Doğal ve gemini yüzey aktif maddelerle modifiye edilmiş klinoptilolit üzerinde boyar madde adsorpsiyonu
Adsorptıon of dye onto clinoptılolıte of natural and modified wıth gemını surfactants
Yazar: CANAN TEZCAN
Danışman: DOÇ. DR. GÜL HİSARLI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Boyalar = Dyes ; Boyar maddeler = Dyestuffs ; Kil = Clay ; Klinoptilolit = Clinoptilolite ; Yüzey aktif maddeleri = Surfactants ; Zeolitler = Zeolites

Özet:
Adsorpsiyon prosesi, endüstriyel atık sulardan organik boyar maddelerin uzaklaştırılmasında en etkili ayırma tekniklerinden biridir. Adsorpsiyon çalışmalarında, doğal ve modifiye edilmiş killer, yüksek adsorpsiyon kapasitesi ve düşük maliyet gibi birçok arzu edilir özelliklerinden dolayı, yaygın olarak kullanılan adsorbanlardir. Organik kirliliklerin adsorpsiyonunda, yüzey aktif maddelerle modifiye edilmiş kil yüzeyleri, adsorpsiyon kapasitesini arttırmaktadır.Gemini yüzey aktif maddeler (GYAM), bir ara bağlayıcı ile kimyasal olarak bağlanmış iki monomerik yüzey aktif madde molekülünden oluşmaktadır. Bu maddeler, monomerik yüzey aktif maddelerle karşılaştırıldığında daha yüksek yüzey aktivite ve daha düşük kritik misel konsantrasyonu (KMK) göstermektedirler.Bu çalışmada, doğal ve GYAM ile modifiye edilmiş klinoptilolit örnekleri adsorban olarak kullanılmıştır. Tetradesiltrimetil amonyum bromür (C14H29(CH3)3NBr) ve C4 ? C12 zincir uzunluğundaki ara bağlayıcılarla hazırlanan dört GYAM' in özellikleri NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Adsorban karakteristikleri XRD ve FT-IR teknikleri ile aydınlatılmıştır. Bir asit boyar madde olan Lanaset Green B' nin adsorpsiyonu GYAM' in arabağlayıcı zincir uzunluğuna, çözelti/adsorban oranına, temas süresine, başlangıç konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlı olarak UV?Vis. spektroskopisi kullanılarak incelenmiştir.Farklı başlangış konsantrasyonları için elde edilmiş olan denge verileri, Freundlich, Langmuir ve Dubinin-Radushkevich adsorpsiyon izoterm eşitliklerine uygulanmıştır. GYAM'ler ile modifiye edilmiş klinoptilolitin adsorpsiyon sonuçları, 2x10-4-1x10-3 M konsantrasyon aralığındaki boyarmadde çözeltisi için Langmuir izotermi ile iyi bir şekilde tanımlanmıştır. Langmuir denge sabitleri kullanılarak değerlendirilen termodinamik parametreler, adsorpsiyon prosesinin ekzotermik ve kendiliğinden olduğunu göstermiştir.25oC'de çalışılan tüm konsantrasyon aralığında (2x10-4-8x10-3 M), dört bölgeli Freundlich izotermleri gözlenirken, daha yüksek sıcaklıklarda bunlar, bir veya iki basamaklı izotermlere dönüşmüştür. Birinci ve ikinci bölgelerin anyonik boyar madde ile katyonik GYAM'lerin elektrostatik etkileşiminden kaynaklandığı düşünülürken, üçüncü ve dördüncü bölgeler, sıcaklıkla azalan hidrofobik etkileşimlere atfedilmiştir.D-R izoterm eşitliğinden elde edilen adsorpsiyon kapasiteleri ve ortalama enerji değerleri de boyar maddenin doğal klinoptilolit yüzeyine zayıf bir şekilde bağlandığını GYAM ile modifiye edilmiş yüzeyler üzerindeki adsorpsiyon prosesinde ise kuvvetli elektrostatik etkileşimlerin baskın olduğunu doğrulamıştır.

Abstract:
Adsorption process is one of the effective separation techniques to remove of organic dyes from industrial waste waters. In the adsorption studies, clays, in their natural and modified forms, are the most widely used adsorbents due to their many desirable properties as high sorption capacity and low cost. The modification of clay surfaces with surfactant increase the adsorption capacity for adsorption of organic pollutants.Gemini surfactants (GYAMs) are composed of two monomeric surfactant molecules chemically bonded together by a spacer. These materials, show higher surface activity and lower critical micelle concentration (CMC) in comparison to their corresponding monomeric counterparts.In this study, natural - and GYAM - modified clinoptilolite samples were used as adsorbents. Properties of four GYAMs prepared with tetradecyltrimethyl ammonium bromid (C14H29(CH3)3NBr) and spacers having C4 ? C12 chain lengths were characterized using NMR spectroscopy. Adsorbent characteristics were elucidated with XRD and FT-IR techniques. Adsorption of Lanaset Green B which is an acid dye was investigated depending on spacer length of GYAM, solution/adsorbent ratio, contact time, initial dye concentration and temperature using UV ? Vis. spectroscopy.Equilibrium data obtained from different initial concentrations were applied to Freundlich, Langmuir and Dubinin ? Radushkevich adsorption isotherm equations. Adsorption results for GYAM modified klinoptilolit well described by Langmuir isotherm in the concentration range of 2x10-4-1x10-3 M dye solutions. Thermodynamic parameters evaluated using Langmuir equilibrium constants showed that adsorption processes are exothermic and spontaneous.Four ? region Freundlich isotherms were observed in whole studied concentration range of 2x10-4-8x10-3 M at 25oC whereas they converted into two or one step at higher temperatures. The first and the second regions may be arising from electrostatic interactions of anionic dye with cationic GYAMs whereas the third and the four regions may be attributed to hydrophobic interactions which are reduced with temperature.Both adsorption capacities and mean energy values estimated from D-R isotherm equation also confirm that adsorption process on GYAM modified surfaces is dominated by strong electrostatic interactions whilst dye loosely bound natural clinoptilolitesurface.