DEPEKTİNİZE EDİLMİŞ ŞEKER PANCARI KÜSPESİNİN SULU ÇÖZELTİLERDEN KROM ADSORBSİYON ÖZELLİKLERİ

Abstract

Doktora Tezi Depektinize Edilmiş Şeker Pancarı Küspesinin Sulu Çözeltilerden Krom Adsorpsiyon Özellikleri Ahmet ÖZER Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı 1995, Sayfa: 126 Krom metalik olarak ve bileşikleri halinde çok yaygın olarak kullanılan bir metaldir. Kullanıldığı endüstrilerin atıklarından su kaynaklarına geçen krom sularda kirliliğe sebep olur. Krom sulu ortamda 3+ ve 6+ oksidasyon basamaklarında bulunur. 6+ oksidasyon basamağındaki krom daha toksik olup sularda bulunmasına müsaade edilen miktarı 0,05 mg/1 ile sınırlandırılmıştır. Sulu sistemlerden Cr(lll)'û uzaklaştırmak için kullanılan en genel metod kimyasal çöktürmedir. Cr(VI) uygun bir reaktif ile CKMD'e indirgendikten sonra takibeden bir çöktürme işlemi ile atıklardan uzaklaştırılabilir.. Bunun yanında kromu sudan uzaklaştırmak için adsorpsiyon yöntemleri de yoğun olarak araştırılmaktadır. Son zamanlarda, metal iyonu içeren endüstriyel atık suların arıtılmasında tarımsal maddelerin adsorbent olarak araştırıldığı dikkat çekmektedir.II Bu çalışmada, şekeri alınmış şeker pancarı küspesinden pektin ekstrakte edildikten sonra kalan katı atık kullanılarak sulu çözeltilerden Crtlll) ve CrtVI) iyonlarının uzaklaştırılmasına çalışılmıştır. Bu amaçla, krom giderilmesi üzerine süre, ortam pH'sı ve sıcaklığı, krom konsantrasyonu ve adsorbent dozu gibi parametrelerin etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar kullanılarak izotermler elde edilmiş, termodinamik fonksiyonlar, adsorpsiyon hız sabitleri ve yüzey kütle transfer katsayıları hesaplanmıştır. Ayrıca krom adsorplamış küspe pülpünden desorpsiyonla kromun sulu ortama geçişi de bazı deneylerle araştın Imıştır. 20 g/l adsorbent dozunda, 10 rng/1 başlangıç konsantrasyonundaki krom(VI) ve krom(lll) adsorpsiyonu için optimum temas süresi 60 dakika olarak tespit edilmiştir. Bu şartlarda Cr(VI) için en etkin giderme pH 3,3'te ve 40 °C sıcaklıkta yaklaşık %55,0 olurken, Cr(lll5 için en etkin giderme pH 4.5 ve 20 °C sıcaklıkta S66,0 olarak bulunmuştur. Krom(VI) adsorpsiyon prosesi için entalpi değişimi 1827,55 ve krom(lll) için ise -6522,50 cal/gmol olarak bulunmuştur. Her iki proses için serbest enerji değişimi negatif işaretlidir. Krom(Vİ) için Langmuir izoterminden hesaplanan adsorpsiyon kapasitesi, (Q°), 20 °C de 0,3957 ve 40 °C de ise 0,4868 mg/g olarak bulunmuştur. Aynı sıcaklıklarda krom(MI) için tespit edilen adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 1,9186 ve 1,5686 mg/g'dır. Cr(Vl) adsorpsiyon prosesi için 20 ve 40 °C sıcaklık ve optimum şartlarda tespit edilen adsorpsiyon hız sabitleri sırasıyla 0,0443 ve 0.0621 dk"1, por difüzyon hız sabitleri 2,79si O"2 ve 2,58x1 0"2 mg g~1dk~,/2, yüzey kütle transfer katsayıları ise 9,49x1 O*4 ve 1,00x1 0"4 cm/dk'dır. Aynı sıcaklıklarda CrOll) adsorpsiyonunda tespit edilen adsorpsiyon hız sabitleri 0,047 1 ve 0.0445 dk" *, por difüzyon hız sabi ti eri 1,27x 1 0" 2 ve 0,92x 1 0" 2 mg g_ldk-,/2, yüzey kütle transfer katsayı lan ise 2,48x1 0"3 ve l,28x10~s cm/dk'dır.III Krom(VI)* mn desorpsiyonu büyük ölçüde pH'ya bağlıdır ve pH 13,4" te bir gram küspenin içerdiği CrtVO'mn % 59,2'si desorplanmıştır. Adsorpsiyon sonrasında elde edilen 0,430 mg-CrOll) içeren bir gram küspe pülpünden optimum şartlarda krom(lll)'ün % 27,4'ünün desorplandığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: CrtVI) ve Crflll) uzaklaştırma, şeker pancarı küspesi, adsorpsiyon, termodinamik fonksiyonlar, desorpsiyon.IV