Şırnak külünün Cd(II) ve Zn(II) adsorpsiyonunun araştırılması
Şırnak ash Cd(II) and Zn(II) adsorption to investigate
Yazar: BİRGÜL ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. IŞIL AYDIN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Kadmiyum = Cadmium ; Kül = Ash ; Çinko = Zinc

Özet:
Yapılan son çalışmalarla, toksik metallerin hem çevreye hem de canlıların biyolojik aktiviteleri üzerine olumsuz etki yaptığı artık kesinlik kazanmıştır.Önemli toksik metallerden olan Kadmiyum (Cd) ve Çinko (Zn) elementleri de bu zararlı etkilerde bulunan elementlerdendir.Ülkemizin oldukça önemli kömür yataklarına sahip olduğu bilinmektedir. Her yıl tonlarca kömür çıkarılmakta, sanayi ve endüstri de enerji kaynağı olarak kullanılmakta ve enerji kaynağı olarak çok önemli bir yer tutmaktadır. Ama kullanıldıktan sonra atık olarak geriye kalan küllerinin değerlendirilmesi pek mümkün olmamaktadır.Bu çalışma Şırnak asfaltitinden elde edilen küllerden, adsorpsiyon yöntemi ile Kadmiyum (Cd) ve Çinko (Zn) gibi iki önemli toksik metalin uzaklaştırılmasının yüksek verimle kullanılmasını sağlamak amacıyla yapılmıştır.Şırnak asfaltiti öncelikle 900ºC 'de kül fırınında 4 saat tutulmuş ve -140 mesh'e kadar öğütülmüştür. Külün suda çözünme oranının çok düşük olması avantajı gözlendikten sonra Kadmiyum (Cd) ve Çinko (Zn) elementleri için ayrı ayrı konsantrasyon, adsorban madde miktarı, pH, sıcaklık, süre gibi parametreler tespit edilmiştir.Külün hiçbir modifikasyona tabi tutulmadan yapılan adsorpsiyon deneylerinde sırasıyla; Zn için 500 ppm, Cd için ise 400 ppm optimum konsantrasyon miktarı tespit edilmiştir. Adsorban miktarı ise Cd için 0,5 g, Zn için ise 0,6 g olarak belirlenmiştir. Çünkü bu optimum değerlerden sonra adsorban miktarının artması ile adsorpsiyon değerlerinde düşme olmaktadır. Yani adsorpsiyon artık olumsuz olarak etkilenmektedir.Çalışılan pH deneylerinde ise verim daha çok asidik bölgelere kaymıştır ki, Cd için pH = 6 ve Zn için pH = 5,5 değerleri elde edilmiştir. Çünkü kuvvetli asidik pH da hidrojen ve metal iyonları yarışması söz konusu olmaktadır.Sıcaklığın etkisi için 4 farklı sıcaklıkta deneyler gerçekleştirilmiş ve sıcaklıkla Cd ve Zn 'nun tutulmasının arttığı belirlenmiştir. Endotermik tepkimelerin gerçekleştiği gözlenerek 60 ºC her iki metal içinde verimde optimum değer olarak saptanmıştır.Denge temas sürelerinin belirlenmesinde, kullanılan adsorbanın özelliği ve adsorbanın metal iyonu adsorpladığında verimin maksimuma ulaşması çok önemlidir. Bunun için yapılan çalışmalarda Cd için denge temas süresi 40 saat iken, Zn için 2 saat olarak bulunmuştur.Yapılan kinetik çalışmalarda 4 ayrı sıcaklık çalışılarak, veriler Lagergren ve Ho-McKay denklemlerinde değerlendirilerek sonuçların Ho-McKay denklemine daha uygun olduğu görüldü. Yapılan bu kinetik çalışmalardan sonra adsorpsiyon izotermleri çalışıldı. 4 farklı sıcaklık için adsorpsiyon izotermleri çizildi. Giles' in L- tipi izotermine uygunluğu saptandı ve Cd ile Zn için adsorpsiyon izotermlerinin Langmuir izotermine uyduğu belirlendi.Çalışmanın ikinci bölümünde de termodinamik parametreler hesaplanarak; ?G ?S ve ?H değerleri bulundu.Böylece külün modifiye edilmeden kullanılarak, Cd ve Zn toksik metalleri için adsorban özelliği belirlendi.

Abstract:
It is certain that toxic metals have harmful effects on both environment and on biological activities of living organisms as the recent studies shown.Cadmium(Cd) and Zinc(Zn), which are important toxic metals, posses these harmful effects as well.It is well known that our country has significant amount of coal reserves. Every year tonnes of coal are produced, used as an energy source in industry, so coal is an important source of energy. However, evaluation of the residual ash is not so common.The present study was arimed to employ ashes of Şırnak asphaltite coal in for removal of two important toxic metals, Cadmium(Cd) and Zinc(Zn), in high yields by adsorption.Şırnak asphaltite coal was first placed in an ash oven for 4 hours at 900 0C and then it was sreved to -140 mesh. Having seen that solubility of ash in water was too low, several parameters, such as concentration, amount of the adsorbent, pH, temperature and time for Cadmium(Cd) and Zinc(Zn) elements were investigated distinctively.In the adsorption experiments for the unmodified ash, optimum concentrations were found 500 and 400 ppm for Zinc(Zn) and Cadmium(Cd), respectively. Amount of the adsorbent was established as 0,5 and 0,6 g for Cadmium(Cd) and Zinc(Zn), respectively, and beyond these values adsorption decreases as the amount of adsorbent increases.In the pH experiments, higher yield was obtained at acidic region and pH 6 for Cd and pH 5,5 for Zn were determined, which may be attributed to competition of hydrogen and metal ions at strong acidic pH.To investigate temperature effect, several experimens were carried out at four different temperature and it was found that adsorption of Cadmium(Cd) and Zinc(Zn), increased as temperature increased. Reactions were determined as endothermic and 60 0C was chosen as optimum temperature for both metals.In determining equilibrium contact time, nature of the adsorbent as well as reaching of the yield a maximum when the adsorbent adsorbed the metal ion are important factors. In these studies the equilibrium contact time for Cd was 40 hours, where as that for Zn was 2 hours.In the kinetic studies, four different temperatures were investigated, the data were applied Lagergren and Ho-McKay equations and the results were fitted best for Ho-McKay equation. After these kinetic studies, adsorptions isotherm were studied and adsorption isotherms were plotted for four different temperatures, which were fitted Giles? L type isotherm. Adsorption isotherm of Cadmium(Cd) and Zinc(Zn) were fitted best Langmuir isotherm.In the second part of the study, ?G ?S and ?H values were found by calculating the thermodynamic parameters.In conclusion, it was determined that the ash could be employed as unmodified from and ıts adsorbance features were studied for Cadmium(Cd) and Zinc(Zn) toxic metals.