XAD-7 reçinesi üzerindeki Kongo kırmızısının adsorpsiyon izotermlerinin incelenmesi
Study of adsorption isoterms of Congo red adsorption on XAD-7 resin
Yazar: SEVİL YAŞAR EYNUR
Danışman: DOÇ. DR. NEVİM SAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Adsorpsiyon kinetiği = Adsorption kinetic ; Amberlit reçinesi = Amberlit resin

Özet:
Gelişen ve artan endüstriyel faaliyetler sonucu açığa çıkan atıkların artması ve kontrolünün sınırlı olması, bu atıkların kontrolsüz şekilde doğaya bırakılması çevre kirliliğine neden olmaktadır. Dünya nüfusundaki hızlı artış ve bu artışa paralel kullanılan ürün çeşitliliği çevre problemlerini de beraberinde getirmektedir. Çeşitli kaynaklardan özellikle su ortamına istenmeyen şekilde karışan kirleticilerin, bulundukları ortamdan uzaklaştırılması bilim dünyasının üzerinde çalıştığı başlıca konulardan biridir. Çevreye karışan istenmeyen maddelerin başında, organik esaslı büyük molekül yapısına sahip olan boyar maddeler gelir. Boyar maddeler zehirli olmasalar dahi su ortamına karıştıklarında suyun renklenmesine neden olarak, su içine giren güneş ışınlarının miktarının değişmesine neden olurlar. Su ortamına karışan kirleticileri uzaklaştırmak için fiziksel, kimyasal ve biyolojik temelli birçok yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemler ya tek başlarına ya da iki veya üçü birarada kullanılabilirler. Ancak kullanılan yöntemlerin uygulandıkları sistemlere bağlı olarak olumlu ve olumsuz tarafları mevcuttur.
Adsorpsiyon, ortama karışan kirlilikleri uzaklaştırmak için kullanılan basit ve ucuz olması nedeniyle tercih edilen yöntemlerin başında gelir. Adsorpsiyon işleminde kullanılan adsorban maddeler de mümkün olduğunca ucuz ve çok kullanımlı maddelerden seçilmektedir. Adsorban maddeler temel olarak doğal veya sentetik maddeler olabilmektedir. Doğal adsorbanlar basit şekilde hazırlanarak veya yüzey modifikasyonu yapılarak daha etkin hale getirildikten sonra kullanılmaktadırlar. Sentetik adsorbanların büyük bir sınıfını ise polimerik esaslı maddeler oluştururlar. Sentetik polimerik maddelerden olan amberlit reçineler adsorpsiyon işlemlerinde tercih edilen endüstriyel polimerik adsorbanlardır. Amberlit XAD-7 poliakrilik ester esaslı bir polimerik reçine olup, hidrofilik karakteri ve fiziksel özellikleri nedeniyle sulu çözeltiden atık maddeleri uzaklaştırmaya elverişli bir adsorbandır.
Kongo kırmızısı anyonik karakterli bir diazoboyar maddedir ve birçok ülkede canlılar üzerinde toksik etki oluşturduğundan kullanılması yasaklanmıştır. Bu çalışmada, polar karakterli sentetik bir adsorban olan XAD-7 reçinesinin Kongo kırmızısı boyar maddesinin su ortamından uzaklaştırılması için uygun bir adsorban olup olmadığı kesikli bir sistem kullanılarak belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca adsorpsiyon işlemine etki eden parametreler incelenmiştir. Bu parametreler; adsorban – absorbat ilişkisini gösteren denge temas süresi, adsorban miktarı, başlangıç Kongo kırmızısının konsantrasyonu, pH ve sıcaklık etkisidir.
Kongo kırmızısının XAD-7 reçinesi üzerinde adsorpsiyonu işlemi için dengeye ulaşma temas süresi 240 dakikadır. Optimum adsorban miktarında ve 10 mg L-1 konsantrasyon değerindeki adsorbatın % 96,8'i adsorban tarafından uzaklaştırılmıştır. pH'ın adsorpsiyon işlemi üzerinde, 4 – 11 aralığında, çok büyük bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Adsorpsiyon işlemi için etkin pH değerinin, çözelti pH değeri olan, 5,85 olduğu bulunmuştur. 30 oC, 35 oC ve 40 oC sıcaklık değerlerinde yapılan adsorpsiyon çalışmaları sonucunda sıcaklık artışı ile adsorpsiyon işleminin denge temas süresinin azaldığı tespit edilmiştir.
Adsorpsiyon işlemi Freundlich, Langmuir, Temkin ve Dubinin-Radushkevich izoterm modelleri kullanılarak incelenmiştir. Adsorpsiyon işleminin en iyi Langmuir izoterm modeline uyduğu bulunmuştur. Yalancı ikinci mertebe hız modelinin adorpsiyonun kinetik verilerini değerlendirmek için en uygun hız modeli olduğu görülmüştür. Gibbs serbest enerjisi -1,38 kJ mol-1, entalpi değeri -32,37 kJ mol-1 ve entropi değeri de -102,44 J mol-1 K-1 bulunmuştur. İncelenen adsorpsiyon işleminin ekzotermik ve kendiğilinden gerçekleşen bir işlem olduğu görülmüştür.

Abstract:
Developing and growing industrial activities result increase and limited control of wastes and release of these wastes to nature in an uncontrolled manner causes environmental pollution. Mass increase in world population and parallel to this growth used product variety also raises environmental problems. Undesirable contaminants in water from various sources removal, from their environment is the one of that major issues for researchers Worldwide. Major undesirable substances that contaminates environment is organic based large dyestuff molecules. Almost dyestuffs are not poisonous after contamination to water, causes to coloration and that is why it effects to sunlight interaction to water. In treatment process of water there are several methods like physical, chemical and biological methods are used. These methods are applied one by one or two and three in the same time but there are advantages and disadvantages which depends on methods used. Adsorption is leading method which is chosen to remove contaminants in water as easy and cheap way. In this application also adsorbents must be cheap and useful too. Adsorbents are basically classified as natural and synthetic way. Natural adsorbents are applied by easily preparation or after a surface modification for activation. Large amount of synthetic adsorbents are polimeric based, amberlite XAD-7 is a kind of polimeric resin which is based on polyacrylic ester. It has a good adsorbent character to adsorb from water by hydrophilic and physical specifications. Congo red is anionic diazodyestuff and because of it's toxic effect to living nature it is banned in many countries. In this study it is tried to monitor adsorbent effect of XAD-7 to Congo red as a polar characterized resin from contaminated water. Continuos XAD-7 treatment is applied for investigation. Besides that parameters that effects the adsorption are investigated too. These parameters are; equilibrium contact time for adsorbent-adsorbate, adsorbent amount, Congo red concentration, pH & temperature. Congo red's equlibrium contact time for XAD-7 resin adsorption is 240 minutes. Optimum amount of adsorbent is 10 ppm of adsorbate is removed by % 96,8 of adsorbent. Also it is recorded as pH 4 - 11 values have not a big effect on adsorption. pH 5,85 is the most effective pH value for adsorption process. As temperature we have worked in 30 °C, 35 °C, 40 °C and increasing temperature dicreases equilibrium contact time of adsorbents. Adsorption process is reviewed by using Freundlich, Langmuir, Temkin and Dubinin-Radushkevich isoterm models. It is found that our process fits to Langmuir isoterm in the best way. Second order kinetic model is the most suitable one to evalution of kinetic values. Gibbs free energy is -1,38 kj mol-1, enthalpy value -32,37 kj mol-1 and entropy value is -102,44 J mol-1 K-1 as calculated. Adsorption process has been spontaneous and exothermic.