Kuaterner amin bileşikleri ile modifiye edilen klinoptilolitin Cr(VI) tutma kapasitesinin belirlenmesi
Determination of Cr(VI) uptake capacity of clinoptilolite modified by quaternary amine compounds
Yazar: BAŞAK YURTSEVEN
Danışman: DOÇ. DR. MOİZ ELNEKAVE
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Krom, periyodik tablonun VI-B grubunda yer alan bir geçiş elementidir. Krom elementi farklı oksidasyon basamaklarına sahip olmasına rağmen yalnızca Cr(III) ve Cr(VI), doğada kararlı halde bulunmaktadır. Cr(III), canlılar için gerekli bir nutrient iken Cr(VI) toksik ve kanserojendir.Metalurji, kimya, deri, tekstil ve elektrokaplama endüstrileri atıksularında yüksek konsantrasyonda Cr(VI) bulunmaktadır. Cr(VI) içeren atıksuların arıtımında kullanılan yöntemler, kimyasal çöktürme, membran prosesleri, buharlaştırma, iyon değişimi ve adsorpsiyon olarak sıralanabilmektedir. Kimyasal çöktürme işlemi, ucuz ve kolay bir yöntem olmasına karşılık işlem sonucu yüksek miktarda toksik çamur oluşmaktadır. Cr(VI) geri kazanımına olanak sağlayan membran prosesleri ve buharlaştırma işlemi ise yüksek maliyetlidir ve ön arıtıma ihiyaç duyulmaktadır.Adsorpsiyon ve iyon değişimi yönteminde ise yüksek Cr(VI) giderim verimi elde edilmektedir. Ticari adsorban ve reçinelerin pahalı olması neden ile ucuz maliyetli adosrbanların kullanımı konusunda çalışmalar önem kazanmıştır. Atık sulardan ağır metallerin giderilmesi için kullanılabilecek düşük maliyetli adsorbanlar, zeolit, kil, ve tarımsal atıklar olarak sıralanabilmektedir.Zeolitler, alkali ve toprak alkali elementlerin kristal yapılı sulu alüminyum silikatlarıdır. Zeolitler, negatif yüke sahiptir ve yapısında değişebilir katyonlar bulundurmaktadır. Bu nedenle yüksek katyon tutma kapasitesine sahip olan zeolitlerin Cr(VI) gibi suda anyonik yapıda bulunan metalleri tutma kapasitesi düşüktür. Bu yüzden zeolitin modifikasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır.Bu çalışmada kuaterner amin grubundan olan ODTMA ve HDTMA ile modifiye edilen klinoptiolitin Cr(VI) tutma kapasitesi incelenmiştir. Yürütülen deneylerde temas süresi, pH, başlangıç Cr(VI) konsantrasyonu, adsorban dozu gibi parametrelerin klinoptilolitin Cr(VI) tutma kapasitesi ve giderim verimi üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir.Modifikasyon işlemi sonucunda ODTMA'nın HDTMA'a oranla klinoptilolit yüzeyine daha fazla miktarda adsorblandığı tespit edilmiştir. Cr(VI) giderim deneylerinde ise pH, başlangıç krom konsantrasyonu, temas süresi, adsorban dozu gibi parametrelerin ODTMA ve HDTMA ile modifiye edilen klinoptilolitler Cr(VI) tutma kapasitesine benzer etkilerde bulunduğu tespit edilmiştir. Yapılan kinetik çalışma sonucunda modifiye klinoptilolitlerin Cr(VI) adsorpsiyonun 1.dereceden Lagergren eşitliğine uyduğu görülmüştür. Adsorpsiyon izotermlerine uygunluğunun değerlendirildiği çalışmada ise modifiye edilen klinoptilolitlerin Cr(VI) adsorpsiyonun Langmuir izotermine uyduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Chromium is a transition element which belongs to Group VI-B of the periodic table. Chromium has different oxidation states however only Cr(III) and Cr(VI) are stable in nature. While Cr(III) is an essential nutrient for organisms, Cr(VI) is toxic and carcinogen.Cr(VI) concentration in metallurgy, chemistry, leather tanning, textile and electroplating industry wastewater streams is very high. Chemical precipitation, membrane processes, evoparation, ion exchange and adsorption are the methods used for Cr(VI) removal from wastewaters.Chemical precipitation is a cheap and easy method. However high volumes of toxic sludge is generated at the end of the process. Although Cr(VI) can be recovered in membrane processes and evoparation, these processes have high operational cost and pretreatment is required.Adsorption and ion exchange are methods which enable high Cr(VI) removal. Commercial adsorbents and resins are expensive therefore studies have gained importance in low cost adsorbents. Zeolite, clay, agricultural end products are the low cost adsorbents used in heavy metal removal from wastewaters.Zeolites are a group of hydrated aluminosilicates of the alkali or alkaline earth metals. Zeolites possess a negative charge and exchangeble cations in their structure. As a result, zeolites have high cation adsorption capacities but their affinity to metals such as Cr(VI) ,which is in anionic form in aquatic systems, is very low. Therefore zeolites have to be modified.In this study, Cr(VI) uptake capacity of clinoptilolite modified by ODTMA and HDTMA is investigated. Experiments were conducted in order to evaluate the effects of parameters such as pH, initial Cr(VI) concentration, contact time, adsorbent dose on Cr(VI) uptake and removal efficency of modified clinoptilolite.It is observed that ODTMA is adsorbed on clinoptilolite better than HDTMA as a result of the modification process. In Cr(VI) removal experiments, it is seen that parameters such as pH, initial Cr(VI) concentration, contact time and adsorbent dose have similar effects on ODTMA and HDTMA modified clinoptilolites. As a result of the kinetic study, it is determined that Cr(VI) adsorption on modified zeolites fitted first order Lagergren equation. As result of the adsorption isotherm study, it is seen that Cr(VI) adsorption on modified clinoptilolite fitted Langmuir isotherm best.