LÜLETAÞI ÝÞLETME ATIKLARININ KURÞUN GÝDERÝMÝNDE

KULLANILABÝLÝRLÝÐÝNÝN ÝNCELENMESÝ

 

Nihal BEKTAÞ ve Salim ÖNCEL

Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Çevre Mühendisliði Bölümü, 41400, GEBZE

 

Makalenin Geliþ Tarihi: 27.10.2003

 

ÖZET: Çevre kirliliði açýsýndan sorun oluþturan aðýr metallerden biri de kurþundur. Kurþun, genelde metal, metal kaplama sanayi ve madencilik faaliyetleri atýksularýndan kaynaklanýr. Metal sanayi atýksularý nicelik açýsýndan az olmakla birlikte, toksik özellikte olmalarý ve biyolojik birikime uðrama nedeniyle alýcý ortama verilmeden önce arýtýlmalarý gerekmektedir. Lületaþý olarak bilinen sepiyolitin Eskiþehir bölgesinde ekonomik yataklarý bulunmaktadýr. Bir çok kullaným alaný bulunan sepiyolitin en önemli kullaným alanlarýndan biri de süs eþyalarý (biblo, pipo, taký vs) yapýmýdýr. Bu sektörlerden çýkan kýrýntý ve toz þeklinde olan deðerli atýklarýnýn arýtma teknolojilerinde önemli bir adsorban olarak kullanabilirliði düþünülmektedir. Bu çalýþmanýn amacý, lületaþýnýn iþlenmesi sýrasýnda oluþan atýklarýn sulu çözeltilerden kurþun gideriminde kullanýlabilirliðinin incelenmesidir. Bu amaçla, kesikli sistem kullanýlarak sulu çözeltilerinden kurþun giderimin zamana göre deðiþimi izlenmiþ, reaksiyon kinetikleri Lagergren, Elovich ve yalancý ikinci dereceden kinetik reaksiyon gibi deðiþik modellerle deðerlendirilmiþtir. Her bir model için adsorpsiyon oran sabitleri hesaplanmýþ, bu sonuçlardan da kurþun giderim prosesinin, yalancý ikinci mertebe kinetik modeli izlediði görülmüþtür. Ayrýca, Langmuir ve Freundlich gibi denge izoterm eþitliklerine uygunluðu analiz edilerek, adsorpsiyon sabitleri saptanmýþtýr. Denge prosesinin en iyi Langmuir izotermine uygunluk göstermiþ ve maksimum adsorpsiyon kapasitesi 22.5 mg/g olarak bulunmuþtur.

 

Anahtar kelimeler: Kurþun giderimi, lületaþý, kinetik modeller, denge izotermleri.

 

 

An Investigation of Lead Removal Using Lületasi Process Wastes

 

ABSTRACT: Lead is one of toxic pollutant, which causes severe environmental problems. The main industrial sources for lead include metal finishing, mining and mineral processes, and oil refining industries. Lead can accumulate along the food chain and is not amenable to biological degradation. Therefore wastewater, containing lead needs to be treated before discharging to the receiving medium. Sepiolite deposits, also known as lületaþý, are widely distributed around Eskiþehir. The most important use of sepiolite is to manufacture of jewellery, tobacco-pipe, vase etc.. These manufacturers produce large amount of waste sepiolite in the form of crumb and powder, which can be used as adsorbent in the wastewater technology. The aim of this work is to evaluate the removal of lead from aqueous solution using waste sepiolite. The sorption kinetics were tested for the pseudo-first order, pseudo-second order reaction and Elovich equation at different experimental conditions. The rate constants of sorption for all these kinetic models were calculated. Good correlation coefficients were obtained for the pseudo second-order kinetic model showing that lead uptake process followed the pseudo-second order rate expression. Langmuir and Freundlich isotherm constants and correlation coefficients for the present system were calculated and compared. The equilibrium process was described well by the Langmuir isotherm model with the maximum sorption capacity of 22.5 mg/g of lead on sepiolite.

 

Key words: Lead removal, sepiolite, kinetic models, isotherm models.