PhD Thesis Chromium Adsorption from Aqueous Solutions by Depecti noted Sugar Beet Pulp Ahmet ÖZER Fırat University 8raduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering 1995, Page: 126 Metalic chromium and it's compounds are extensively used in industrial applications. Chromium, introduced from wastewaters of related industries to water sources, causes pollution in aquatic systems. The chromium occurs in trivalent and hexavalent state in aquatic systems. Hexavalent chromium is more tonic than trivalent form and it's concentration in water has been restricted as 0,05mg/l. Chemical precipitation is the most common method for removing CrClli) from aqueous solutions. Henavalent chromium can be removed by reducing it to trivalent form followed by a precipitation process. Adsorption methods for removing chromium ions from aqueous systems have also been studied, in recent years, the use of agricultural wastes as an adsorbent in the treatment of industrial wastewaters containing metal ions is being considered.V In this study, the use of depectinated sugar beet pulp in the removal of CrCVI) and CrOll) from aqueous solutions have been investigated. For this purpose, the effects of adsorption parameters, such as contact time, pH and temperature of solution, initial concentration of chromium ions and adsorbent dosage on the removal of chromium have been studied. The applicability of Langmuir and Freundlich izoterms for the present systems were tested and the thermodynamic functions, rate constants and surface mass transfer coefficients at different temperatures were determined. In addition, desorption capability of chromium species from the chromium adsorbed sugar beet pulp into the aqueous phase have been examined. The optimum contact time was found to be 60 minutes for initial concentration of 10 rng/1 of chromium species at 20 g/î of adsorbent dosage. Under these conditions, the maximum removal of Cr(VI) by adsorption on depectinated sugar beet pulp was found to be approximately 55,0 % at pH 3,3 and 40 °C, and that of Crtlll) was 86,8 % at pH 4,5 and 20°C. The enthalpy changes calculated for the adsorption of Cr(VI) and CrClli) on depectinated sugar beet pulp were 1827,55 and -6522,50 cal/gmol, respectively. The values of calculated free energy change for the processes of CrCVI) and Crtlll) had negative signs. The adsorption capasity, (0°), determined from Langmuir equation for CrCVI) was 0,395? mg/g at 20 °c and 0,4868 mg/g at 40 °C. The adsorption capasities of CrCHI) for the above temperatures were 1,9186 and 1,5686 mg/g, respectively. The adsorption rate constants, pore diffusion rate constants and surface mass transfer coefficients for CrCVI) adsorption process, at 20 and 40 °C were found to be 0,0443 and 0,0621 min"1, 2,79x1 0"2 and 2,58x1 Q-2 mg g-tmirr1'2, 9,49x1 0"4 and 1,00x1 0"4 cm/mi n, respectively. The sameVI values for CrCM I) process were 0,0471 and 0,0445 mi n"1, 1,27x10~2 and 0,92k 10"2 mg g~1mirf 1/2, 2,48k 1Q~3 and 1,26x10~3 cm/min, respectively. It was determined that the desorption of Cr(VI) had an eminent pH dependency and, the results indicated that 59,2 1 of Cr(VI) was removed from the surface of depectinated sugar beet pulp containing 0,225 mg/g of CrtVl) at pH 13,4 and 20 °C. The desorption efficiency of Cr(IM) wasquite low. However, 27,4 I of Cr(UI) could be eluted from sugar beet pulp containing 0,430 mg/g of Cr(lll) at pH 1,85 and 20 °C. Key Words: Cr(VI) and Cr(Ill) removal, sugar beet pulp, adsorption, thermodynamic functions, desorption.