Çeşitli katyonik yüzey aktif maddelerin klinoptilolit (doğal zeolit) üzerine adsorpsiyon mekanizmalarının incelenmesi ve modifiye klinoptilolit ile sıvılardaki non-iyonik organik kirleticilerin tutulması
Investigating of the adsorption mechanisms of various cationic surface active agents onto clinoptilolite (natural zeolite) and capture of the non-ionic organic contaminants in liqueds by modified clinoptilolite
Yazar: BAHRİ ERSOY
Danışman: PROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Doktora, 2000
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Doğal zeolit = Natural zeolite ; Organik kirleticiler = Organic pollutants ; Yüzey aktif maddeleri = Surfactants ; Zeolitler = Zeolites ; İyon değiştiriciler = Ion exchanges

Özet:
Bu çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada hem kesikli sistemde ve hem de kesiksiz sistemde olmak üzere, kuaterner amin grubu farklı zincir uzunluğuna sahip yüzey aktif maddelerin [HTAB: R(CH3)3NBr, R:Ci6H33 ; TTAB: R(CH3)3NBr, R: C14H29; DTAB: R(CH3)3NBr, R: C12H25] klinoptilolit üzerine adsorpsiyon mekanizmaları detaylı bir şekilde incelenerek Modifiye Frumkin ve Langmuir modeline göre termodinamik parametreleri belirlenmiş ve böylece klinoptilolit yüzeyinin modifiye edilmesinde kullanılacak yüzey aktif madde (YAM) tesbit edilmiştir. İkinci aşamada ise tesbit edilen bu YAM (HTAB) ile klinoptilolit yüzeyi modifiye edilerek organo-klinoptilolit (modifiye klinoptilolit) hazırlanmıştır. Sonra kesikli ve kesiksiz sistemde hem doğal klinoptilolit (DK) ve hem de organo- klinoptilolit (OK) üzerine, sıvı atıklarda bulunan ve toksik etkiye sahip olan anilin ve nitrobenzen türü organik kirleticilerin adsorplanma mekanizmaları incelenerek Freundlich modeline göre adsorpsiyon serbest enerjileri ve adsorpsiyon sabitleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlardan bazıları şunlardır; I) YAM'lerin klinoptilolit üzerine adsorpsiyonu ağırlıklı olarak iyon değiştirme ve hidrofobik (zincir-zincir) etkileşim mekanizmaları ve daha az oranda da elektrostatik etkileşim mekanizmaları ile gerçekleşmektedir, II) 16 karbon zinciri ile en fazla zincir uzunluğuna sahip HTAB, 14 karbon zincirli TTAB ve 12 karbon zincirli DTAB'a göre klinoptilolit yüzeyine daha çok adsorplanmaktadır, III) Modifiye Frumkin modeline göre HTAB, TTAB ve DTAB'a ait adsorpsiyon serbest enerjisi (AGads) değerleri sırasıyla -36.33, -32.46 ve -31.57 kJ/moPdür, IV) Kolon reaktörde elde edilen klinoptilolit üzerine HTAB adsorpsiyon kapasitesi 4.39 mg/cm3'dür, V) DK üzerine anilin ve nitrobenzen adsorpsiyon kapasitesi çok düşük düzeyde iken HTAB ile klinoptilolit yüzeyinin modifiye edilmesi ve organo-khnoptilolitin hazırlanmasıyla bu kapasite çok yüksek oranda artmaktadır, VI) OK üzerine nitrobenzen adsorpsiyonu aniline göre daha yüksek oranda olup, bu durum bu organik kirleticilerin su içerisindeki çözünürlüklerinin ve organik-su fazındaki dağılım katsayılarının farklı olmasından kaynaklanmaktadır, VII) Freundlich modeline göre OK üzerine nitrobenzen ve anilin adsorpsiyonu serbest enerji (AG) değerleri sırasıyla -10.51 ve -4.94 kJ/moPdür, VIII) Kolonda OK üzerine nitrobenzen ve anilin adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 0.57 ve 0.47 mg/cm3'dür.

Abstract:
This study consists of two parts. In the first part, the adsorption mechanisms of quaternary ammonium surface active agents of different chain length i.e. HTAB, TTAB and DTAB onto clinoptilolite were investigated in both batch and continuous systems. The effect of conditioning time, solids concentration, pH, concentration and temperature on the adsorption of quaternary amines onto clinoptilolite surface was systematically studied. In the second part, the clinoptilolite surface was modified by HTAB thus in order to produce organo-clinoptilolite. Then, The adsorption mechanisms of toxic organic chemicals, aniline and nitrobenzene, which are present in wastewater or undergound water with organo-clinoptilolite and natural clinoptilolite were investigated in batch and continuous systems. Thermodynamic parameters using Modified Frumkin and Langmuir models were utilized to obtain the adsorption free energies and heat of adsorption. Some of the conclusions are as follows; I) The adsorption mechanisms of quaternary amines exhibit two distinct regions involving ion exchange and hydrophobic (chain- chain) interaction mechanisms; the contribution of electrostatic interaction is minimal, II) The adsorption density increases with increasing the chain hydrocarbon length, III) The adsorption free energies (AGads) of HTAB, TTAB and DTAB for modified Frumkin model -36.33, -32.46 and -31.57 kJ/mol, respectively. IV) The adsorbed amount of HTAB onto natural clinoptilolite in column is 4.39 mg/cm. V) Adsorption capacities of aniline and nitrobenzene onto clinoptilolite is very low but when clinoptilolite surface was modified by HTAB its adsorption capacity increased significantly, VI) The adsorbed amount of nitrobenzene onto organo-clinoptilolite (or modified clinoptilolite) is higher than aniline due to the differences in the solubilities and distribution coefficients of nitrobenzene and aniline, VII) The adsorption free energies (AGads) of aniline and nitrobenzene onto organo-clinoptilolite for Freundlich model are -4.94 and -10.51 kJ/mol, respectively. VIII) The adsorption amount of nitrobenzene and aniline onto organo-clinoptilolite in column are 0.57 and 0.47 mg/cm, respectively. The results generally reveal the importance of ion exchange and hydrophobic interactions in the system.