GÝRÝÞ

 

Kurþun yaygýn olarak kullanýlan bir endüstriyel hammadde olup, çevresel ve biyolojik sistemin her evresinde kirletici olarak bulunabilir. Kurþunun yerkabuðundaki konsantrasyonu ortalama 10 mg/L civarýndadýr. Doðadaki yaygýn bileþikleri kurþun sülfür (galenit), kurþun karbonat ve kurþun oksit  þeklindedir. Gri renkli olup, metalik parlaklýða sahiptir. Korozyona karþý dayanýklý ve kolayca þekillendirilebilen bir metaldir (Harrison, 1996; Vernet, 1991).

Kurþun, çevreye doðal veya antropojenik kaynaklardan yayýlabilir. Doðal kaynaklar olarak, volkanik ve metamorfik kayalar ile topraklarýn, sedimentlere ve havaya kurþun býrakmalarý ile volkanik patlamalar ile orman yangýn gibi olaylar sayýlabilir. Antropojenik kaynaklar olarak ise, petrol endüstrisi, piller, boyalar, kurþunlanmýþ cam, levha ve boru, kibrit, fotoðraf materyalleri ve patlayýcýlarýn üretimi gibi endüstriyel faaliyetler verilebilir (Nriagu, 1989; Vernet, 1991).

Kurþun çok zehirli bir element olup çok düþük seviyelerde bile zararlý etkilere neden olur. Ýnsanlarda kýsa süreli kurþuna maruz kalma sonucu beyin, böbrek hasarlarý ve mide hastalýklarý ortaya çýkar. Uzun dönemli olarak kurþuna maruz kalma sonucunda da kan, merkezi sinir sistemi, tansiyon ve D vitamin metabolizmasýna etki eder (Türk Tabipler Birliði- TTB, 2001). Özellikle çocuklarda kurþunun geliþme dönemlerini yavaþlattýðý, büyümeyi durdurduðu saptanmýþtýr. Yüksek kurþun seviyelerine maruz kalan, kadýn ve erkeklerde da üreme fonksiyonun ve sinir sistemi bozukluklarýna neden olduðu belirtilmiþtir.

Arýtým uygulanmamýþ doðal sularda kurþun seviyesi çok düþüktür. Ýçme sularýnda ise kurþun genellikle su þebeke hattýndaki borulardan kaynaklanmaktadýr. Ýçme suyunda kurþun Avrupa Topluluðu (EC) ve Dünya Saðlýk Teþkilatý (WHO) 10 mg/L seviyesini tavsiye etmektedir (europa.eu.int; WHO, 1993). Türkiye’de ise bu deðer Türk Standartlarý Enstitüsü (TSE) tarafýndan 50 mg/L olarak belirlenmiþtir (TS266, 1997). Su Kirliliði Kontrol Yönetmeliði (SKKY) bazý endüstriyel sektörlerden kaynaklanan atýksular için, göre alýcý ortamlara kurþun deþarjýndaki sýnýr deðerleri 0.5-2.0 mg/L aralýðýnda vermiþtir (SKKY, 1998).

Atýksulardan kurþun gideriminde, çöktürme, koagülasyon, iyon deðiþtirme, adsorpsiyon, ters osmoz, elektro-diyaliz, kimyasal indirgeme, yükseltgenme gibi yöntemler kullanýlabilir (Peters, 1996). Bu yöntemlerin uygulanmasýndaki zorluklar, ekonomik olmamalarý gibi nedenlerden dolayý çevreye duyarlý bölgesel olarak saðlanabilen ucuz materyallerin adsorban olarak kullanýldýðý sistemlere ihtiyaç duyulmuþtur. Lületaþý olarak da bilinen sepiyolit minerali yüksek aðýr metal tutma kapasiteleri nedeniyle uygun bir adsorban olarak kullanýlabilir (Helios, 1985; Brigatti ve ark., 2000; Balcý ve ark., 2002; Rytwo ve ark., 2002; Kara ve ark., 2003; Aðým, 2003).

