Klinoptilolit sentezi ve iyon değişimi
Clinoptilolite synthesis and ion exchange
Yazar: POYRAZ UZUN
Danışman: PROF. DR. MÜJGAN ÇULFAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Ağır metaller = Heavy metals ; İyon değişimi = Ion exchange

Özet:
Bu çalışmada tek fazlı, yüksek saflıkta, tek iyon formunda klinoptilolit sentez edilmiş ve bu sentetik klinoptilolitin NH4+, Pb2+, Cd2+ ve Zn2+ iyonlarına karşı iyon değişim özellikleri araştırılmıştır.Sentez çalışmalarında başlangıç bileşimi literatürdeki tekrarlanabilir sentez reçetesi dikkate alınarak 2Na2O:Al2O3:12SiO2:120H2O, kristalleşme sıcaklığı 145oC, kristalleşme süresi 5 gün olarak belirlenmiştir. Aşı kristali olarak 100 g sentez karışımı için 0,5 g Gördes klinoptiloliti kullanılmıştır. Yapılan X-ışını kırınımı (XRD) ve X-ışını fluoresansı (XRF) analizleri sonucunda sentezlenen klinoptilolitlerin sodyum formunda, doğal klinoptilolit örneklerine göre yüksek saflıkta oldukları ve yapısında başka mineral fazlarının bulunmadığı belirlenmiştir.Klinoptilolitin XRF analizi sonucu teorik iyon değişim kapasitesinin 2,29 meşg-sayısı/g kli. olarak belirlenmiş olup çalışmalarda NH4+, Pb2+, Cd2+ ve Zn2+ iyonları için teorik kapasitenin tamamının kullanıldığı belirlenmiştir.İkili iyon değişimi çalışmalarında, sodyum formundaki sentetik klinoptilolitin NH4+, Cd2+ ve Zn2+'ye literatürde farklı yörelere ait doğal klinoptilolit örnekleriyle yapılan çalışmalara oranla yüksek seçicilik sergilemiştir. Sentetik klinoptilolit Pb2+ iyonunu Na+ iyonuna göre fazla tercih etmesine rağmen literatürdeki çalışmalar içinde belirgin bir farklılık görülmemiştir. Sodyum formundaki sentetik klinoptilolit için belirlenen seçicilik sıralaması NH4+~Pb2+>>Cd2+~Na+~Zn2+ olarak belirlenmiştir.Üçlü iyon değişimi çalışmalarında, sentetik klinoptilolit ile Na+/Pb2+/Zn2+, Na+/Pb2+/Cd2+, Na+/Cd2+/Zn2+ ve Pb2+/Cd2+/Zn2+ sistemleri incelenmiştir. Sentetik klinoptilolit tüm üçlü sistemlerde Pb2+ iyonunu tercih etmekte olup ortamda üçüncü bir katyonun bulunması sentetik klinoptilolitin Pb2+ iyonuna olan seçiciliğini artırdığı belirlenmiştir. Sodyum formundaki sentetik klinoptilolitin Cd2+ ve Zn2+ iyonlarına davranışında bir değişiklik olmamış, ikili iyon değişim çalışmalarındaki gibi sistem belirli bir noktadan sonra Na+ iyonuna seçici davranmıştır. Na+/Cd2+/Zn2+ üçlü iyon değişim sisteminde, sentetik klinoptilolit belirgin bir ayrım gözetmeksizin her iki ağır metale de seçici davranmıştır.

Abstract:
In the present study, the synthesis of pure phased, homoionic formed clinoptilolite at high crystallinity was investigated and ion exchange properties of synthetic clinoptilolite were specified on several cations.In synthesis step, the clinoptilolite was hydrothermally crystallized as a pure phase at 145oC, in 5 days, with 0,5%(wt/wt) seed as Gördes clinoptilolite, using a benchmark composition of 2Na2O:Al2O3:12SiO2:120H2O.In the second step, binary ion exchange equilibrium studies of Na+/NH4+, Na+/Pb2+, Na+/Cd2+, Na+/Zn2+ systems on synthetic clinoptilolite was performed. Ion exchange isotherms were compared with natural clinoptilolite isotherms presented in the literature. According to the isotherms of Na+/NH4+ ion exchange it was observed that the selectivity of synthesis clinoptilolite on ammonium ion was higher than the selectivities of the natural clinoptilolites in the literature. The isotherms of Na+/Cd2+ and Na+/Zn2+ systems were estimated to be sigmoidal. The synthetic clinoptilolite was exhibited high selectivity for cadmium and zinc ions compared to the literature. Despite high preferance of synthetic clinoptilolite for lead ion in Na+/Pb2+ binary system, a significant difference was not determined with respect to the literature.Finally, ternary ion exchange equilibrium studies of Na+/Pb2+/Zn2+, Na+/Pb2+/Cd2+, Na+/Cd2+/Zn2+ and Pb2+/Cd2+/Zn2+ on synthetic clinoptilolit were carried out. In the Na+/Pb2+/Zn2+, Na+/Pb2+/Cd2+ and Pb2+/Cd2+/Zn2+ ternary exchange process, clinoptilolite showed high selectivity for lead and was not affected from the third cation which was presented in the systems. The synthetic clinoptilolite prefered lead in all Az values. In the Na+/Cd2+/Zn2+ ternary exchange, the synthetic clinoptilolite selected both cadmium and zinc ions in the system.