Adsorption of heavy metal ions on polyethyleneimine immobilized polymethylmetacrylate

Abstract

ÖZET Toksik özellik gösteren ağır metallerin sulu ortamdan uzaklaştırılması çalışmaları önemini korumaya devam etmektedir. Ağır metallerin toksik etkilerinin anlaşılması, bu konuda çok katı önlemlerin alınması zorunluluğunu ortaya çıkarmıştır. Atık sulardan ağır metallerin uzaklaştırılması için kimyasal çöktürme gibi kesin çözüm olmayan yöntemlerin yerine, metal iyonlarına seçicilik gösteren adsorbanların kullanılması her geçen gün daha fazla uygulama alanı bulmaktadır. Sunulan çalışmada bakır, kadmiyum ve kurşun iyonlarının sulu çözeltilerinden uzaklaştırılması için poli(etilenimin) (PEI) immobilize edilmiş polimetilmetakrilat (PMMA) mikroküreler kullanılmıştır. En uygun koşulların saptanması için metal iyon derişimleri 5-600 mg/L arasında, pH ise 3.0-7.0 aralığında değiştirilmiştir. PMMA yapısındaki ester grupları NaH varlığında PEI ile tepkimeye sokularak imin gruplarına dönüştürülmüştür. Modifıye edilmemiş mikrokürelerin adsorpsiyon kapasiteleri bakır için 3.6 umol/g, kadmiyum için 4.6 umol/g ve kurşun için 4.6 umol/g iken PEI immobilizasyonundan sonra bakır için 0.224mmol/g, kadmiyum için 0.276 mmol/g ve kurşun için 0.126 mmol/g değerlerine ulaşmıştır. Mikrokürelerin ağır metal iyonlarına karşı afinitesi, molar bazda, Cd(ll)>Cu(ll)>Pb(ll) olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon davranışı Langmuir eşitliğine uyum göstermektedir. PEI immobilize edilmiş PMMA mikrokürelere adsorplanan metal iyonları, 10 mmol/L EDTA çözeltisi ile %95'e varan bir verim ile geri elde edilebilmektedir (Desorbsiyon). Mikrokürelerin adsorpsiyon kapasitesinde, ardarda uygulanan beş adsorpsiyon desorpsiyon işleminden sonra, önemli bir değişiklik gözlenmemektedir.

ABSTRACT Effective removal of toxic metals still remains a major topic of present research. Increased awareness on the toxicity of metals prompted the implementation of strict regulations for its disposal causing traditional treatment processes such as chemical precipitation to undergo changes. The immobilized chelation process for the removal of soluble metals has become an important option in the integrated approach to aqueous waste treatment. This process incorporates the principle of metal coordination to traditional ion exchange technology thus affecting major changes in the application of adsorbents. Polymethylmethacrylate (PMMA) microspheres carrying poly(ethyleneimrne) (PEI) were prepared for the removal of heavy metal ions (i.e., copper, cadmium and lead) from aqueous solutions containing different amount of these ions (5-600 mg/L) and at different pH values (3.0-7.0). Ester groups in the PMMA structure were converted to imine groups by reacting with PEI as a metal-chelating ligand in the presence of NaH. Adsorption of heavy metal ions on the unmodified PMMA microspheres was very low (3.6 umol/g for Cu(ll), 4.6 umol/g lor Cd(ll) and 4.2 umol/g for Pb(ll). PEI immobilization significantly increased the heavy metal adsorption (0.224 mmol/g for Cu(ll), 0.276 mmol/g for Cd(ll) and 0.126 mmol/g for Pb(ll). The affinity order in adsorption, in molar basis, was found to be Cd(ll) > Cu(ll) >Pb(ll). The adsorption of heavy metal ions increased with increasing pH and reached a plateau value at around phi 5.5. Their adsorption behavior can be described approximately with the Langmuir equation. The PEI-immobilised PMMA microspheres could be regenerated using 10 mmol/L EDTA up to 95%. The microspheres were reused in five adsorption-desorption cycles with negligible decrease in adsorption capacity.