Sepiyolit Mg₄ (Si₆O₁₅) (OH)₂ 4H₂O bileþiminde bir magnezyum hidrosilikattýr. Kristal yapýsý amfibollere benzer, fakat silisyum tetraederlerden oluþan zincirler arasýndaki boþluklarda su molekülleri bulunur. Yapý silisyum-oksijen tetraederlerinin oluþturduðu üçlü zincir içerir (Si₁₂O₃₁). Böylece tabakalý ve zincir yapýlý silikatlar arasýnda bir geçiþ oluþturur. Kompakt, beyaz, sarýmsý renkte, bazen gözenekli görünümündedir. Yoðunluðu ortalama 2 g/cm³ tür. Levha yapýsýna sahip diðer kil minerallerine göre daha nadir bulunmalarý, dokusal özellikleri, kristal yapýlarýndaki süreksizliklere baðlý kanallar tarafýndan saðlanan yüksek yüzey alanlarý ile adsorpsiyon özelliði, porozitesi, kristal morfolojisi ile kompozisyonun baðlý uygun nitelikli fizikokimyasal özellikleri, sepiyoliti deðerli bir hammadde ve adsorban haline getirmiþtir (DPT, 2001).

Lületaþý olarak bilinen sepiyolitin Eskiþehir bölgesinde ekonomik yataklarý bulunmaktadýr. Bir çok kullaným alaný bulunan sepiyolitin en önemli kullaným alanlarýndan biri de süs eþyalarý (biblo, pipo, taký vs) yapýmýdýr. Söz konusu yörede bir çok iþletme bu sektörde üretim yapmaktadýr. Bu sektörlerden çýkan kýrýntý ve toz þeklinde olan deðerli atýklarýnýn arýtma teknolojilerinde önemli bir adsorban olarak kullanabilirliði düþünülmektedir.

Bu çalýþmanýn amacý, lületaþýnýn iþlenmesi sýrasýnda oluþan atýk lületaþýnýn sulu çözeltilerden kurþun gideriminde kullanýlabilirliðinin incelenmesidir. Bu amaçla lületaþý ile kurþun gideriminin adsorpsiyon reaksiyon kinetikleri ve denge izoterm eþitliklerine uygunluðu analiz edilerek, reaksiyon kinetik ve denge izoterm sabitleri saptanmýþtýr.

 

MATERYAL VE METOT

 

Kimyasal Maddeler

 

Çalýþmada kullanýlan tüm maddeler % 98 saflýkta olup, ön iþleme  tabi tutulmadan kullanýlmýþlardýr. Tüm deneylerde distile su kullanýlmýþtýr. Stok kurþun çözeltileri, Pb(NO₃)₂ (Merck) kullanýlarak hazýrlanmýþtýr. Deneylerde kullanýlan lületaþý numunesi, Eskiþehir yöresindeki süs eþyalarý üreten bir imalatçýnýn üretim sýrasýnda oluþan atýk maddelerinden alýnmýþtýr (Þekil 1). Kullanýlan lületaþý þekilde görüldüðü gibi talaþ/ kýrpýntý görünümündedir. Bu nedenle numunelere tane boyu analizi yapýlamamýþtýr. Lületaþýnýn Rigaku D-max 1000 model diffractomer cihazý ile yapýlan XRD analizi Þekil 2’de verilmiþtir. XRD sonuçlarýndan kullanýlan adsorban maddenin sepiyolit (lületaþý) olduðu belirlenmiþtir. Sepiyolitin fiziksel ve kimyasal bazý özellikleri giriþ kýsmýnda verilmiþtir.

 

Þekil 1. Deneylerde kullanýlan lületaþýnýn dijital fotoðraf makinesi ile çekilmiþ görünüþü.

Figure 1. The photograph of sepiolite sample taken by digital camera.

Þekil 2. Deneylerde kullanýlan lületaþýnýn XRD analizi.

Figure 2. XRD spectrum of sepiolite sample used.

