Yüzey aktif katyonlarla modifiye edilmiş Ünye bentonit ve tartrazin boyarmaddesi arasındaki etkileşimlerin XRD, TG/DTA, FTIR analiz tekniklerinin kullanılmasıyla ve adsorpsiyon verilerinin değerlendirilmesiyle incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, setil piridinyum (SP) ve hekzadesiltrimetil amonyum (HDTMA) katyonik yüzey aktif maddelerle modifiye edilmiş Ünye bentonitler (SP- ve HDTMA-bentonitler) kullanılarak sulu çözeltilerden Tartrazinin uzaklaştırılması, adsorpsiyon işlemi üzerine sıcaklık, pH, kil miktarı ve iyonik şiddetin etkileri ele alınarak incelendi. Ayrıca modifiye edilmiş kil-boya kompozitlerinin termal kararlılık ve yapısal özellikleri X-ışınları toz kırınım (XRD), termal analiz (TG/DTA) ve Fourier Transform Infrared (FTIR) ölçüm teknikleri kullanılarak incelendi.Ana bileşeni Ca-montmorillonit olan ham Ünye bentonitin XRD spektrumunda 6,10(2?) `da d001 uzaklığı 14,47Å iken, SP-ve HDTMA-bentonitler için bu d001 uzaklığı sırasıyla 22,34 Å ve 18,42 Å değerlerine artmıştır. SP- ve HDTMA-bentonit-Tartrazin kompozitlerinde ise d001 uzaklığı değerleri sırasıyla 22,74 Å ve 18,69 Å olarak tespit edilmiştir. Ham Ünye Bentonitin TG eğrisinde 20-160 ºC sıcaklık aralığında iç tabaka katyonlara bağlı suların uzaklaşmasını temsil eden toplam % 8,1'lik ve 160-800 ºC sıcaklık aralığında ise yapısal hidroksil grupları ve kil dışı bileşenlerin taşınmasına karşılık gelen toplam % 7,5'luk kütle kayıpları tespit edilmiştir. Ham Ünye bentonitten farklı olarak, SP- ve HDTMA-bentonit kompozitlerinin TG eğrilerinde 160-800 ºC sıcaklık aralığında organik katyonun kademeli olarak uzaklaştığını gösteren sırasıyla % 29,9 ve % 43,1 kütle kayıpları görüldü. Aynı şekilde SP- ve HDTMA-bentonit-Tartrazin kompozitleri için ise organik yapıların uzaklaşmasına karşılık gelen sırasıyla % 31,9 ve % 45,5 kütle kayıpları tespit edilmiştir. SP- ve HDTMA-bentonitlerin IR spektrumlarında ise yüzey aktif katyonların varlığını teyit eden 2918 ve 2850 cm-1 'de alkil gruplarına ait C-H gerilmeleri, 1488 ve 1470 cm-1'de alkil gruplarının C-H düzlem içi eğilme pikleri gözlenmiştir. SP- ve HDTMA-bentonit-Tartrazin kompozitlerinin IR spektrumlarında, kilden gelen Si-O gerilme pikleri ve su bandlarının maskelemesinden ötürü, boyarmadde moleküllerine ait pikler tam anlamıyla gözlenememiştir.Modifiye edilmiş bentonit tarafından Tartrazin adsorpsiyonunun adsorpsiyon izotermleri ve kinetik verileri en iyi şekilde, SP-bentonit için Langmuir adsorpsiyon izotermi ve yalancı ikinci derece; HDTMA-bentonit için ise Freundlich adsorpsiyon izotermi ve yalancı birinci derece kinetik modelle tanımlandı.25-55 °C sıcaklık aralığında Gibbs enerjisi (DG), entalpi (DH) ve entropi (DS) değişimleri, hem SP-bentonit ve hem de HDTMAB-bentonit tarafından Tartrazinin adsorpsiyon işleminin istemli olduğunu açık bir şekilde ortaya koydu. Ayrıca pH ve iyonik şiddet arttıkça, modifiye edilmiş bentonitler tarafından adsorplanan Tartrazin miktarında azalma olduğu belirlendi.

In this study, the removal of Tartrazine from aqueous solution using cetylpyridinium (CP) and hexadecylammonium (HDTMA) cationic surfactant materials modified Unye bentonites (CP- and HDTMA-bentonites) was investigated with particular reference to the effects of pH, temperature, clay amount and ionic strength on adsorption process. In addition, thermal stabilities and structural properties of modified dye-clay composites were illuminated by XRD, TG/DTA and FTIR techniques.The d001 basal spacing values of CP- and HDTMA-bentonites were increased to 22.34 Å and 18.42 Å, respectively, while the d001 basal spacing value in the XRD spectrum of Unye bentonite with major Ca-montmorillonite component was 14.47 Å at 6.10 (2?). In addition, those of CP- and HDTMA-bentonite-Tartrazine composites were determined as 22.74 Å and 18.69 Å, respectively. In the TG curve of raw Unye bentonite, the total mass losses by 8.1 and 7.5 % in the temperature ranges 20-160 ºC and 160-800 ºC, respectively, due to thermal evolution of water species coordinated to the interlayer cations and removal of structural OH groups and external clay components, respectively, were determined. However, the total mass losses by 29.9 and 43.1 % in the temperature range 160-800 ºC corresponding to the gradual decomposition of the organic cation for the TG curves of CP- and HDTMA-bentonite composites, respectively, were observed. Similarly, the total mass losses for CP- and HDTMA-bentonite-Tartrazine composites increased 31.9 % and 45.5 %, respectively, because of organic substance decomposition. The C-H stretching and in plane bending peaks of alky groups at 2918 and 2850 cm-1; 1488 and 1470 cm-1, respectively, seen in the of FTIR spectra of CP- and HDTMA-bentonites can be attributed to the presence of cationic surfactant species. The IR bands of dye molecules are clearly not observed for CP- and HDTMAB-bentonite-Tartrazine complexes, which is probably due to overlapping by water and Si-O stretching peaks of bentonite.Adsorption isotherms and kinetic data for adsorption of Tartrazine by CP-bentonite were well described by the Langmuir and pseudo-second order kinetic model, respectively, while those of HDTMA-bentonite fitted well the Freundlich and pseudo-first order kinetic model, respectively.The Gibbs energy (DG), enthalpy (DH) and entropy (DS) changes observed the temperature range 25-55 ºC shows clearly that the adsorption of Tartrazine both on CP- and HDTMAB-bentonites is a thermodynamically feasible process.Furthermore, the decreases in the amounts of Tartrazine adsorbed by modified bentonites (CP- and HDTMA-bentonites) with increasing pH and ionic strength were determined.