.L., Eldredge, H.B., 2002,

Evaluation of (AMP-PAN) as a cesium selective sorbent for the removal of Cs from acidic nuclear waste solutions, Advances in Environmental Research 6, 107-121.

Uzun, İ., Güzel, F., 2000, Adsorption of some heavy metal ions from aqueous

solution by activated carbon and comparison of percent adsorption results of activated carbon with those of some other adsorbents, Turk J. Chem. 24, 291-297.

47

Yavuz, Ö., Altunkaynak, Y., Güzel, F., 2003, Removal of copper, nickel, cobalt and manganese from aqueous solution by kaolinite, Water Research 37, 948-952.

Youssef, A.M., El-nabarawy, Th., Sarma, S. E., 2004, Sorption properties of

chemically-activated carbons and soprtion of cadmium(II) ions, Colloids and Surfaces A 235, 153-163.

Yu, T., Lin, J., Xu, J., Chen, T., Lin, S., 2005, Novel polyacryloniyrile

nanocomposites containing Na-montmorillonite and nano SiO2 particle, Polymer 46, 5695-5697.

http://www.cmo.org http://www.die.gov http://www.ekolojidergisi.com http://www.kimyaevi.org http://www.mta.gov http://www.tse.org http://www.tubitak.gov

48

7. EKLER

EK-1

Şekil 7.1. Pomza-Zn(II) SEM Şekil 7.2. Kompozit-Zn(II) SEM

fotoğrafı fotoğrafı

Şekil 7.3. Pomza-Cr(III) SEM Şekil 7.4. Kompozit-Cr(III) SEM

fotoğrafı fotoğrafı

49

Şekil 7.5. Pomza-Cr(VI) SEM Şekil 7.6. Kompozit-Cr(VI) SEM

fotoğrafı fotoğrafı

Şekil 7.7. Pomza-Cd(II) SEM Şekil 7.8. Kompozit-Cd(II) SEM

fotoğrafı fotoğrafı

Şekil 7.9. Pomza-Cu(II) SEM Şekil 7.10. Kompozit-Cu(II) SEM

fotoğrafı fotoğrafı

50

ÖZGEÇMİŞ

Adı Soyadı : Sema ÖZMERT

Doğum Yeri : Senirkent

Doğum Yılı : 1980

Medeni Hali : Bekar

Eğitim ve Akademik Durumu :

Lise 1994 – 1998 , Afyon Lisesi

Lisans 1998 – 2002 , Selçuk Üniversitesi Eğitim Fakültesi

Fen Bilgisi Öğretmenliği Bölümü

Yabancı Dil : İngilizce