Deneysel Çalýþmalar

 

Kesikli sistemde adsorpsiyon deneyleri sabit sýcaklýkta çalýþabilen çalkalayýcý (GFL 1068 marka) ile yapýlmýþtýr. Pb(NO₃)₂ kullanýlarak, kinetik çalýþmalar için 50 ve 100 mg/L kurþun içeren çözeltiler hazýrlanmýþtýr. Ýzoterm çalýþmalarý yapýlmasýnda 1000 mg/L stok kurþun çözeltisi hazýrlananmýþ, bu çözeltisinden istenen konsantrasyonlarda seyreltme yapýlmýþtýr (10, 25, 50, 100, 200, 500, 750, 1000 mg/L). Çalýþmalarda bu çözeltilerden 25’þer ml alýnarak 100 mL’lik erlenlere konulmuþ ve üzerine 0.25 g miktarda lületaþý ilave edilmiþtir. Numunelerindeki baþlangýç ve denge kurþun konsantrasyonlarý (THGA:Graphite Furnace Transverse Heated Graphite Atomizer) Atomik Adsorpsiyon Spektrofotometresi (AAS 6000 SIMAA Model, Perkin Elmer) grafit fýrýn tekniði kullanýlarak ölçülmüþtür.

 

Adsorpsiyon Ýzoterm Modelleri

 

Adsorpsiyon bir fazda bulunan iyon veya moleküllerin diðer bir fazýn üzerinde yoðuþmasý olarak tanýmlanabilir. Adsorpsiyon izotermleri ise bir yüzeye adsorbe olan adsorban için denge þartlarýný gösterir. Matemetiksel olarak bu denge, adsorpsiyon izotermleri ile ifade edilir. Diðer bir deyiþle izotermler, sabit sýcaklýkta adsorbanýn birim aðýrlýðý baþýna adsorplanan madde miktarý ile çözeltide kalan madde miktarý arasýndaki iliþkiyi gösteren eðri olarak da tanýmlanabilir. Bir adsorbanýn kapasitesini bulmak için aþaðýdaki eþitlik kullanýlýr (Seader and Herley 1998).

 

                                                (1)

 

Burada;

q_e:Denge durumundaki katý fazda tutunan madde konsantrasyonu (mg/g)

C_o:Adsorplanan maddenin veya kirleticinin (adsorban) baþlangýç konsantrasyonu (mg/L),

m:Çözeltideki adsorbanýn miktarý(g),

C_e:Denge durumunda sývý fazda kalan madde konsantrasyonu (mg/L)

V:Kullanýlan çözeltinin hacmini (L)

göstermektedir.

Adsorbsiyon izotermi su ve atýksu arýtýmý uygulamalarýnda yaygýn olarak kirleticilerin adsorpsiyon davranýþýný tanýmlamak için kullanýlýr. Böylece bir adsorbanýn, özellikleri bilinen bir atýk sudaki kullanýmýnýn ekonomik olup olmayacaðýný, arýtým verimi ve adsorban maddenin kirlenme ömrünün ne kadar olacaðý bulunur. Günümüzde bir çok farklý izoterm modelleri ortaya konmuþtur. Su ve atýksu arýtýmda Langmuir and Freundlich izoterm modelleri en yaygýn þekilde kullanýlan modellerdir.

 

Langmuir Ýzoterm Eþitliði

 

Homojen yüzeylerdeki adsorpsiyona uygulanýr. Adsorban üzerinde ayný enerjiye sahip sabit sayýda aktif bölge bulunduðunu ve aktivasyon enerjisi sabit olduðu varsayýmlarýna dayanýr. Adsorpsiyon tek tabaka þeklinde oluþur. Maksimum adsorpsiyon, adsorban yüzeyine baðlanan moleküllerin artýk hareket etmediði, doygun bir tabaka oluþturduðu andaki adsorpsiyondur. Adsorpsiyon hýzý; adsorplanan maddenin konsantrasyonu ve adsorbanýn örtülmemiþ yüzeyi ile doðru orantýlýdýr. Bu izotermde adsorplanan moleküller arasýnda bir giriþim yoktur (Langmuir, 1918). Langmuir modelinin lineerleþtirilmiþ eþitliði aþaðýda verilmiþtir:

 

                                       (2)

 

Burada;

Q⁰:(mg/g) ve b (L/mg): Langmuir izoterm sabitleri.

Q⁰:ayný zamanda teorik olarak adsorplama kapasitesini

göstermektedir.

Adsorpsiyon çalýþmalarýndan elde edilen deneysel verilerden bulunan (C_e/q_e) deðerlerine karþý C_e deðerleri arasýnda çizilen doðrulardan yararlanarak Langmuir izoterm sabitleri, Q⁰ ve b bulunur.

