Sulu ortamda perlit`in yüzey yükünün ve adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi

Abstract

oz SULU ORTAMDA PERLIT'IN YÜZEY YUKUNUN VE ADSORPSIYON ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Mehmet DOĞAN Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı (Doktora Tezi / Tez Danışmanı: Prof. Dr. Mahir ALKAN) Balıkesir, 2001 Bu çalışmada genleşmemiş (orjinal) ve genleşmiş perlit örneklerinin yüzey özellikleri ve adsorbent olarak kullanılabilirliğinin ortaya konması amacıyla adsorpsiyon özellikleri incelenmiştir. KNO3 ve NaCl çözeltilerindeki genleşmemiş ve genleşmiş perlit örneklerinin pH=3-10 aralığında sıfır yük noktasına sahip olmadıkları ve negatif yüzey yüküne sahip oldukları bulunmuştur. James, Davis ve Lackie tarafından geliştirilen çift- ekstrapolasyon metodu ile basit ve kompleks iyonlaşma reaksiyonlarına ait gerçek denge sabitleri hesaplanmıştır. Genleşmemiş perlit için KNO3 çözeltisinde elde edilen değerler pKf = 2.5 ve p*!?* = 2.3 ; NaCl çözeltisinde elde edilen değerler pK% =3.0 ve p*Kint+ =2.4'dir. Genleşmiş perlit için KNO3 çözeltisinde elde edilen değerler pKf = 2.6 ve p*Kmt = 2.4; NaCl çözeltisinde elde edilen değerler pK* = 2.7 ve pKM. = 2.4 'dir. r `2 r N + H2SO4 ile aktive edilmiş genleşmemiş ve genleşmiş perlit örnekleri üzerine sulu çözeltilerden metil violet ve Cu(II)'nin adsorpsiyonu incelenmiştir. Metilvioletin adsorpsiyon kapasitesine genleşmenin, asit aktivasyonunun, pH'nın ve sıcaklığın etkileri; Cu(II)'nin adsorpsiyon kapasitesine ise genleşmenin, asit aktivasyonunun, pH'nın, iyon şiddetinin ve sıcaklığın etkileri araştırılmıştır. Her iki adsorbata karşı genleşmeyle ve artan asit aktivasyonuyla perlit örneklerinin adsorpsiyon kapasitesi azalırken, pH ile perlit örneklerinin adsorpsiyon kapasitesinin arttığı bulunmuştur. Metil violetin perlit yüzeyine adsorpsiyonu artan sıcaklıkla artarken Cu(II)'nin adsorpsiyonunun azaldığı gözlenmiştir. Deneysel verilerin, Langmuir adsorpsiyon izotermi ile oldukça iyi bir uyum içinde olduğu saptanmış ve izoterm parametreleri (Qm ve K) belirlenmiştir. Boyutsuz ayırma faktörü (R), perlitin sulu çözeltilerden metil violet ve Cu(II)'nin giderimi için kullanılabileceğini, fakat genleşmemiş perlitin daha etkili olduğunu göstermiştir. Ayrıca elde edilen izoterm verilerinden batch adsorpsiyon sisteminin tasarımı yapılmış, çeşitli sıcaklıklardaki adsorpsiyon verilerinden termodinamik veriler hesaplanmış ve Cu (II) iyonu için farklı pH'lardaki adsorpsiyon verilerinden proton stokiyometrisi belirlenmiştir. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Perlit; yüzey yükü; yüzey thrasyonu; gerçek denge sabitleri; adsorpsiyon izotermleri; metil violet; bakır; metal iyonu; proton stokiyometrisi; boyar madde. ıı

ABSTRACT THE INVESTIGATION OF SURFACE CHARGE AND ADSORPTION PROPERTIES OF PERLİTE IN WATER MEDIA Mehmet DO?AN Balıkesir University, Institute of Science, Department of Chemistry (Ph. D. Thesis / Supervisor: Prof. Dr. Mahir ALKAN) Balıkesir, 2001 In this study, the surface properties of unexpanded and expanded perlite samples have been investigated and then the adsorption properties to use as a adsorbent. It has been confirmed that the unexpanded and expanded perlite samples in KNO3 and NaCl solutions have no the point of zero charge and was negatively charged in the pH range of 3-10. The double extrapolation method developed by James, Davis and Leckie have been used for determining the intrinsic equilibrium constants for simple ionization and complex ionization reactions. The values obtained are pKinta2 = 2.5 and p*KintK+ = 2.3 in KN03 solutions and pKinta2 =3.0 and p*KintK+ = 2.4 in NaCl solutions for unexpanded perlite, and pK*£ = 2.6 and p*KintK+ = 2.4 in KNO3 solutions and pKinta2 = 2.7 and pKintNa+ = 2.4 in NaCl solutions for expanded perlite. Adsorption of methyl violet and Cu(II) from aqueous solutions onto unexpanded and expanded perlite samples activated by H2SO4 solutions has been investigated. The effects of thermal treatment, acid activation, pH and adsorption temperature on the adsorption capacity of methyl violet, and thermal treatment, acid mactivation, pH, ionic strength and adsorption temperature on the adsorption capacity of Cu(II) have been evaluated. It has been found that the adsorption capacity of unexpanded perlite is greater than that of expanded perlite for both of the adsorbate. The adsorbed amount of methyl violet and Cu(II) slightly decreased with increasing concentration of H2SO4 used for the acid activation. The adsorbed amounts of methyl violet and Cu(H) increase with increasing pH. While the adsorbed amount of methyl violet has increased with increase in temperature, it has decreased with increase in temperature. The adsorbed amount of Cu2+ ion has slightly decrease with increase in ionic strength for both of perlite samples. The experimental data has been correlated reasonably well by the Langmuir adsorption isotherm and the isotherm parameters ( Qm and K) have been calculated. Dimensionless separation factor (/?) has showed that perlite can be used for removal of methyl violet and Cu(II) from aqueous solutions, but unexpanded perlite is more effective. Furthermore, the results obtained have been applied to a batch design for the removal of methyl violet and Cu+2 ion from aqueous media by using perlite samples, thermodynamic parameters from adsorption data at different temperatures and proton stoichiometry from the amount of Cu (II) adsorbed at different pH have been calculated KEY WORDS: Perlite; surface charge; surface titrations; intrinsic equilibrium constants; adsorption isotherms; methyl violet; copper; metal ion; proton stoichiometry; dye. IV