Gas adsorption in volumetric system

Abstract

oz Bu çalışmada, Gördes, Fındıcak bölgesinden elde edilen doğal zeolitik tüfün ve bu tüfün asit ile işlem görmüş hallerinin azot adsorpsiyonu çalışılmıştır. Klinoptilolit olarak tanımlanan doğal zeolit, çeşitli konsantrasyonlarda HC1, H2S04, HNO3 ve H3PO4 çözeltileri ile işleme tabi tutulmuştur. İşlemler sonucunda meydana gelen yapısal değişimler çeşitli karakterizasyon yöntemleri kullanılarak saptanmıştır. Bu karakterizasyon yöntemleri, X-ışınımı kırınımı, FTIR, ICP, EDX, SEM, DTA, TGA, ve mikrokalorimetredir. Zeolitlerin adsorpsiyon özellikleri, dış ve toplam yüzey alanları, mikrogözenek hacimleri ve gözenek boyu dağılımları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Asit işlemi sonucunda asit konsantrasyonunun artması ile birlikte yapıdan daha fazla katyonun uzaklaştığı ve bunun da Si/Al oranını H2SO4 kullanımı ile orjinal zeolitte bulunan 4.04 değerinden 5.35'e, HNO3 kullanımı ile 6.39'a, HC1 kullanımı ile 10.8'e, ve H3PO4 ile de 5.01'e değiştirdiği görülmüştür. Asit işlemi ile P/P0= 0.89' daki maksimum azot adsorpsiyon kapasitesi, orijinal zeolitte bulunan 0.015 cm3/g değerinden, HC1 ile 0.089 cmVg, HNO3 ile 0.090 cm3/g, H2S04 ile 0.086 cnrVg, ve H3PO4 ile 0.050 cm3/g'a yükselmiştir. Zeolitlerin azot adsorplama kapasiteleri Si/Al oranının artması ile birlikte artış göstermiş, fakat HC1 ve HNO3 kullanımında konsantrasyonun daha da artması ile birlikte düşme göstermiştir. HC1 değişik bir davranış sergileyerek, düşük (1 M) ve yüksek konsantrasyonlarının (10 M), zeolitin iç yapısına, orta şiddet (3M ve 5M HC1) konsantrasyonlarına oranla daha fazla etkili olduğu ve azot alım kapasitesinin 5 M HC1 ile işlem görmüş (Si/Al=8.4) örnekten sonra azaldığı bulunmuştur. Azotun ulaşabileceği hacmin (sınırlı mikrogözenek hacim) belirlenmesi için Dubinin- Raduskhevich modeli uygulanmıştır. Si/Al oranının artması ile birlikte artış göstermiş, fakat yüksek konsantrasyonlarda^ asit çözeltileri mikrogözenek yapının bozunmasına neden olmuştur. Kristal yapılarında önemli bir azalma gözlenmeden, en yüksek sınırlı mikrogözenek hacimler (0.078 ve 0.082 cnrVg) ve Langmuir yüzey alanları (213 ve 226 m2/g) sırası ile 5 M HCI ve 2 M HNO3 ile işlem görmüş zeolitlerde elde edilmiştir.

ABSTRACT In this study, nitrogen adsorption on natural zeolitic tuff from Gördes, (Fındıcak) region and on its acid treated forms was studied. The natural zeolite, identified as clinoptilolite, has been treated with HC1. H2SO4, HNO3, and H3PO4 solutions at several concentrations to obtain the acid treated forms. Structural modifications arising from the acid treatments were determined by the techniques, namely XRD, FTIR, ICP, EDX, SEM, DTA, TGA, and microcalorimeter. Adsorption characteristics of zeolites, such as external and total surface areas, micropore volumes and pore size distributions were compared. Acid treatment of natural zeolite showed that as the acid concentrations were increased, more cations were removed from the structure, changing the Si/Al ratios from 4.04 (original zeolite) to 5.35 with H;S04, to 6.39 with HNO3, to 10.8 with HC1 and to 5.01 with H3PO4 treatments respectively. With acid treatment, the maximum nitrogen adsorption capacity at P/P0 = 0.89 of natural zeolite (0.015 cm3/g) was increased to 0.089, 0.090, 0.086. and 0.050 cnrVg for HC1, HNO3, H2S04 and H3PO4 treatments respectively. Nitrogen adsorption capacities of the zeolites increased with increasing Si/Al ratios, but further increase in concentrations caused to decrease the adsorption capacity for HC1 and HNO3 treatments. HC1 behaved in a different way that, dilute (1M) and highly concentrated (10 M) solutions has effect on the framework structure much more than the middle range concentrations (3 M and 5 M HC1) decreasing the nitrogen adsorption after Si/Al = 8.4 (5 M HC1). Dubinin-Raduskhevich model was used to determine the volume accessible to nitrogen (limiting micropore volume). It increased with increasing Si/Al ratios, but further increase in concentrations caused to decrease in microporous structure. The highest limiting micropore volumes (0.078 and 0.082 cm3/g), and Langmuir surface areas (213 and 226 m2/g) were obtained with the 5 M HC1 and 2 M HNO3 treated samples respectively without any noticable loss in crystallinity.