 

Freundlich Ýzoterm Eþitliði

 

Freundlich eþitliði bir çok adsorpsiyon verisini tanýmlayan ampirik bir eþitliktir. Bu model adsorbanýn yüzeyinin eþit olmadýðýný ve adsorplanacak iyonlar/moleküller arttýkça prosesin daha da kompleksleþtiðini savunur. Bir baþka deyiþle adsorbanýn yüzeyi tamamen kaplansa da adsorplama iþleminin devam edeceðini söyler. Dolayýsýyla maksimum tek kat adsorpsiyon olmaz. Freundlich eþitliði doðrusallaþtýrýlmýþ olarak aþaðýdaki þekilde tanýmlanýr:

 

                             (3)

 

Burada K_F  ve n: Freundlich izoterm sabitleridir.

Eger log(q_e)’ye karþý log(C_e)grafiðe geçirilirse izoterm sabitleri hesaplanabilir. Freundlich izoterminde doðrunun eðimi n olur. Doðrunun orijinden uzaklýðý log(K_F) deðerini verecektir. Bu uzaklýk kabaca tutulma kapasitesini ve eðim de adsorpsiyonun þiddetini gösterir. Ancak Freundlich denklemi, Langmuir denkleminden farklý olarak çok düþük konsantrasyonlarda lineer bir adsorpsiyon ifadesine ulaþamaz. çok yüksek konsantrasyonlarda Langmuir denklemine benzerlik gösterir. Çünkü yüzey tamamen kaplandýðýnda n bir limite yaklaþmak zorundadýr.

 

Adsorpsiyon Kinetik Modelleri

 

Adsorpsiyon kinetikleri sorpsiyon reaksiyonunun mekanizmasýný ve reaksiyonun türünü tanýmladýðý için atýksu arýtýmýnda önemlidir. Kinetikler sulu çözeltideki iyonlarýn tutunma hýzýný ve katý-çözelti arayüzündeki optimum zamanýn bulunmasýný açýklarlar. Bir çözeltide bulunan adsorbatýn bir adsorban tarafýndan adsorplanmasý dört basamakta gerçekleþir. Ýlk olarak adsorbat, adsorbaný kapsayan bir film tabakasý sýnýrýna dogru difüze olur. Daha sonra film tabakasýna gelen adsorbat buradaki durgun kýsýmdan da geçerek adsorbanýn gözeneklerine dogru ilerler. Sonra adsorbanýn gözenek boþluklarýnda hareket ederek adsorbsiyonun meydana gelecegi yüzeye dogru ilerler. En son olarak da adsorbatýn adsorbanýn gözenek yüzeyine tutunmasý meydana gelir (sorpsiyon). Genelde ikinci ve üçüncü basamaklar hýz belirleyicidir. Bu çalýþmada yaygýn olarak kullanýlan modellerden Lagergren, Elovich ve yalancý ikinci mertebeden kinetik model eþitliklerine göre analiz yapýlmýþtýr.

 

Lagergren Kinetik Modeli

 

En yaygýn kullanýlan adsorpsiyon kinetiklerinden olan Lagergren amprik kinetik modeli aþaðýdaki gibi ifade edilebilir (Lagergren, 1898). Bu ifade birinci dereceden hýz ifadesidir.

 

                   (4)

 

Burada k_ad, birinci mertebeden hýz sabiti veya Lagergren kinetik model hýz sabitini (l/dak), q_t ise t anýnda adsorplanan kurþun konsantrasyonunu (mg/g) göstermektedir.

Bu eþitlikte (q_e–q_t)/t (zaman) grafiðe geçirilirse lineer doðrunun eðimi K_ad katsayýsýnýn deðerini verecektir.

 

Yalancý Ýkinci Mertebeden Kinetik Model

 

Adsorpsiyon verilerinin analizinde kullanýlan diðer bir kinetik modeldir (Ho and McKay, 1999). Yalancý ikinci mertebeden kinetik model aþaðýdaki eþitlikle tanýmlanýr.

 

                                          (5)

 

Burada, k yalancý ikinci mertebeden hýz sabitidir (g mg/dak).

