Galakturonik ve glukuronik asitlerin kromun toprak yüzeyine adsorpsiyonuna etkilerinin araştırılması

Abstract

Çevre kirliliğinin aşırı boyutlara ulaştığı günümüz dünyasında topraklardaki ağır metal kirliliği evrensel bir sorun haline gelmektedir. Ağır metallerle kirlenmiş toprakları temizleme çalışmaları çevre mühendisliği alanındaki en zor konulardan biridir. Kirlenmiş toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri ile kirleticilerin toprak ortamındaki davranış ve ilişkilerine ait bilgilerin sınırlı olması gibi faktörler, temizleme faaliyetlerinin maliyetlerini yükseltmektedir. Tez kapsamında; Cr-galakturonik asit/Cr -glukuronik asit kompleks oluşumlarının daha iyi anlaşılması için iyon değişimleri deneyleri ve bu tip üronik asitlerin Cr'un toprak yüzeyine adsorpsiyonu ve yeraltı sistemlerinde hareketliliğine etkilerinin belirlenmesi amacıyla kesikli adsorpsiyon deneyleri yapılmıştır.Yapılan çalışmalarda; pH 7,7' nin altında organik ligand varlığında toprak yüzeyine Cr(VI) adsorpsiyonununda belirli bir artış gözlemlenmektedir. Organik ligand varlığında Cr(VI) adsorpsiyonunda görülen bu artış Cr(VI)'nın toprak yüzeyinde Cr(III)'e indirgenmesi ile izah edilebilmektedir. Bilindiği üzere Cr(III), Cr(VI)'ya oranla daha şiddetli bir şekilde toprak yüzeyine adsorbe olabilmektedir.Cr(III) ile yapılan adsorpsiyon deneyleri ise çok geniş bir pH aralığında galakturonik ve glukuronik gibi üronik asitlerin Cr(III)'un toprak yüzeyine adsorpsiyonunda azalmalara neden olduğunu göstermektedir. Cr(III) adsorpsiyonunda görülen bu azalma Cr ile ligandların kompleks oluşturması ve ligandların toprak yüzeyinde sınırlı sayıda bulunan reaktif bölgeleri doldurarak Cr' yi su fazında bırakması ile izah edilebilir.İyon değişimi deneylerinden elde edilen sonuçların kimyasal bir modelde modellenmesi sonucunda mikrobiyal ekzopolimerik maddenin yapısını oluşturan üronik asitlerin Cr(III) ile kompleks oluşturmada büyük rol oynadığı saptanmıştır. Özellikle Cr(III) üronik asitlerde bulunan karboksil fonksiyonel gruplar ile 1:1-1:2 Cr:ligand kompleksleri oluşturmaktadır.Tezde elde edilen diğer bir veride, elektrostatik olmayan yüzey kimyası (YKM) modellerinin bu tip kompleks sistemlerin modellenmesinde kullanılabileceğinin ispatlanmasıdır. Tez bu özelliği ile bir ilke öncülük yapmıştır.

Contamination of soils with heavy metals has become a global problem recently. Recent studies have focused on environmental factors affecting metal ion behavior in subsurface systems such as complex physical, chemical and biological properties of contaminated soils and processes affecting metal ion stability in soils (e.g., adsorption, complexation, oxidation-reduction).The purposes of current thesis are to: 1) understand the role of uronic acids such as galacturonic and glucuronic acids on Cr(IIII) and Cr(VI) sorption and transport in agricultural soils, 2) determine the complexation behavior of Cr(III) with uronic acids, and 3) simulate Cr(III) sorption to soils using a non-electrostatic surface complexation modeling approach (SCM).The ion exchange experiments indicate that Cr(III) forms a mixture of 1:1 and 1:2 Cr-ligand complexes with both galacturonic and glucuronic acids. The formation of such complexes plays an important role on Cr(III) speciaton under slightly neutral to acidic conditions.Batch sorption experiments show that organic ligands affect the sorption behavior of both Cr(III) and Cr(VI) on soil surfaces. In experiments involving Cr(VI), the addition of organic ligands such as galacturonic and glucuronic acids enhances Cr(VI) uptake by soils at pHs less than 7,7 depending on the concentration of ligand and pH used. The enhanced Cr(VI) uptake by soils at pHs < 7,7 may be explained through either the catalytic reduction of Cr(VI) to Cr(III) by the surface bound organic matter/Fe-oxides and/or dissolved metal ions.Batch sorption studies involving Cr(III) indicate that uronic acids e.g., galacturonic and glucuronic acids led to a decrease in Cr(III) sorption under slightly acidic to alkaline pH conditions due to complexation of Cr(III) with organic ligands and competition of organic ligands against Cr(III) ions for surface sites.The reults also show that semi empirical surface complexation modeling approach can be succesfully used in modeling ternary mineral/metal/ligand systems.