Bu eþitliðe göre (t/q_t), t’ye karþý grafiðe geçirilirse k hesaplanabilir.

 

 

 

Elovich Modeli

 

Elovich kinetik model eþitliði aþaðýdaki þekilde tanýmlanýr (Yiacoumi and Chi Tien, 1995):

 

                                   (6)

 

Bu eþitlikte; a ve b Elovich model kinetik sabitleridir:

a: baþlangýç adsorpsiyon hýz sabiti (mg/g dak),

b : desorpsiyon sabiti (g/mg).

Bu eþitliðe göre (q_t)-ln(t)’ye karþý grafiðe geçirilirse elde edilen doðru denkleminden Elovich sabitleri a ve b hesaplanýr.

SONUÇ VE TARTIÞMA

 

Baþlangýç Kurþun Konsantrasyonu Etkisi

 

Farklý baþlangýç kurþun iyonu konsantrasyonlarýnda (50 ve 100 mg/L) zamana baðlý olarak birim sepiyolitin adsorpladýðý kurþun miktarýnýn (q_t) zamana göre deðiþimi incelenmiþtir. Sonuçlar adsorplama kapasitesi ve giderme verimi olarak tablo ve grafik olarak verilmiþtir (Þekil 3 ve Tablo 1). Sýcaklýk 20°C, karýþtýrma hýzý 175 rpm ve pH=5.8 olarak alýnmýþtýr. Baþlangýç kurþun konsantrasyonlarý 50 ve 100 mg/L olarak seçilmiþtir.

 

Þekil 3. Lületaþý ile kurþun iyonlarýnýn giderimi üzerine temas süresi ve baþlangýç kurþun iyonu konsantrasyonu etkisi.

Figure 3. Effect of initial lead concentrations for removal capacity of sepiolite.

 

Tablo 1. Kurþunun zamana göre deðiþimini gösteren grafiðin sayý deðerleri.

Table 1. Effect of initial lead concentrations for removal capacity of sepiolite in the form of data table.

 

 

Þekil 3’de görüldüðü gibi ilk 20 dakikada giderimin çok hýzlý olduðu ve giderim veriminin  % 90’nýn üstüne çýktýðý bulunmuþtur. Bu sonuçlara göre, yaklaþýk 80 dakikada sonunda sulu çözeltideki kurþun iyonu konsantrasyonlarý dengeye gelmektedir. Daha önce de belirtiliði gibi bir çözeltide bulunan adsorbatýn bir adsorban tarafýndan adsorplanmasý sýrasýndaki reaksiyon dört basamakta gerçekleþir. Ýlk basamak olarak adsorbat, adsorbaný kapsayan bir film tabakasý sýnýrýna dogru difüze olur. Bu genelllikle adsorpsiyon düzeneðinde karýþtýrma olduðu için çoðunlukla ihmal edilir ve iyi bir karýþma olduðunda adsorpsiyon hýzýna etki edemeyeceði düþünülür. Ýkinci basamakta film tabakasýna gelen adsorban buradaki durgun kýsýmdan geçerek adsorbanýn gözeneklerine dogru ilerler. Bu basamak genellikle adsorpsiyonun ilk bir kaç dakikasýnda gerçekleþir. Sonra adsorbat gözenek boþluklarýnda hareket ederek adsorbsiyonun meydana geleceði yüzeye dogru ilerler. En son olarak da adsorbatýn adsorbanýn gözenek yüzeyine tutunmasý meydana gelir (sorpsiyon). Bu çalýþmada adsorpsiyonun ilk dakikalarda çok hýzlý olmasý üçüncü basamaðýn yani adsorbatýn kullanýlan adsorbanýn gözeneklere ilerleme hýzýnýn (intra-particle difüzyon) çok hýzlý olmasý ile açýklanabilir.

 

Ýzoterm Modelleri

 

Lületaþý atýklarý ile kurþun adsorpsiyonun izlediði izoterm modelini bulmak amacýyla kurþunun denge halindeki konsantrasyonu ile adsorbanýn üzerinde tutulan konsantrasyonunun deðiþimi Þekil 4’de verilmiþtir. Bu sonuçlarýn Denklem 2 ve 3 ile verilen Langmuir ve Freundlich izoterm modellerine uygunluðu analiz edilmiþtir (Þekil 5a,b ve Tablo 2).

 

Þekil 4. Lületaþý ile kurþun giderim izoterm eðrisi.

Figure 4. Equilibrium isotherm plot for lead removal using sepiolite.

 

Þekil 5. Lületaþý ile kurþun gideriminin  a)Langmuir ve  b)Freundlich izoterm modellerine uygunluðu.

Figure 5. The Langmuir a) and Freundlich b) plots for lead removal using sepiolite.

Tablo 2. Ýzoterm grafiklerinin sayý tablosu.

Table 2. Data table for the isotherm graphs.

 

 

Deneysel sonuçlardan elde edilen izoterm eþitlikleri Tablo 3’de ve sabitleri ise Tablo 4’de verilmiþtir. Bu eþitliklerden elde edilen regrasyon katsayýlarý (R²) incelendiðinde; adsorpsiyon prosesinin Langmuir izotermine (R²=0.997) en iyi uyduðu görülmektedir. Lületaþý ile kurþun iyonu adsorpsiyonun Langmuir izotermine uymasý lületaþý yüzeyinin, enerji bakýmýndan üniform olduðu ve dolayýsýyla ile ayný adsorpsiyon aktivitesine sahip olduðunu ilgili teorilere göre ifade etmektedir. Lületaþý yüzeyine adsorbe olan kurþun iyonlarý arasýnda bir etkileþim ya da rekabet olmadýðýndan kurþun iyonlarý yüzeyde, mono-moleküler bir tabaka oluþturarak tutulmuþtur. Lagmuir eþitliðinden atýk lületaþýnýn teorik kurþun giderme maksimum kapasitesi 22.5 mg/g olarak bulunmuþtur.

 

Kinetik Modeller

 

Elde edilen deneysel veriler sýrasýyla Denklem 4-6 ile ifade edilen Lagergren kinetik model, Elovich kinetik model ve yalancý ikinci mertebeden kinetik model eþitliklerine göre analiz edilmiþtir (Þekil 6, Tablo 7).

Bu kinetik modellerden elde edilen katsayýlar Tablo 5’de verilmiþtir. Kurþun giderim prosesinin hangi giderim modeline uyduðu regrasyon katsayýlarýna (R²) bakýlarak bulunmuþtur. Buna göre deneysel verilerin en iyi yalancý ikinci mertebe kinetik modeline uyduðu görülmektedir.

 

 Tablo 3. Deneysel olarak bulunan Langmuir ve Freundlich izoterm denklemleri.

Table 3. The isotherm equations found by experimental data.

 

 

Tablo 4. Deneysel olarak bulunan Langmuir ve Freundlich izoterm sabitleri.

Table 4. The isotherm constants found by experimental data.

 

 

 

Tablo 5. Kinetik model katsayýlarý.

Table 5. Kinetic model constants.

 

 

                               

(a)                                                                                               (b)

(c)

Þekil 6. a) Elovich, b) Lagergren, c) Yalancý ikinci derece kinetik modelleri.

Figure 6. a) Elovich, b) Lagergren, c) Pseudo-second order plots for lead removal using sepiolite.

 

Tablo 7. Kinetik grafiklerin sayý tablosu.

Table 7. Data table for kinetic model plots.

 

 

 

SONUÇ

 

Bu çalýþmada Eskiþehir yöresinden atýk madde halinde alýnan ve lületaþý olarak bilinen sepiyolitin sulu çözeltilerden kurþun giderimi amacýyla kullanýlabilirliði incelenmiþtir. Bu amaçla kesikli sistemde kurþunlu çözeltiden kurþun gideriminin zamana göre deðiþimi incelenmiþ, elde edilen verilerin adsorpsiyon kinetik modelleri ve denge izotermlerine uygunluðu incelenmiþtir. Atýk lületaþý ile kurþun giderimi yalancý ikinci derece kinetik modeline uyduðu bulunmuþtur. Adsorpsiyonun ilk dakikalarda çok hýzlý geliþmesi, adsorbatýn sepiyolitin gözeneklerine ilerleme hýzýnýn (intra-particle difüzyon) çok olmasý ile açýklanmýþtýr. Kurþun iyonu adsorpsiyonun denge þartlarýnda Langmuir izoterm modeline uyduðu bulunmuþtur. Langmuir izotermine uymasý lületaþý (sepiolit) yüzeyinin, enerji bakýmýndan üniform olduðunu ve yüzeye adsorbe olan kurþun iyonlarýnýn mono moleküler bir tabaka oluþturduðunu göstermiþtir. Kullanýlan deneysel þartlarda lületaþýnýn kurþun giderimindeki maksimum kapasitesi 22.5 mg/g olarak bulunmuþtur. Böylelikle söz konusu yörelerde bulunan bir çok iþletmeden kaynaklanan kýrýntý ve toz þeklindeki atýklarýn arýtma teknolojilerinde önemli bir adsorban olarak kullanýlacaðý gösterilmiþtir.

 

 

KAYNAKLAR

 

Aðým, B.A., 2003, Atýksulardan Kurþun Gideriminde Sepiyolitin Kullanýlanýlabilirliðinin Ýncelenmesi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliði Anabilim Dalý, Yüksek Lisans Tezi.

Bað H., Lale M. and Türker A.R., 1998, Determination of Iron and Nickel by Flame Atomic Absorbtion Spectrophotometry after Preconcentration on Saccharomyces cerevisiae Immobilized Sepiolite, Talanta, 47, 689-696.

Balci S. and Dinçel Y., 2002, Ammonium Ion Adsorption with Sepiolite: Use of Transient Uptake Method, Chem Eng Process, 41, 79- 85.

Brigatti et al 2000 Brigatti MF., Lugli C. And Poppi L., 2000, Kinetics of Heavy Metal Removal and Recovery in Sepiolite, Appl Clay Sci, 16, 45-57.

Devlet Planlama Teþkilatý, DPT, 2001, Madencilik Özel Ýhtisas Komisyonu Endüstriyel Hammaddeler Alt Komisyonu, Lületaþý Çalýþma Grubu Raporu, Ankara.

Harrison R.M., 1996, Pollution, Causes, Effects and Control, 3rd Edition, Royal Society of Chemistry, 55-71.

Helios R.E., 1985, Sorption of Ni, Zn and Cd on Sepiolite, Clay Miner, 20, 525-7.

Ho, Y.S. and McKay, 1999, G. Process Biochem. 34, 451-465.

http://europa.eu.int/comm/environment/water/water-drink/index_en.html

Kara M., Yuzer H., Sabah E. And Celik M.S., 2003, Adsorption of Cobalt from Aqueous Solutions onto Sepiolite, Water Research, 37, 224-232.

Lagergren, S., 1898, Handlingar, 24, 1-39.

 Nriagu J.O., 1989, Control and Fate of Atmosferic Trace Metals, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

Peters R.W, 1996, Industrial Wastewater Heavy Metal Removal, CRC Press.

Rytwo G., Tropp D. and  Serban C., 2002, Adsorption of Diquat, Paraquat and Methyl Green on Sepiolite: Experimental Results and Model Calculations, Appl Clay Sci, 20, 273-282

Seader J.D. and Herley, 1998, Separation Process Principles, John Wiley&Sons, New York.

Su Kirliliði Kontrolü Yönetmeliði (SSKY), 1998, 19919 sayýlý Resmi Gazete.

TS 266, Ýçme ve Kullanma Sularý; Ýçilebilir Sularýn Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri, 1997.TÜRK STANDARTLARI ENSTÝTÜSÜ.

Türk Tabibler Birliði (TTB), Ýþyeri Hekimliði Ders Notlarý, 2001, Türk Tabibler Birliði Yayýný, Ankara, 79-86.

Vernet J. P., 1991, Heavy Metals in the Environment, Elsevier, Amsterdam.

Yiacoumi S. and Chi Tien, 1995, Kinetics of Metal Ion Adsorption from Aqueous Solutions, Models, Algorithms and Applications, Kluwer Academic Publishers, Boston.

World Health Organisation (WHO), 1993, Guidelines for Drinking Water, Geneva.